66REFRIGERATIONNo.3, 2012, Seval.31 (Toal No. 120)文章編號(hào): ISSN1005- 9180 (2012) 03 - 0066-06*污水調(diào)節(jié)池及污水取排系統(tǒng)在污水熱能利用中的設(shè)計(jì)研究吳德珠',廖堅(jiān)衛(wèi)',賴文彬',孫德興2,張承虎2( 1.廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，廣州510010; 2.哈爾濱工業(yè)大學(xué),哈爾濱1000 )[摘要]以污水源熱泵系統(tǒng)夏季工況為例， 分析了污水調(diào)節(jié)池體積大小的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)介紹污水取、排水口的布置方式和污水取水方式，給出了污水取排系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn),為污水熱能利用工程的設(shè)計(jì)及施工提供參考。[關(guān)鍵詞]污水調(diào)節(jié)池; 取排系統(tǒng);熱泵系統(tǒng);污水[中圖分類號(hào)] TU833; TK521[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] ADesign of Sewage Adjusting Pool and sewage Diversion and drainage systemsin the Use of Sewage as cool and Heat sourceWU Dezhu', LAO Jianwei', LAI Wenbin' ，SUN Dexing, ZHANG Chenghu2(1.The Architectural Design & Research Insitute of Gunglong Province, Guanghou 5100;2. Harbin Insitute of Technology, Habin 150006 )Abstraet: Take the summer conditios of the sewage soure heat pumrp systems for exmple, the method of desiging thevolume of sewage adjusting pool is analyued in this peaper. Though the introduction of arangenent of sewage water intakeand outfal and the manerof taking scwage，the design points of sewagp diversion and drainge systen is given in this pe-per.It is providing reference for the projcts of using 8ewage as cool and heat source.Keywonds: Sewage aijusting pol; Diversion and druinage sytcm; Heat pump systen; Sewage就突現(xiàn)出相當(dāng)重要的作用，而系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容1引言是污水取水口和排水口的布置以及系統(tǒng)取水方式的近年來(lái)，隨著我國(guó)環(huán)保和節(jié)能政策的有力實(shí)選擇。施，污水源熱泵系統(tǒng)供熱空調(diào)技術(shù)得到了普遍的重2污水調(diào)節(jié)池的設(shè)計(jì)視和迅速的發(fā)展[1]。由于污水流量及污水溫度是連續(xù)變化的，同時(shí)建筑負(fù)荷也是逐時(shí)變化的，而且往2.1幾個(gè)概念往兩者之間的變化趨勢(shì)是相反的，要擴(kuò)大污水源熱當(dāng)污水進(jìn)口溫度確定時(shí),忽略各項(xiàng)因素對(duì)機(jī)組泵系統(tǒng)供熱空調(diào)面積或?qū)崿F(xiàn)工程全面的污水源熱泵COP的影響，把機(jī)組COP看作定值，污水的冷熱供供熱空調(diào)，需要設(shè)置污水調(diào)節(jié)池，對(duì)污水供應(yīng)量進(jìn)應(yīng)能力由參與換熱的污水流量大小來(lái)決定[3]。行移峰填谷[2]。