CN103557632A - 市政排水干渠空气源热泵系统及循环方法 - Google Patents
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Abstract
市政排水干渠空气源热泵系统及循环方法
。
空气源热泵的应用范围受到气候条件的约束，其在冬季供暖时，当室外温度降低到空气源热泵的制热量不足以满足采暖用户的需求时，其
COP
将会下降，甚至热泵机组将被迫停机。如何解决空气温度过低的，或者寻找更适合的空气资源称为关键问题。本发明的组成包括
:
设置在干渠内的风机（
1
），所述的风机与设置在干渠内的翅片式换热器（
2
）连接，所述的翅片式换热器与干渠下游空气源输送管（
3
）连接，所述的翅片式换热器与设置在干渠外的空气源热泵机组（
4
）的压缩机、四通换向阀连接，所述的空气源热泵机组与末端用户（
5
）连接。本发明用于市政排水干渠空气源热的利用。
Description
技术领域：
本发明涉及一种市政排水干渠空气源热泵系统及循环方法。
背景技术：
随着国民经济和城市化进程的快速发展，人们对于工作、学习、生活等环境的舒适性要求也逐渐提高，而在维持较高舒适度的同时要消耗更多的能源，这些能源大部分是不可再生能源，因此开发新能源，提高现有能源利用效率成为关键。
热泵(Heat Pump)是一种将低温热源的热能转移到高温热源的装置，也是是全世界倍受关注的新能源技术。热泵通常是先从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，然后再向人们提供可被利用的高品位热能。
通常用于热泵装置的低温热源是我们周围的介质——空气、河水、海水，城市污水，地表水，地下水，中水，消防水池，或者是从工业生产设备中排出的工质，这些工质常与周围介质具有相接近的温度。热泵装置的工作原理与压缩式制冷机是一致的，在小型空调器中，为了充分发挥其效能，夏季空调降温或冬季取暖，都是使用同一套设备来完成。冬季取暖时，将空调器中的蒸发器与冷凝器通过一个换向阀来调换工作。
在夏季空调降温时，按制冷工况运行，由压缩机排出的高压蒸汽，经换向阀（又称四通阀）进入冷凝器；在冬季取暖时，先将换向阀转向热泵工作位置，于是由压缩机排出的高压制冷剂蒸汽，经换向阀后流入室内蒸发器（作冷凝器用），制冷剂蒸汽冷凝时放出的潜热，将室内空气加热，达到室内取暖目的，冷凝后的液态制冷剂，从反向流过节流装置进入冷凝器（作蒸发器用），吸收外界热量而蒸发，蒸发后的蒸汽经过换向阀后被压缩机吸入，完成制热循环。这样，将外界空气（或循环水）中的热量“泵”入温度较高的室内，故称为“热泵”。
在热泵循环中，从低温热源（室外空气或循环水，其温度均高于蒸发温度t0）中取得Q-0kcal/h的热量，消耗了机械功ALkcal/h，而向高温热源（室内取暖系统）供应了Q1kcal/h的热量，这些热量之间的关系是符合热力学第一定律的，即Q1=Q-0+ALkcal/h。
如果不用热泵装置，而用机械功所转变成的热量（或用电能直接加热高温热源，则所得的热量为ALkcal/h，而用热泵装置后，高温热源（取暖系统）多获得了热量：Q1-AL=Q-0，kcal/h。
热泵的工作循环与热机的工作循环正好相反，热机是利用高温热源的能量来产生机械功的，而热泵是靠消耗机械功将低温热源的热量转移到高温物体中去。
热泵作为一种节能技术现已受到了世界各国的普遍重视，而空气源热泵的低位热源又容易获得，系统使用方便，初投资及运行费用较低，因此空气源热泵相较于其它形式的热泵得到了更加广泛的应用。然而空气源热泵的应用范围受到气候条件的约束，其在冬季供暖时，当室外温度降低到空气源热泵的制热量不足以满足采暖用户的需求时，其COP将会下降，甚至热泵机组将被迫停机。如何解决空气温度过低的，或者寻找更适合的空气资源成为关键问题。
发明内容：
本发明的目的是提供一种市政排水干渠空气源热泵系统及循环方法。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种市政排水干渠空气源热泵系统，其组成包括:设置在干渠内的风机，所述的风机与设置在干渠内的翅片式换热器连接，所述的翅片式换热器与干渠下游空气源输送管连接，所述的翅片式换热器与设置在干渠外的空气源热泵机组的压缩机、四通换向阀连接，所述的空气源热泵机组与末端用户连接。
