CN106642813A - 一种自供式污水源热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种自供式污水源热泵系统，属于节能环保技术领域，包括热泵机组、热水循环泵、中介水循环泵、管道式污水换热器、蓄能水罐、辅助热源、辅助热源进出口阀门组、热泵机组热水侧进出口阀门组以及相应的连接管道；热泵机组通过热泵机组热水侧进出口阀门组、热水循环泵、热水回水管和供水管与用水器具相连；辅助热源通过辅助热源进出口阀门组、辅助热源回水管和供水管接入热水回水管和供水管；管道式污水换热器通过蓄能水罐、中介水回水管和供水管、中介水循环泵与热泵机组相连；本发明通过热泵机组、管道式污水换热器回收建筑物自身排放污水中的低品位热能为建筑制取生活热水，完全在项目内部完成、无需审批、实施方便，且运行稳定。

Description

一种自供式污水源热泵系统

技术领域

本发明属于节能环保技术领域，特别涉及一种自供式污水源热泵系统。

背景技术

目前行业中的污水源热泵系统，都是从市政污水干渠取水，施工难度大，取水和退(排)水设施都是在项目用地红线外施工，审批手续复杂，影响工期。如图1所示，是传统的污水源热泵系统的整体结构及布置示意图，07是项目用地红线，其他设施中，提水井01、退水井02、污水供水管03、污水退(排)水管04均需要布置在项目用地红线07以外，审批手续复杂周期长，另外用地红线外涉及其他专业工程多，协调量大，施工复杂，所需成本高；所述污水干渠05的位置是固定的(属于市政工程)，有些项目距离污水干渠较远或干渠与项目之间有障碍物，将无法采用污水源热泵；热泵机房06基本是在红线内，施工、协调等各方面比较方便；此外，传统的污水源热泵系统中污水换热器占用热泵机房面积大，影响整体建筑布局或增加投资。

发明内容

本发明的目的是为了克服在项目用地红线外施工的各种困难，同时使工期得到保证，提供了一种自供式污水源热泵系统；采用本发明系统，完全在项目用地红线内部施工，实施方便、无需审批，工期可以保证；其次，本系统减小热泵机房占地面积，降低投资，增加了污水源热泵系统的应用范围，另外，本系统增加了辅助热源，保证系统运行的稳定性。

本发明提出的一种自供式污水源热泵系统，该系统包括热泵机组、热水循环泵、中介水循环泵、热泵机组热水侧进出口阀门组、热水回水管、热水供水管、中介水回水管、中介水供水管，其特征在于，还包括管道式污水换热器、蓄能水罐、辅助热源、辅助热源回水管、辅助热源供水管、辅助热源进出口阀门组，所述辅助热源进出口阀门组和热泵机组热水侧进出口阀门组各包括一个出口阀和一个进口阀；所述各部件的连接关系为：

热水回水管的一端通过热水循环泵、热泵机组热水侧进出口阀门组的进口阀与热泵机组的热水进口相连接，热水回水管的另一端与用户端的回水主管道连接；热泵机组的热水出口通过热泵机组热水侧进出口阀门组的出口阀与热水供水管的一端相连接，热水供水管的另一端与用户端的用水器具连接；

中介水回水管的一端通过中介水循环泵与热泵机组的冷水进口相连接，热泵机组的冷水出口通过中介水供水管与管道式污水换热器的进水口相连接，管道式污水换热器的出水口通过蓄能水罐与中介水回水管的另一端相连接；

辅助热源的进水口通过辅助热源回水管、辅助热源进出口阀门组的进口阀与热水回水管相连接，辅助热源的出水口通过辅助热源供水管、辅助热源进出口阀门组的出口阀与热水供水管相连接。

本发明的特点及有益效果：

本发明通过热泵机组、管道式污水换热器等装置回收建筑物自身排放污水中的低品位热能，在为建筑制取生活热水，用于洗浴等生活用途的同时，降低了对其他能源的消耗。对于规模大的住宅小区，污水排放量大，回收余热也可以为局部单体建筑供暖、制冷；采用本发明系统，完全在项目内部完成，无需审批，实施非常方便。另外，本系统装置增加了辅助热源，保证系统运行的稳定性。

附图说明

图1是传统的污水源热泵系统的整体结构及布置示意图。

图2是本发明系统的整体结构示意图。

图3(a)是本发明管道式污水换热器位于非节点处的结构示意图；图3(b)是本发明管道式污水换热器位于节点处的结构示意图。

具体实施方式

本发明提出的一种自供式污水源热泵系统，结合附图及实施例详细说明如下：

本发明自供式污水源热泵系统，结构如图2所示，该系统主要包括：热泵机组1、热水循环泵2、中介水循环泵3、管道式污水换热器4、蓄能水罐5、辅助热源6、辅助热源进出口阀门组7(进口阀、出口阀各一个，同时开或关)、热泵机组热水侧进出口阀门组8(进口阀、出口阀各一个，同时开或关)、热水回水管10、热水供水管11、中介水回水管16、中介水供水管17、辅助热源回水管20、辅助热源供水管21；分别从热水侧、中介水侧和辅助热源侧描述上述部件的连接关系：

热水侧：热水回水管10的一端通过热水循环泵2、热泵机组热水侧进出口阀门组8的进口阀与热泵机组1的热水进口12相连接；热泵机组1的热水出口13通过热泵机组热水侧进出口阀门组8的出口阀与热水供水管11的一端相连接；热水供水管11的另一端与用户端的用水器具连接，热水回水管10的另一端与用户端的回水主管道连接；

中介水侧：中介水回水管16的一端通过中介水循环泵3与热泵机组1的冷水进口14相连接；热泵机组1的冷水出口15通过中介水供水管17与管道式污水换热器4的进水口18相连接；管道式污水换热器4的出水口19通过蓄能水罐5与中介水回水管16的另一端相连接；