污水的順暢取得及排放是工程成功假設(shè)-一個(gè)夏季工況的污水源熱泵系統(tǒng)中，存在的第步，因此污水取排及污水泵房的設(shè)計(jì)與施工- -個(gè)體積為v"的污水調(diào)節(jié)池，且已經(jīng)蓄滿了污. ◆收稿日期: 2012-4-27中國(guó)煤化工作者簡(jiǎn)介:吳德珠(1984-),男,碩士研究生，主要從事暖通空調(diào)設(shè)計(jì)。EMYHCNMHG.2012年9月.制冷第31卷第3期(總120期)57水，則應(yīng)該有如圖1所示的這樣-個(gè)關(guān)系。q(r)一單位建筑面積瞬時(shí)冷負(fù)荷, W/m2。圖中，V*是污水調(diào)節(jié)池的體積, Q*表示污水假設(shè)在一一個(gè)變化周期內(nèi)(一般為1天),時(shí)刻調(diào)節(jié)池在蓄滿污水的情況下能提供的最大冷量，序列 [x]是Q;= Q。 的時(shí)刻, [z2n-1,72n](n= 1、Q:(r)表示進(jìn)人污水調(diào)節(jié)池的瞬時(shí)冷量, Q。(t) 表2..)時(shí)段Q; > Q。 (流量富余時(shí)段), [t2n,t2n-]時(shí)段Q; < Q。(流量不足時(shí)段),那么流量富余時(shí)段富余的污水冷量SQ1可表示為:Q3污水調(diào)節(jié)池V*0Qr(A)= 2[Q,(t)- Q。(r)]dt (4)Q*4Q2。圖1污水源熱泵系統(tǒng)中污水調(diào)節(jié)池示意圖示從污水調(diào)節(jié)池瞬時(shí)取走的冷量, Q'(t)表示污水調(diào)節(jié)池體積不夠大時(shí)，可能從污水調(diào)節(jié)池中瞬時(shí)溢出的冷量。1TT4t556一天中 (一個(gè)周期T內(nèi))，污水溫度變化輻度不大，忽略污水進(jìn)人污水調(diào)節(jié)池時(shí)溫度的變化，同圖2進(jìn)人和流出污水調(diào)節(jié)池冷關(guān)系圖時(shí)假設(shè)污水調(diào)節(jié)池沒(méi)有冷量損失，忽略污水由于不流量不足時(shí)段需從調(diào)節(jié)池補(bǔ)充的冷t為:同溫度混合產(chǎn)生的熵產(chǎn)，用Q"表示污水調(diào)節(jié)池在蓄滿污水的情況下能提供的最大冷量，它是一個(gè)定SQ2(A)= 2」[Q。(r) - Q,(t)]dt (5)值。Q* = pcV*Olm = const(1)富余的冷量將儲(chǔ)存于污水調(diào)節(jié)池中，進(jìn)人污水式中:調(diào)節(jié)池的瞬時(shí)冷量不足于提供從污水調(diào)節(jié)池取走的△tm - -污水平均可利用溫差,定義冷量時(shí)，將通過(guò)儲(chǔ)存于污水調(diào)節(jié)池里的冷量補(bǔ)充。2.2 污水調(diào)節(jié)池的臨界體積。 V;(t)Oto(r)dt當(dāng)污水廠出水逐時(shí)流量不能實(shí)現(xiàn)工程全面積污△tym =j, V.(r)dr水源熱泵供熱空調(diào)，而污水日總流量可供面積大于v;(t)一污水的體積流量，是時(shí)間τ的單值函實(shí)際需要的供熱空調(diào)面積時(shí)，可以設(shè)污水調(diào)節(jié)池蓄水以滿足系統(tǒng)需水要求;由于污水流量及污水溫度數(shù)，m/s;是連續(xù)變化的，同時(shí)建筑負(fù)荷也是逐時(shí)變化的，對(duì)T- -設(shè)計(jì)計(jì)算周期，一般為24h。瞬時(shí)進(jìn)人污水調(diào)節(jié)池的冷量和瞬時(shí)從污水調(diào)節(jié)于給定的污水源，合理地設(shè)置污水調(diào)節(jié)池可以實(shí)現(xiàn)更大建筑面積的污水源熱泵供熱空調(diào)。池取走的冷量可分別表示為:污水調(diào)節(jié)池用來(lái)存儲(chǔ)[t2n-1,Tzn] 時(shí)間段內(nèi)富Q;(r) = pc. V;(r)●Ot(r)(2)余的污水冷量, 在實(shí)際工程中，如果污水調(diào)節(jié)池的Q。(t) = A.q(r)(3)大小不合適，可能會(huì)出現(xiàn)污水調(diào)節(jié)池能存儲(chǔ)的最大冷量Q*與富余的污水量的冷量OQ1不相等的情A-系統(tǒng)能供熱(或供冷)的建筑面積，通常況，這也就直接影響著熱泵系統(tǒng)的供冷能力。污水是未知量，m2; .調(diào)節(jié)池蓄￥中國(guó)煤化工也恰好等于欠缺YHCNMHG58REFRIGERATIONNo3,2012, SopVol.31 (Toal No .120)冷量時(shí)調(diào)節(jié)池具有的體積叫做污水調(diào)節(jié)池臨界體分列式、差位式和重疊式三種。