一种市政排水干渠空气源热泵系统，其组成包括: 设置在干渠内的风机，所述的风机与设置在干渠外的翅片式换热器连接，所述的翅片式换热器与干渠下游空气源输送管连接，所述的翅片式换热器与设置在干渠外的空气源热泵机组的压缩机、四通换向阀连接，所述的空气源热泵机组与末端用户连接。
一种市政排水干渠空气源热泵系统的循环方法，市政排水干渠中的空气与污水和土壤直接或间接接触，获得在相对密闭的干渠空间内不与外界环境换热的冷热量，利用风机进行强制对流换热，干渠空气携带冷热量进入热泵机组系统，通过热泵机组中蒸发器或冷凝器对冷热量进行传输，将冷热量最终传递给末端用户室内；冬季运行时，翅片换热器相当于蒸发器，用户端换热器为冷凝器，向用户散热，而夏季运行时，四通换向阀开启，翅片换热器相当于冷凝器，用户端散热器为蒸发器，向用户供冷。
一种市政排水干渠空气源热泵系统的循环方法，市政排水干渠中的空气与污水和土壤直接或间接接触，获得在相对密闭的干渠空间内不与外界环境换热的冷热量，利用管道与风机协作进行强制对流换热，干渠空气携带冷热量进入热泵机组系统，通过热泵机组中蒸发器或冷凝器对冷热量进行传输，将冷热量最终传递给末端用户室内；冬季运行时，翅片换热器相当于蒸发器，用户端换热器为冷凝器，向用户散热，而夏季运行时，四通换向阀开启，翅片换热器相当于冷凝器，用户端散热器为蒸发器，向用户供冷。
有益效果：
1.本发明从干渠空气中提取冷热量作为热泵系统全年运行的低位热源，工艺简单，初投资与运行费用较低，避免了其它类型的热泵提取冷热量困难，工艺复杂、投资较高、后期维护困难等问题。
2.本发明不但适用于冬季供暖，还适用于夏季空调供冷，此时干渠空气源的循环替代冷却塔起到对冷凝器内高温高压制冷剂的冷却作用。
3.本发明利用市政排水干渠空气流量大，储量丰富，工况稳定，冬夏两季与外界环境温差大，可利用温差显著等特点为空气源热泵机组寻找到新型低位热源。
4.本发明利用市政排水干渠内的空气能，既避免了不可再生能源的一次性消耗，从而缓解了能源紧缺的问题，又解决了普通空气源热泵机组在冬季由于空气这种低位热源的温度过低所导致的被迫停机问题。
附图说明：
附图1是本发明的直接式市政排水干渠空气源热泵系统的结构示意图。
附图2是本发明的间接式市政排水干渠空气源热泵系统的结构示意图。
附图3是本发明的市政排水干渠空气源热泵系统工艺流程图。
附图4是本发明的空气进入换热器前后的焓湿图。
附图5是本发明的换热器内干渠空气与换热介质的热交换过程示意图。
附图6是本发明的市政排水干渠内污水全年水温变化示意图。
具体实施方式：
实施例1：市政排水干渠空气源热泵系统
一种市政排水干渠空气源热泵系统，其组成包括:设置在干渠内的风机1，所述的风机与设置在干渠内的翅片式换热器2连接，所述的翅片式换热器与干渠下游空气源输送管3连接，所述的翅片式换热器与设置在干渠外的空气源热泵机组4的压缩机、四通换向阀连接，所述的空气源热泵机组与末端用户5连接。
实施例2：
一种市政排水干渠空气源热泵系统，其组成包括: 设置在干渠内的风机，所述的风机与设置在干渠外的翅片式换热器连接，所述的翅片式换热器与干渠下游空气源输送管连接，所述的翅片式换热器与设置在干渠外的空气源热泵机组的压缩机、四通换向阀连接，所述的空气源热泵机组与末端用户连接。
实施例3：
上述的市政排水干渠空气源热泵系统的循环方法，市政排水干渠中的空气与污水和土壤直接或间接接触，获得在相对密闭的干渠空间内不与外界环境换热的冷热量，利用风机进行强制对流换热，干渠空气携带冷热量进入热泵机组系统，通过热泵机组中蒸发器或冷凝器对冷热量进行传输，将冷热量最终传递给末端用户室内。冬季运行时，翅片换热器相当于蒸发器，用户端换热器为冷凝器，向用户散热，而夏季运行时，四通换向阀开启，翅片换热器相当于冷凝器，用户端散热器为蒸发器，向用户供冷。
实施例4：
上述的市政排水干渠空气源热泵系统的循环方法，市政排水干渠中的空气与污水和土壤直接或间接接触，获得在相对密闭的干渠空间内不与外界环境换热的冷热量，利用管道与风机协作进行强制对流换热，干渠空气携带冷热量进入热泵机组系统，通过热泵机组中蒸发器或冷凝器对冷热量进行传输，将冷热量最终传递给末端用户室内。冬季运行时，翅片换热器相当于蒸发器，用户端换热器为冷凝器，向用户散热，而夏季运行时，四通换向阀开启，翅片换热器相当于冷凝器，用户端散热器为蒸发器，向用户供冷。
