污水源熱泵技術大講堂(連載七)
城市污水源熱泵系統(tǒng)換熱設備設計方法
張承虎1、楊海濱2、劉京1、孫德興1
（1．哈爾濱工業(yè)大學，哈爾濱150090；2．國內貿易工程設計研究院，北京 100069）
摘要：本文概述了城市污水源熱泵系統(tǒng)常用的換熱技術與設備及其設計方法。
關鍵詞：污水、熱泵、換熱器、計算
污水源熱泵系統(tǒng)近兩年得到了長足發(fā)展。由于污水水質差，目前通常的做法是不讓污水直接進入熱泵機組，而是通過污水換熱器將熱量換給中介水，再由中介水將熱量換給熱泵機組。由于污水的流動與換熱性能與清水相比有很大的不同，不能套用以往的設計經驗和參數，設計人員面臨著許多新問題。但據筆者了解，很多設計人員對污水換熱的特殊性缺乏了解，直接套用針對清水的設計參數與方法，這對工程質量而言是很危險的。
1、污水換熱器的特點與參數
1) 換熱器內污水黏度大，換熱面污染嚴重，導致污水側的阻力大于清水側，而換熱系數小于清水側。
2) 由于存在堵塞與污染的危險，無法像針對清水那樣采取波紋管、內肋片、內插物等增強換熱的設施。
3) 受條件限制污水換熱器只能以小溫差換熱。例如在北方嚴寒地區(qū)，冬季污水進口溫度只有10 ℃左右，而受熱泵機組蒸發(fā)溫度的限制，中介水溫度不能太低，因而污水最大溫降只能是3～4 ℃，兩級換熱每級的溫差小于3 ℃。
4) 由于傳熱溫差小，換熱系數小，污水的降溫需要較長的流程，通常為30 m左右。這就需要對殼管式換熱器的內部結構作全新的設計，包括管程的安排、殼空間的結構設計等等，以保證全程逆流換熱和換熱器內部各處均有理想的換熱溫差。
5) 要保證在換熱器內處處有理想的傳熱溫差，就只有從結構設計的角度實現兩種流體的全程逆流。方法有兩個：一個是在殼空間加裝縱向隔板，另一個是多臺換熱器串聯。
一般而言，換熱器設計應追求使用較少的耗材、具有較小的體積、消耗較少的水泵用電來獲得預期的換熱效果。雖然上述要求相互矛盾，但人們對一般的換熱器早已有了成熟的設計經驗。而污水換熱器要達到上述要求就絕非易事，必須精確計算、精打細算，才能避免耗材過多、體積過大或泵耗過高，才能在各項指標中找到一個最佳至少較佳的平衡點。與耗材、體積、泵耗這三大指標相關的參數不僅有結構參數，諸如管徑、管長、管間距、管程數等等，也有運行參數，諸如流速、流量、壓降、各節(jié)點進出口溫度、換熱量等等。
本文所述污水換熱器的設計方法，主要針對“中介水與污水流量相等”的間接式污水源熱泵系統(tǒng)中的殼管式換熱器。污水換熱系統(tǒng)的溫度分布與符號如圖1所示。
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