積。3.1.1分列式若污水調(diào)節(jié)池體積足夠大，這意味著，系統(tǒng)設(shè)如圖3所示，系統(tǒng)取水口和排水口在同- -水平計(jì)所需的供冷量的不足部分可以全部由污水調(diào)節(jié)池面_上要保持一個(gè)相當(dāng)大的距離，目的是避免用過(guò)的里存有的冷量來(lái)補(bǔ)充。系統(tǒng)排水進(jìn)人取水水域影響水的換熱利用。在我國(guó)SQz(A) = SQ1(A)(6)及世界各國(guó)，絕大部分電廠的水循環(huán)冷卻系統(tǒng)都采在已知污水流量和溫度的變化曲線，以及當(dāng)?shù)赜眠@種布局[4。其特點(diǎn)是設(shè)計(jì)施工簡(jiǎn)便,適用范圍相關(guān)的氣象參數(shù)等條件下，通過(guò)試算或者數(shù)值方廣， 可靠性高。法，根據(jù)平均流量imi 和污水平均利用溫差Ot.m、平均冷負(fù)荷指標(biāo)9m的意義，解方程(6)得出該污水源在調(diào)節(jié)池足夠大時(shí)能供冷的建筑面積Amae。Aw。= pcYmAL.m(7)對(duì)于給定的污水源,對(duì)應(yīng)Amas的污水調(diào)節(jié)池體積就是調(diào)節(jié)池臨界體積，因?yàn)槲鬯{(diào)節(jié)池體積再增大，已經(jīng)沒(méi)有多余的污水來(lái)充滿調(diào)節(jié)池。根據(jù)下式可以計(jì)算調(diào)節(jié)池臨界體積:取水口排水口y*_ AQi(Amax)_ AQ2( Amax)(8)圖3分列式取排水口布置圖pcAtum pc△twm在實(shí)際工程中，污水調(diào)節(jié)池的體積可以在計(jì)算理論最優(yōu)體積基礎(chǔ)上考慮1.1~ 1.2倍的安全系數(shù)。3.1.2重疊式設(shè)置污水調(diào)節(jié)池時(shí)，需要考慮有足夠的空間以滿足如圖4所示，在排水口下面一定深度處布置取修建調(diào)節(jié)池所需的建筑面積，同時(shí)還應(yīng)考慮污水池水口，取排水口的平面距離為零，它利用不同溫度對(duì)周圍環(huán)境的影響及安全控制等實(shí)際問(wèn)題。水體分層的現(xiàn)象對(duì)水體實(shí)行換熱利用。重疊式取排水方式的特點(diǎn)是:打破了排、取水口-定要有較大3污水取排系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)水平間距的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，節(jié)省管道及渠道建設(shè)投資，污水熱能利用中，污水取排系統(tǒng)是指污水從取管理方便，它的水力熱力特性優(yōu)于分列式。采用重水口，通過(guò)輸送管道、過(guò)濾設(shè)備送至機(jī)房,換熱利疊式取排水方式的前提條件是水域必須具備有一-定的水深和一-定的容積。用后再通過(guò)排放的管道輸送回水體的一個(gè)完整系統(tǒng)。污水取排系統(tǒng)的設(shè)計(jì),不僅關(guān)系到系統(tǒng)水量的近區(qū)遠(yuǎn)區(qū)供應(yīng)與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)涉及到工程投資費(fèi)用,控制管理與維護(hù)，以及市政、交通等方面一系列的排水域下規(guī)章制度，必須重視。3.1取、 排水口布置方式中間展系統(tǒng)取水口和排水口布置的總思路是盡量避免排水口出水直接進(jìn)人取水口，利用取排水口的空間取水城距離、水域的自然功能和水流動(dòng)能特性帶走使用過(guò)的系統(tǒng)排水，盡量減少冷熱流道的摻混干擾，達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定安全取水的目的，同時(shí)減少取水利用對(duì)周圍環(huán)境的負(fù)面影響。取排水口的布置方式主要分為中國(guó)煤化工面圖MHCNMHG2012年9月制第31卷第3期(總120期)393.1.3 差位式其橫向空間、縱向空間都相對(duì)較小，因此在污水干如圖5所示，取水口在河道中間，排水口在岸渠中設(shè)置同垂直面的取排水口，必然會(huì)造成排水與邊或排水口在河道中間，取水口在岸邊。取排水口取水的摻混，降低取水冷熱量。