实施例5：
所述的市政排水干渠空气源热泵系统，以严寒地区哈尔滨冬季为例，污水干渠全年平均温度10℃以上，假设冬季干渠空气平均温度为10℃，与换热介质交换热量后的空气温度为5℃，换热温差为 5℃，焓差为 
=10.8
，取每小时空气流量
=10000,已知空气密度为1.2
，则空气质量
=12000
，每小时提取的热量为=12000×10.8=129600
=36000
，取建筑物耗热量为60
，该热量可为36000
/60
=600
的建筑面积供暖。
实施例6：
所述的市政排水干渠空气源热泵系统，排水干渠中的空气一方面与污水和土壤直接或间接接触换热，从而获得冷热量，另一方面在相对密闭的干渠空间内不与外界环境换热，因而能够蓄冷蓄热。
系统具有直接式、间接式两种提取干渠空气的形式，可以因地制宜，避免了系统方案的单一所造成的应用不便。提取空气的形式可以采用间接式空气源热泵系统，所述的间接式即将换热器直接与机组同置于干渠外部，利用管道与风机协作进行强制对流换热。提取空气的形式可以采用直接式空气源热泵系统，所述的直接式即将换热器与机组分开放置并直接置于干渠内，利用风机进行强制对流换热。直接式与间接式干渠空气源热泵的干渠空气与换热器的热交换必须是强制对流换热。干渠空气携带冷热量进入热泵机组系统，与制冷剂换热，实现冷热量的传递后排放到所提取空气的下游。
位于市政地下排水干渠内的空气作为一种换热介质，一方面与污水和土壤直接或间接接触换热，从而获得冷热量，另一方面在相对密闭的干渠空间内不与外界环境换热，因而能够蓄冷蓄热。如果能够提取这部分空气作为热泵的低位热源，既能满足热泵全年运行工况，解决能源紧缺问题，又能解决因空气温度过低所造成的机组被迫停机的问题。
Claims (4)
1.一种市政排水干渠空气源热泵系统，其组成包括:设置在干渠内的风机，其特征是:所述的风机与设置在干渠内的翅片式换热器连接，所述的翅片式换热器与干渠下游空气源输送管连接，所述的翅片式换热器与设置在干渠外的空气源热泵机组的压缩机、四通换向阀连接，所述的空气源热泵机组与末端用户连接。
2.一种市政排水干渠空气源热泵系统，其组成包括: 设置在干渠内的风机，其特征是:所述的风机与设置在干渠外的翅片式换热器连接，所述的翅片式换热器与干渠下游空气源输送管连接，所述的翅片式换热器与设置在干渠外的空气源热泵机组的压缩机、四通换向阀连接，所述的空气源热泵机组与末端用户连接。
3.一种权利要求1所述的市政排水干渠空气源热泵系统的循环方法，其特征是:市政排水干渠中的空气与污水和土壤直接或间接接触，获得在相对密闭的干渠空间内不与外界环境换热的冷热量，利用风机进行强制对流换热，干渠空气携带冷热量进入热泵机组系统，通过热泵机组中蒸发器或冷凝器对冷热量进行传输，将冷热量最终传递给末端用户室内；冬季运行时，翅片换热器相当于蒸发器，用户端换热器为冷凝器，向用户散热，而夏季运行时，四通换向阀开启，翅片换热器相当于冷凝器，用户端散热器为蒸发器，向用户供冷。
4.一种权利要求2所述的市政排水干渠空气源热泵系统的循环方法，其特征是:市政排水干渠中的空气与污水和土壤直接或间接接触，获得在相对密闭的干渠空间内不与外界环境换热的冷热量，利用管道与风机协作进行强制对流换热，干渠空气携带冷热量进入热泵机组系统，通过热泵机组中蒸发器或冷凝器对冷热量进行传输，将冷热量最终传递给末端用户室内；冬季运行时，翅片换热器相当于蒸发器，用户端换热器为冷凝器，向用户散热，而夏季运行时，四通换向阀开启，翅片换热器相当于冷凝器，用户端散热器为蒸发器，向用户供冷。
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| CN107101418A (zh) * | 2017-06-05 | 2017-08-29 | 山西文龙中美环能科技股份有限公司 | 一种污水源热泵热水系统 |
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| CN102261704A (zh) * | 2011-05-08 | 2011-11-30 | 姜衍礼 | 直接式污水源热泵中央空调生活热水系统 |
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