浅谈污水调节池对污水热能利用的影响

　　摘  要：以污水源热泵系统冬季工况为例，分别分析了污水调节池体积大小的设计方法，污水调节池设置与否对系统供暖建筑面积的影响，为污水热能利用工程的设计及施工提供参考。

　　关键词：污水调节池；热泵系统；污水热能利用

　　中图分类号：  TK11  　　　文献标识码：  A      文章编号：2095-0802-(2012)07-00  -00

　　Research on the Influence of Sewage Adjusting Pool to the Utilization of Sewage Heat Energy

　　WU De-zhu   ZHANG Cheng-hu

　　（The Architectural Design & Research Institute of Guangdong Province, Guangzhou 510010, Guangdong, China

　　Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, Heilongjiang, China）

　　Abstract: Take the winter conditions of the sewage source heat pump systems for example, the method of designing the volume of sewage adjusting pool is analyzed in this paper, the influence of the volume of sewage adjusting pool to the heat pump system of the supply capacity of heat is also given in this paper. It is providing reference for the projects of using sewage as cool and heat source.

　　Key words: sewage adjusting pool; heat pump system; utilization of sewage heat energy

　　0引言

　　环保，是一个永恒的话题，无论是在国际上还是在国内，日益恶化的环境迫使们对它的重视程度与日俱增。污水的排放和处理，也是影响环境的一个重要因素，近年来，随着我国环保和节能政策的有力实施，污水源热泵系统供热空调技术得到了普遍的重视和迅速的发展。由于污水流量及污水温度是连续变化的，同时建筑负荷也是逐时变化的，而且往往两者之间的变化趋势是相反的，要扩大污水源热泵系统供热空调面积或实现工程全面的污水源热泵供热空调，需要设置污水调节池，对污水供应量进行移峰填谷[1]。

　　1概念

　　确定污水能提供的热量，就可由此确定污水的最大可供建筑面积，即污水的最大热供应能力。由式（1）可以看出，当污水进口温度确定时，忽略各项因素对COP的影响，把COP看作定值，污水的热供应能力由参与换热的污水流量大小来决定。

　　一天中(一个周期T内)，污水温度变化幅度不大，忽略污水进入污水调节池时温度的变化，同时假设污水调节池无热量损失，忽略污水由于不同温度混合产生的熵产，用表示污水调节池在蓄满污水的情况下能提供的最大热量，它是一个定值。

　　由于室外空气温度是不断变化的，因此，是一个与室外空气温度有关的瞬时变化量，引入COP的概念，忽略温度变化等对COP的影响，

　　假设一个冬季工况的污水源热泵系统中，存在一个体积为V＊的污水调节池，且已经蓄满了污水

　　V*是污水调节池体积，表示污水调节池在蓄满污水的情况下能提供的最大热量，表示进入污水调节池的瞬时热量，表示从污水调节池瞬时取走的热量，表示污水调节池体积不够大时，可能从污水调节池中瞬时溢出的热量。

　　2污水流量与污水的冷热供应能力

　　污水调节池用来存储时间段内富余的污水热量，在实际工程中，如果污水调节池的大小不合适，可能会出现污水调节池能存储的最大热量与富余的污水量的热量不相等的情况，这也就直接影响着热泵系统的供暖能力大小。

　　2.1污水调节池体积过大

　　这意味着在时间段内，富余的污水并未装满整个污水调节池，即﹤。此时，由污水调节池里存有的热量来补充系统设计所需的供热量的不足部分。

　　在已知污水流量和温度的变化曲线，以及当地相关的气象参数等条件下，通过试算或者数值方法，解方程（9）得出该污水源在调节池足够大时能供热的建筑面积Amax。

　　2.2污水调节池体积过小

　　这意味着在时间段内，有一部分污水的热量被浪费了，此时﹥。污水调节池能提供的最大热量将完全用于补充系统设计所需的供热量的不足部分。

　　在已知污水流量和温度的变化曲线，以及当地相关的气象参数等条件下，通过试算或者数值方法，解方程（16），即可得出该污水源在调节池体积小于临界体积时能供热的建筑面积。