因此建議采用分列的距離是同一河道斷面垂直水流方向的橫間距，這式的取排水口方式，選擇合理的間距將取排水口設(shè)種方式把取排水口間距從水流方向的縱向間距，轉(zhuǎn)置在污干渠同一連通水域的不同區(qū)域，充分考慮取移到垂直水流方向的橫向間距上來(lái)[5],其特點(diǎn)是:水口與排水口之間的相互影響，以保證取排水水域排水有去路，取水有來(lái)源;同時(shí)取排水管線可采用互不摻混。同一渠道，節(jié)省投資、管理方便;水力熱力特性優(yōu)采用江河湖海水作為污永源熱泵系統(tǒng)的水源于分列式及重疊式。應(yīng)用差位式取排水方式的前提時(shí)，取排水水域在縱向空間和橫向空間都有較大的條件是，水域有較大的橫向縱向空間[6。廣東省沙.可利用范圍，可以根據(jù)工程實(shí)際情況選擇三種方式角發(fā)電基地二期B、C廠的取排水口的布置”是國(guó)中最為合理的取排水口設(shè)置。當(dāng)取排水水域有較大內(nèi)使用差位式取排水方式比較成功的工程之- -。的縱向可利用空間時(shí)，建議采用重疊式取排水方式以減少工程管道渠道投資費(fèi)用;當(dāng)取排水水域有較大的橫向可利用空間時(shí)，建議采用差位式取排水方式以保證系統(tǒng)取排水的安全可靠性。排水口在工程實(shí)際中,應(yīng)根據(jù)實(shí)際水文地形條件，充分利用水域的自然功能和水流動(dòng)能特性，利用平面取水口和立面差位,合理選擇取排水口設(shè)置方式,達(dá)到系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、高效、節(jié)能、安全等綜合目的。3.2污水取水方式污水源熱泵系統(tǒng)的主要取水方式可以分為:全淹沒(méi)濕式取水，干式水泵取水，自吸水泵取水[8]。圖5差位式取排水口布置平面圖3.2.1全淹沒(méi)濕式取水一 潛水泵取水方式利用污水潛水泵安放于污水調(diào)節(jié)池中或者污水污水源熱泵系統(tǒng)的水源可分為城市污水、江干渠中 直接取水，或在污水調(diào)節(jié)池附近設(shè)置取水水、河水、湖水和海水。當(dāng)采用城市污水時(shí)，由于井,引水人井再用污水潛水泵取水，如圖6所示。污水干渠寬度一般在10m以內(nèi)，且水深不超過(guò)1m,污水調(diào)節(jié)池?fù)Q熱器4wwwwww31-取水井2- 污水潛水泵3- 污水源熱泵防阻塞設(shè)備4- 專用換熱器圖6潛水泵取水方式示意圖優(yōu)點(diǎn): a.全淹沒(méi)濕式取水安裝布置簡(jiǎn)便，工情況; b. 污水潛水泵能適應(yīng)各種污水水質(zhì)，系統(tǒng)程造價(jià)低，節(jié)省泵房空間,適用于機(jī)房空間較小的相對(duì)安全中國(guó)煤化工靈活，可高可低，MYHCNMHG.70REFRIGERATIONNo.3, 2012, Sep.Vol.31 (Total No.120 )根據(jù)系統(tǒng)需水量和污水干渠排水量設(shè)置,取水井還3.2.2干式水泵取水可兼顧蓄水的功能，實(shí)用范圍較廣。用干式水泵從污水調(diào)節(jié)池取水，或者開(kāi)鑿引水缺點(diǎn): a. 在系統(tǒng)沒(méi)有污水調(diào)節(jié)池時(shí)，污水干渠污水 干渠引水，再用干式水泵取水。式羆設(shè)置渠中設(shè)置污水潛水泵，在一定程度上會(huì)影響污水干水泵房(一般可設(shè)置于主機(jī)房?jī)?nèi))，且泵房底面高渠的正常排水，必須得到市政單位的同意; b. 污度或水泵吸入口要低于水源最低液面0.7m左右,水潛水泵必須全部淹沒(méi)于污水中，只能用于污水排污水經(jīng)短距離自流管線進(jìn)人污水泵吸入口，如圖7量較大的污水干渠中; e. 將污水潛水泵置于污水所示。干渠中或者污水調(diào)節(jié)池中,必然會(huì)大量將沉積于底這種方式優(yōu)勢(shì)在于:設(shè)計(jì)施工簡(jiǎn)便,設(shè)立單獨(dú)部的淤泥雜質(zhì)-并帶人系統(tǒng)，加大系統(tǒng)除污過(guò)濾的的水泵房或?qū)⑺弥糜谥鳈C(jī)房?jī)?nèi)，便于水泵的統(tǒng)一負(fù)擔(dān); d. 污水泵的清理維護(hù)不便。管理與維護(hù);密閉性好,對(duì)周圍環(huán)境影響較小。污水調(diào)節(jié)池E|L wwwwwwwwwww.1-攔網(wǎng)隔柵2- 干式水泵3- 污水源熱泵防阻塞設(shè)備4- 專用換熱器圖7干式水泵取水方式示意圖不足之處在于對(duì)取水口的設(shè)計(jì)要求較高，取水者設(shè)置污水調(diào)節(jié)池的系統(tǒng)?？