城市原生污水源热泵系统研究与工程应用

摘要

本文研究了城市原生污水源热泵系统的关键技术及相关理论。　　能源与环境是可持续性发展的两大主题。目前以燃烧石化原料为主的建筑物供暖空调不仅能耗量大，而且污染环境。寻找清洁、可再生的替代能源，实现能源结构的多元化是暖通空调领域实施可持续性发展战略的重要环节。　　城市污水是暖通空调非常重要不可多得的新能源。城市污水水量巨大，排放污水的建筑区建筑面积与所排放污水所含冷热量可供暖空调建筑面积比为：11.2：1～6.4：1。城市污水温度适宜，与现有水源热泵机组蒸发与冷凝的工作温度有良好的匹配。城市污水分布区域广，通常有建筑物之处均有城市污水，也均需供暖空调，两者的位置天然吻合。论文从冷热源角度调研了城市原生污水的水源特点，包括污水水质特点，污水温度与水量随季节与时刻及随地域的变化特点，所总结的数据与曲线对该能源的成规模开发利用具有重要价值。　　论文开发了一项城市原生污水冷热源防阻塞换热实用技术，研制了两种实用装置，并对其结构尺寸进行了优化设计。该两种装置分别在两个大型污水源热泵空调工程中使用，证实了该技术的可行性。使用该技术可以实现污水源热泵系统长期连续稳定运行，从而使城市原生污水大规模做为热泵冷热源成为可能。　　论文基于试点工程的运行数据，分析给出了污水源系统的重要技术参数，包括：系统运行流量稳定在85﹪以上；换热管中的软垢热阻占总热阻的15﹪左右，污水换热系数为清水的40﹪左右。　　论文建立了试验求解原生污水流变本构方程的方法，并建造了细管流变试验台，测试了原生污水的流变特性，结果表明，原生污水成弱宾汉流模型，黏度为清水的2.5～3倍。在此基础上进一步试验了原生污水管内流动的阻力特性，总结了经验公式，与工程运行数据很好吻合。基于阻力经验公式，提出了污物粗糙度概念，并给出了粗糙度计算式，为粗糙壁面的紊流换热准则式的试验求解提供了基础。　　论文研究分析了哈尔滨望江宾馆城市原生污水源热泵空调工程和太古商城城市原生污水源热泵空调工程两个成规模试点工程的运行工况。　　为了定量比较城市污水与其它冷热源的经济性、节能性与环保性，论文建立了一套计算评价方法，并作了定量计算与预测。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：物理量名称及符号表

第1章绪论

1.1课题背景及目的意义

1.1.1暖通空调的能源消耗与环境污染问题

1.1.2城市污水是理想的低位冷热源

1.1.3城市原生污水冷热源应用的难点

1.2国内外系统研究及应用现状

1.2.1国外系统研究及应用现状

1.2.2国内系统研究及应用现状

1.2.3对国内外系统研究及应用简析

1.3城市原生污水相关领域的研究状况

1.3.1城市原生污水的水质特点研究

1.3.2换热器软垢影响及形成机理研究

1.3.3城市原生污水的流动模型研究

1.4本课题来源及主要研究内容

1.4.1论文研究内容

1.4.2论文研究方法

1.4.3论文逻辑框架

第2章城市原生污水冷热源的水源特点

2.1城市原生污水的水量

2.2城市原生污水的水温

2.3城市原生污水的水质

2.4本章小结

第3章城市原生污水冷热源防阻塞换热实用技术

3.1除污滤面间歇再生的不可行性

3.1.1多滤面交替反冲再生法试验

3.1.2间歇再生滤面过滤的数学模型

3.1.3滤面过滤的数学模型应用与分析

3.2滤面水力连续再生技术及其模型

3.2.1滤面水力连续再生技术的原理

3.2.2滤面水力连续再生过滤过程模型

3.3装置的结构与运行参数及关联关系

3.3.1装置的结构参数与运行参数

3.3.2装置的各物理量之间的关系

3.4滤面水力连续再生技术的运行特点

3.5滤面水力连续再生技术的实施

3.5.1装置的结构实施

3.5.2滤面水力连续再生污水源热泵系统

3.6本章小结

第4章城市原生污水冷热源水源系统运行试验

4.1试验系统

4.2水源系统的流量工况

4.3原生污水管内流动的换热特性

4.4原生污水管内软垢的生长特性

4.5抗软方法及其实施措施

4.6本章小结

第5章原生污水管内流动的阻力特性

5.1原生污水的流变特性测试方法

5.1.1流体本构方程与被测量关系

5.1.2幂律流本构常数与被测量关系

5.2流变试验系统及其试验结果

5.3原生污水紊流阻力特性试验

5.4原生污水阻力半经验公式总结

5.5原生污水管内污物粗糙度问题

5.6本章小结

第6章城市原生污水源热泵系统的工程应用

6.1哈尔滨望江宾馆城市原生污水源热泵空调工程

6.1.1系统工程背景

6.1.2系统工艺与设备的参数设计

6.1.3系统制热运行工况与效果

6.1.4系统制冷运行工况与效果

6.1.5系统的经济性指标

6.2大庆恒茂商城城市原生污水源热泵空调工程

6.2.1浸泡式系统的设计要点

6.2.2系统的运行效果与经济指标

6.2.3浸泡式系统的污物污染问题

6.3哈尔滨太古商城城市原生污水源热泵空调工程

6.4本章小结

第7章原生污水源热泵系统应用评价与预测

7.1系统经济性评价计算方法

7.1.1系统初投资评价计算方法

7.1.2系统运行费评价计算方法

7.2系统经济性评价分析计算

7.2.1初投资对比定量计算

7.2.2运行费对比定量计算

7.3系统节能性评价方法与计算

7.3.1系统一次能源利用效率计算

7.3.2系统单位污水量节能性计算方法

7.3.3系统单位污水量的节能效益

7.4系统环保性计算与评价

7.5本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文、申请的专利及科研项目

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明及使用授权书

致谢

个人简历