　　2.3污水调节池临界体积

　　污水调节池蓄热量恰好等于富余热量，也恰好等于欠缺热量时调节池具有的体积叫做污水调节池临界体积。

　　2.4不设置污水调节池

　　如果污水调节池足够小，极限情况就是＝0，也就是说在系统中不设置污水调节池，系统取热量只能根据来流实时提供。

　　从数学角度分析，一个积分函数值为零，可能存在两种情形，一种情形是被积分函数恒为零，另一种情形是积分上下限相同。如果建筑的瞬时热负荷总是大于污水能提供的瞬时热量，这是不现实的，这样的系统是不合理的。所以本文讨论的前提是，在一个周期T内，≥。

　　a) 被积函数恒为零，则有，即两条函数曲线完全重合，这意味着任何时刻，建筑的热负荷与污水提供的热量完全相等，这种情况是不太可能发生的。如果建筑的瞬时热负荷与污水提供的瞬时热量完全相等，那么设置污水调节池是完全没有必要的；

　　b) 积分上下限相同，可以理解成函数与函数有且仅有一个交点，或者有多个相同函数值的交点，如图3所示。

　　（a）只有一个交点（Qi＞Qo）             （b）只有一个交点（Qi＜Qo）

　　（c）多个交点（Qi＞Qo）                 （d）多个交点（Qi＜Qo）

　　根据函数最小值的定义，是函数的最小值，是求得函数最小值A时对应的污水温度（或者污水流量、建筑瞬时负荷）所出现的时刻。

　　函数与函数有多个相同函数值，是说在T周期内，存在多个时刻τ1、τ2……τn，建筑的热负荷与污水能提供的热量相等，仍然可以得到类似的结论。

　　其实这个面积A即为污水源热泵系统能供热的最大建筑面积，因为在系统没有设置污水调节池时，系统能供热的最大建筑面积应该是某个时刻对应的污水能提供的热量与建筑热负荷的比值的最小值，这正好从数学分析和专业角度两个方面证明了系统能供热的最大建筑面积A的正确性。

　　建筑的瞬时热负荷与污水能提供的热量完全相等时，系统没有必要设置污水调节池。在一般情况下，可以利用污水调节池对污水热量进行移峰填谷，从而使污水逐时提供的热量得到最充分的利用。系统设置污水调节池时，可以为更大的建筑面积进行供热[2]。

　　污水调节池不是越大越好，池建得越大，建造费用就越高，但利用率相对来说就会越低。最优的污水调节池的体积是满足关系时对应的污水调节池临界体积。在实际工程中，污水调节池的体积可以在计算理论最优体积基础上考虑1.1~1.2倍的安全系数。

　　3结论

　　综合上面的分析，可以得出以下结论：

　　a) 如果因为空间和其它原因的限制，污水调节池体积小于最优体积，则污水将损失热量，热量损失率为；

　　b) 本文讨论的仅仅是污水源热泵系统的冬季工况，对系统夏季工况，对其它冷热媒热泵系统，有类似的结论。当热泵系统全年运行时，为了确保用户全年的冷热需求，系统能供热空调的面积应该是按上述方法算出的冬、夏两季工况供应面积中的较小值，。

　　c) 建筑的瞬时热负荷与污水提供的瞬时热量完全相等时，系统无须设置污水调节池。在没有污水调节池的系统中，污水能供热的最大建筑面积为。一般情况下，设置污水调节池的系统能供热的建筑面积会大于未设置污水调节池的系统能供热的面积，所以在有足够空间和初投资充裕的条件下，系统应该设置污水调节池；

　　d) 污水调节池的最优体积是满足关系时对应的污水调节池的临界体积，此时系统可以提供最大的供暖建筑面积。污水调节池体积大于最优体积时，将会增加造价，同时无益于系统的运行；

　　参考文献：

　　[1] 马最良,姚  杨,赵丽莹.污水源热泵系统的应用前景[J].中国给水排水,2003,19(7):41-43.

　　[2] 吴德珠.污水源热泵利用对环境影响综合评价研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2010.