诒仨氃O(shè)置在水源較低水位，對(duì)于沒(méi)有設(shè)置污水調(diào)3.2.3自 吸水泵取水節(jié)池的系統(tǒng)，在高峰取水或污水干渠低峰排水時(shí)容將取水管道直接插人污水干渠中，并保證吸水易出現(xiàn)取水口露出水面吸空的情況; -般運(yùn)用于污口不吸空,再利用自吸水泵抽水，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖水源熱泵機(jī)房設(shè)置于地下，污水干渠流量較穩(wěn)定或如圖 8所示:日→STT換熱器317N網(wǎng)1地21-水泵2- 污水源熱泵防阻塞設(shè)備3- 專用換熱器88 自吸水泵取水方式示意中國(guó)煤化工YHCNMHG2012年9月制令71第31卷第3期(總120期)采用自吸水泵取水，水泵吸入口可高出水源液(4)污水源熱泵系統(tǒng)的主要取水方式有潛水泵面2m左右，也就是說(shuō)取水泵房可設(shè)置在地面或淺取水、干式水泵取水和自吸水泵取水三種。潛水泵層地下，因而泵房的設(shè)置就具有較大的靈活性;并取水應(yīng)用比較廣泛;干式水泵取水方式主要應(yīng)用于且設(shè)置安裝簡(jiǎn)便,工程造價(jià)低。機(jī)房位置較低，污水干渠流量較穩(wěn)定或者設(shè)置污水這種方式的不足之處在于:必須采用自吸水調(diào)節(jié)池的系統(tǒng);自吸水泵取水方式需要有具體措施泵，并應(yīng)有相應(yīng)措施保證自吸水泵的正常開(kāi)啟、吸保證自吸水泵的正常開(kāi)啟、吸水、運(yùn)行才能保證系水、運(yùn)行;相對(duì)而言系統(tǒng)不穩(wěn)定系數(shù)增加。統(tǒng)的穩(wěn)定。根據(jù)工程情況和實(shí)際要求，可以采用- -些比較特殊的取水方式或者是結(jié)合幾種取水方式的綜合運(yùn)5參考文獻(xiàn)用，以保證工程需要與系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。[1] 馬最良，姚楊,趙麗瑩.污水源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用前最[J] . 中國(guó)給水排水, 2003, 19 (7): 41-434結(jié)論[2] 黃磊.污水廠二級(jí)出水用于污水源熱泵系統(tǒng)幾個(gè)問(wèn)題(1)污水調(diào)節(jié)池的最優(yōu)體積是滿足關(guān)系Q* =的探討[D] .哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2008OQ1=OQ2時(shí)對(duì)應(yīng)的污水調(diào)節(jié)池的臨界體積,3] 吳德珠.污水源熱泵利用對(duì)環(huán)境影響綜合評(píng)價(jià)研究[D] .碩士學(xué)位論文，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010y。_ ^Q1(Am)_ ▲ Q2(Ama)4] 程友良，應(yīng)博芬，范忠瑤，等、水城分層時(shí)電廠取水pcStympcAtam問(wèn)題分析.第七屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議暨第十九屆此時(shí)系統(tǒng)可以提供最大的供熱空調(diào)建筑面積。全國(guó)水動(dòng)力學(xué)研討會(huì)文集(下冊(cè)) [C], 2005(2)如果因?yàn)榭臻g和其它原因的限制，污水調(diào)5] 陳宜泉，沿海水域火核電廠冷卻水水工布置的優(yōu)化原節(jié)池體積V*'小于最優(yōu)體積V* ,則污水將損失熱則和實(shí)踐[J] .海洋技術(shù)，1999 18 (4): 82-87量Q' = OQ1-Q",熱量損失率為φ-oo6] 程友良，關(guān)膺，田英.電廠差位式取排水布方式研oQ究.第二十屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)研討會(huì)文集[C], 2007,(3)取排水口設(shè)置方式有分列式、差位式和重65-75疊式三種。分列式建議用于空間范圍較為狹窄的城7] 安金英,高銘山.沙角發(fā)電基地取排水口工程布置淺市污水水源;重疊式建議用于具有較大縱向空間的析[J] .廣東電力.2006, 15 (3): 58-60江河湖海等地表水源;差位式建議用于水域有較大[8]吳榮華， 劉志斌，黃磊,等.污水及地表水地源熱泵橫向、縱向空間的江河湖海等地表水源。系統(tǒng)規(guī)范化設(shè)計(jì)研究[J] . 暖通空調(diào)，2006， (12),67- 68中國(guó)煤化工MYHCNMHG