摘  要：以污水源熱泵系統冬季工況為例，分別分析了污水調節池體積大小的設計方法，污水調節池設置與否對系統供暖建筑面積的影響，為污水熱能利用工程的設計及施工提供參考。

　　關鍵詞：污水調節池；熱泵系統；污水熱能利用

　　中圖分類號：  TK11  　　　文獻標識碼：  A      文章編號：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

　　環保，是一個永恒的話題，無論是在國際上還是在國內，日益惡化的環境迫使們對它的重視程度與日俱增。污水的排放和處理，也是影響環境的一個重要因素，近年來，隨著我國環保和節能政策的有力實施，污水源熱泵系統供熱空調技術得到了普遍的重視和迅速的發展。由于污水流量及污水溫度是連續變化的，同時建筑負荷也是逐時變化的，而且往往兩者之間的變化趨勢是相反的，要擴大污水源熱泵系統供熱空調面積或實現工程全面的污水源熱泵供熱空調，需要設置污水調節池，對污水供應量進行移峰填谷[1]。

　　1概念

　　確定污水能提供的熱量，就可由此確定污水的最大可供建筑面積，即污水的最大熱供應能力。由式（1）可以看出，當污水進口溫度確定時，忽略各項因素對COP的影響，把COP看作定值，污水的熱供應能力由參與換熱的污水流量大小來決定。

　　一天中(一個周期T內)，污水溫度變化幅度不大，忽略污水進入污水調節池時溫度的變化，同時假設污水調節池無熱量損失，忽略污水由于不同溫度混合產生的熵產，用表示污水調節池在蓄滿污水的情況下能提供的最大熱量，它是一個定值。

　　由于室外空氣溫度是不斷變化的，因此，是一個與室外空氣溫度有關的瞬時變化量，引入COP的概念，忽略溫度變化等對COP的影響，

　　假設一個冬季工況的污水源熱泵系統中，存在一個體積為V＊的污水調節池，且已經蓄滿了污水

　　V*是污水調節池體積，表示污水調節池在蓄滿污水的情況下能提供的最大熱量，表示進入污水調節池的瞬時熱量，表示從污水調節池瞬時取走的熱量，表示污水調節池體積不夠大時，可能從污水調節池中瞬時溢出的熱量。

　　2污水流量與污水的冷熱供應能力

　　污水調節池用來存儲時間段內富余的污水熱量，在實際工程中，如果污水調節池的大小不合適，可能會出現污水調節池能存儲的最大熱量與富余的污水量的熱量不相等的情況，這也就直接影響著熱泵系統的供暖能力大小。

　　2.1污水調節池體積過大

　　這意味著在時間段內，富余的污水并未裝滿整個污水調節池，即﹤。此時，由污水調節池里存有的熱量來補充系統設計所需的供熱量的不足部分。

　　在已知污水流量和溫度的變化曲線，以及當地相關的氣象參數等條件下，通過試算或者數值方法，解方程（9）得出該污水源在調節池足夠大時能供熱的建筑面積Amax。

　　2.2污水調節池體積過小

　　這意味著在時間段內，有一部分污水的熱量被浪費了，此時﹥。污水調節池能提供的最大熱量將完全用于補充系統設計所需的供熱量的不足部分。

　　在已知污水流量和溫度的變化曲線，以及當地相關的氣象參數等條件下，通過試算或者數值方法，解方程（16），即可得出該污水源在調節池體積小于臨界體積時能供熱的建筑面積。

　　2.3污水調節池臨界體積

　　污水調節池蓄熱量恰好等于富余熱量，也恰好等于欠缺熱量時調節池具有的體積叫做污水調節池臨界體積。

　　2.4不設置污水調節池

　　如果污水調節池足夠小，極限情況就是＝0，也就是說在系統中不設置污水調節池，系統取熱量只能根據來流實時提供。

　　從數學角度分析，一個積分函數值為零，可能存在兩種情形，一種情形是被積分函數恒為零，另一種情形是積分上下限相同。如果建筑的瞬時熱負荷總是大于污水能提供的瞬時熱量，這是不現實的，這樣的系統是不合理的。所以本文討論的前提是，在一個周期T內，≥。

　　a) 被積函數恒為零，則有，即兩條函數曲線完全重合，這意味著任何時刻，建筑的熱負荷與污水提供的熱量完全相等，這種情況是不太可能發生的。如果建筑的瞬時熱負荷與污水提供的瞬時熱量完全相等，那么設置污水調節池是完全沒有必要的；

　　b) 積分上下限相同，可以理解成函數與函數有且僅有一個交點，或者有多個相同函數值的交點，如圖3所示。

　　（a）只有一個交點（Qi＞Qo）             （b）只有一個交點（Qi＜Qo）

　　（c）多個交點（Qi＞Qo）                 （d）多個交點（Qi＜Qo）

　　根據函數最小值的定義，是函數的最小值，是求得函數最小值A時對應的污水溫度（或者污水流量、建筑瞬時負荷）所出現的時刻。

　　函數與函數有多個相同函數值，是說在T周期內，存在多個時刻τ1、τ2……τn，建筑的熱負荷與污水能提供的熱量相等，仍然可以得到類似的結論。

　　其實這個面積A即為污水源熱泵系統能供熱的最大建筑面積，因為在系統沒有設置污水調節池時，系統能供熱的最大建筑面積應該是某個時刻對應的污水能提供的熱量與建筑熱負荷的比值的最小值，這正好從數學分析和專業角度兩個方面證明了系統能供熱的最大建筑面積A的正確性。

　　建筑的瞬時熱負荷與污水能提供的熱量完全相等時，系統沒有必要設置污水調節池。在一般情況下，可以利用污水調節池對污水熱量進行移峰填谷，從而使污水逐時提供的熱量得到最充分的利用。系統設置污水調節池時，可以為更大的建筑面積進行供熱[2]。

　　污水調節池不是越大越好，池建得越大，建造費用就越高，但利用率相對來說就會越低。最優的污水調節池的體積是滿足關系時對應的污水調節池臨界體積。在實際工程中，污水調節池的體積可以在計算理論最優體積基礎上考慮1.1~1.2倍的安全系數。

　　3結論

　　綜合上面的分析，可以得出以下結論：

　　a) 如果因為空間和其它原因的限制，污水調節池體積小于最優體積，則污水將損失熱量，熱量損失率為；

　　b) 本文討論的僅僅是污水源熱泵系統的冬季工況，對系統夏季工況，對其它冷熱媒熱泵系統，有類似的結論。當熱泵系統全年運行時，為了確保用戶全年的冷熱需求，系統能供熱空調的面積應該是按上述方法算出的冬、夏兩季工況供應面積中的較小值，。

　　c) 建筑的瞬時熱負荷與污水提供的瞬時熱量完全相等時，系統無須設置污水調節池。在沒有污水調節池的系統中，污水能供熱的最大建筑面積為。一般情況下，設置污水調節池的系統能供熱的建筑面積會大于未設置污水調節池的系統能供熱的面積，所以在有足夠空間和初投資充裕的條件下，系統應該設置污水調節池；

　　d) 污水調節池的最優體積是滿足關系時對應的污水調節池的臨界體積，此時系統可以提供最大的供暖建筑面積。污水調節池體積大于最優體積時，將會增加造價，同時無益于系統的運行；

　　參考文獻：

　　[1] 馬最良,姚  楊,趙麗瑩.污水源熱泵系統的應用前景[J].中國給水排水,2003,19(7):41-43.

　　[2] 吳德珠.污水源熱泵利用對環境影響綜合評價研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學,2010.