城市原生污水源热泵系统的能效分析-论文.pdf

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1、科技信息城市原生污水源热泵系统的能效分析张贤贤杜亚栋周梦然樊泽钱剑峰摘要：通过分析城市原生污水换热器的结垢对能效的影响以及污水源热泵系统的形式和热泵机组的性能系数三个方面来分析污水源热泵系统的能效比，分析结果为城市原生污水源热泵系统的应用提供理论基础。关键词：城市原生污水热泵换热器系统性能系数前言城市原生污水作为一种十分经济的冷热源，具有流量稳定、得最小为约束条件。壳管式换热器管程阻力包括沿程阻力压降、分布合理、取排简便、热容量大、换热效率较高、冬夏温度适回弯阻力压降和管程进、出口连接管阻力压降等3部分，在忽宜等优点，其应用潜力巨大。由此出现了一批应用城市原生污略管流不均匀物性场的影

2、响时，流动阻力压降损失为[4]：水的热泵系统，污水换热器是其应用中必不可少的单元设备之_kP=(41：Lid+4Z+lJ5{(pu)f4j一，结垢是污水换热器的典型特征，污垢的热阻较大是污水换式中：热器必须面临的难题。本文采用热力学中的有效能分析法，以fi一原生污水流动沿程阻力系数；管壳式换热器为例，通过原生污水结垢对换热器性能影响的分L一换热管管长；析，探讨了污水换热器有效能的损失，及污水源热泵系统形式d一换热管内径；和热泵机组性能等因素来进一步分污水源热泵系统的能效比，z一管程数；为城市原生污水源热泵的应用和推广提供参考。p一原生污水的密度；l、污水源热泵换热器的分析u一流动速度

3、。(1)原生污水结垢对换热器性能的影响由文献[5]可知，fi=0．0122·d-0．35。城市原生污水换热器污垢的生长特性属渐进型，而且达到(2)污水换热器的有效能损失平衡厚度的时间较短，对于如图1所示的典型稳态换热过程，根据热力学第一定律，取包括冷、热流体进出口在内的整我们以壳管式污水换热器为例分析。个换热器外壁所包围的空间为热力系统。换热器的火用损失为E}嚣，㈡钱}{P》《％，IL曼一‰对冷、热流体分别有，毯，j=E1IiT)+Ex}I(P){6)电乏二厶厶山厶E}=ExHI(Tj+Ex蛐{P)I7l热流体与污垢间因温差传热引起的对流换热火用损失为嚣⋯堡一白E珊i}(1-)Su=

4、l『_I厂r】一l，j《8)热流体压力火用损失为l弼啦．

5、札搭批搏过，j’矗T污水为热流体且流经管程，不考虑洁净流体侧的结垢，若EmjIPIn}{亭I“。L一vHdpH(L)jT，T分别为冷热流体的平均温度，Q为传热量，根据牛顿冷却热流体的总火用损矣为定理计算：EⅢ《T)+EⅧ{Pj=cfl1}+0=KF门～I．J=KFTf1)髓1／K=J，H+8f／f+稳，+1／『_《2)n‘亭。{一vHdpH(10j”矗式中：同理可得冷流体的总火用损失为K一换热器的换热系数；l,iEm}=T{1一1厅)+l—j一dpl¨(11¨l．Hl一热、冷流体侧对流换热系数；t【_}．O，O一垢层、管壁厚度

6、；整个换热器的火用损失为入凡一垢层、管壁的导热系数，EⅪ+Em={l属一I，-4-tⅥH}j—vHdp}'十J“F一换热面积。由于垢层和管壁的厚度很小，假定换热时换热面积相同，Q{ll—～l厅j+H{一vLdp【_(J2由能量平衡关系有：ttQ=KF《TH一)=OL}iFITH—T{)=f{／8r)F(Tj—T2；=当Q，F，6f一定时，E可取得的最小值min(EX)为污水(旃JF(T：一Lj：iF门—j(3j换热器的不可避免火用损失。对管内是热流体的污水侧的强制显然当Q和F一定时，f使得K明显减小，增大，从对流换热有[6]N=()．(t23Re“P{13)而导致换热过程的火用损失E

7、X增大；若温差传热引起的火用Q·=N1仪wdL(．T—O(14)损失Ex(T)取得最小，则必须使得取得最小，而K取得最大。由式(2)可知，增大K只有通过增大L来实现。目前对对管外冷流体有于原生污水换热器而言，增加流体的流速u是增大的重要可行N=O，36Re”Pr(15，途径。然而增加流速又势必造成流动阻力引起的火用损失根据文献[7]可得壳程流体阻力系数和阻力分别为Ex(P)的增加。因此，流速u的最大值应以EX1(T)+EX(P)取。l17．新经济2014年9月(中)∈f．=0，I91Re(16》及污水循环泵进入客观是换热器一次侧经与换热器二次水侧进行热交换后，再经连续反冲洗防堵装置排

8、入城市管网。AP=4~导旨(17)如图(2)，直接式污水源热泵系统，其污水源侧主要由污式中：水循环泵，污水输配管道，过滤及遏制藻类装置组成。二级水de～当量直径；中水经污水循环泵直接进入热泵机组蒸发器(或冷凝器)，换Ds一壳径；热后的污水直接排入城市管网。采用直接式污水源热泵系统热L一管束长度；泵机组蒸发器(或冷凝器)采用铜镍合金等特殊材质，故热泵B一折流板间距。机组的造价比普通热泵机组造价要高。止=(D一Nld。j，(D+Nd，)式中：Nt一管子总数；d