辅助热源侧：辅助热源6的进水口22通过辅助热源回水管20、辅助热源进出口阀门组7的进口阀与热水回水管10相连接；辅助热源6的出水口23通过辅助热源供水管21、辅助热源进出口阀门组7的出口阀与热水供水管11相连接。

所述管道式污水换热器4的结构如图3(a)所示，该换热器由多个管道式换热器单元依次拼接而成，每个管道式换热器单元的长度不小于2m，每个管道式换热器单元均由给排水内管41和套在该给排水内管41外侧的中介水外套管42组成，该给排水内管41的长度大于其外侧中介水外套管42的长度，该给排水内管两端敞开且设有法兰连接件44，该中介水外套管42的两端均封闭且与给排水内管41的侧壁外固定连接，该中介水外套管42侧壁上下端部两侧分别设有进水口、出水口；中介水外套管42管壁与给排水内管41管壁之间设有间距，该间距不小于5mm；相邻管道式换热器单元的两个给排水内管41上下端口通过法兰连接件44相连；相邻管道式换热器单元的两个中介水外套管42的进水口与出水口通过设有法兰连接件44的中介水外套管连接管43连通；位于两个终端的管道式换热器单元内中介水外套管42的进水口18、出水口19分别与中介水供水管17、蓄能水罐5相连。

当所述管道式换热器单元位于需要连接卫生器具、三通或弯头等节点处时(如图3(b)所示)，该管道式污水换热器还包括一个或多个给排水管45，该给排水管45两端敞开且设有法兰连接件44，通过法兰连接件44连接在所述相邻管道式换热器单元的两个给排水内管41之间，该给排水管45侧壁设有连接管接口，用于连接所需的卫生器具、三通或弯头节点；位于该给排水管45两端的管道式换热器单元中的中介水外套管42仍然通过设有法兰连接件44的中介水外套管连接管43连接，即利用该中介水中间连接管43跨过所述各节点，保证该管道式污水换热器内中介水的循环畅通。

管道式污水换热器4的安装方式可以根据实际情况确定，用于排水立管时可以垂直安装，用于水平管道时可以水平安装；安装位置可以是建筑管井内或吊顶内。所述各个管道式换热器单元的长度、给排水管45的长度、中介水外套管42管壁与给排水内管41管壁的间距根据项目实际情况计算确定；管道式污水换热器4的规格取决于给排水内管41，根据项目特点设计给排水内管41的尺寸及中介水外套管42管壁与给排水内管41管壁之间的间距，计算确定中介水外套管42及中介水外套管连接管43的直径；具备安装管道式污水换热器条件的管段，其给排水内管41最小直径不小于DN50(管径如果太小，生产加工没有问题，但是余热资源有限，没有回收价值，且多为支管，安装空间有限)。

本发明的工作原理：

热泵机组2通过中介水和管道式污水换热器4来吸收污水中的低品位热能，用于加热生活热水。

本发明的具体工作流程为：

用户端回水主管道内的生活热水回水通过回水管10、热水循环泵2、热泵机组热水侧进出口阀门组8的进口阀从热泵机组1的热水进口12进入热泵机组1，该生活热水回水在热泵机组1中升温后，从热泵机组1的热水出口13流出，通过热泵机组热水侧进出口阀门组8的出口阀、热水供水管11供给用户端，与其用水器具连接；利用热水循环泵2的动力，通过热水回水管10、热泵机组热水侧进出口阀门组8、热水供水管11，实现热水在用户端与热泵机组1之间的循环加热；中介水从管道式污水换热器4的出水口19流出，通过蓄能水罐5、中介水回水管16、中介水循环泵3进入热泵机组1的冷水进口14，中介水中的热量被热泵机组1吸收后温度降低，然后从热泵机组1的冷水出口15流出，降温后的中介水通过中介水供水管17从管道式污水换热器4的进水口18流入管道式污水换热器4，在管道式污水换热器4中，中介水与污水进行换热，污水的热量传递给中介水，中介水升温后从管道式污水换热器4的出水口19流出，完成下一次循环；中介水的循环动力来自于中介水循环泵3。

在实际应用中，污水的流量不稳定，随用户端的变化而变化，热水的用量也不稳定，为了保证供给与需求的平衡，防止热泵机组频繁启动，利用蓄能水罐5来增加中介水的水容量；当污水的流量大，热水的需求量小时，多余的热量可以储存在蓄能水罐5中；当污水流量小，热水需求量大时，不足部分可以由蓄能水罐5提供，保证了供需的动态平衡，使本发明系统运行稳定。

污水的热量通过中介水传给热泵机组1，在排污的过程中回收热量，用于加热生活热水，满足项目自身热水需求，实现了热水能源消耗的自供给。根据项目的特点，为了提高热水供应的稳定性，增加了辅助热源6，通过辅助热源进出口阀门组7和热泵机组热水侧进出口阀门组8，在辅助热源6与热泵机组1之间转换。具体转换模式：当管道式污水换热器4出水口19的中介水温度低于5℃时，开启辅助热源进出口阀门组7、打开辅助热源6，关闭热泵机组1、热泵机组热水侧进出口阀门组8，完成由热泵机组1运行变为由辅助热源6运行的转换；当管道式污水换热器4出水口19的中介水温度高于10℃时，开启热泵机组热水侧进出口阀门组8、热泵机组1，关闭辅助热源6、辅助热源进出口阀门组7，完成由辅助热源6运行变为由热泵机组1运行的转换。

本发明主要部件的实施方式详细说明如下：

1、循环泵、热泵机组为常规的标准产品，根据使用条件不同有很多型号可供选择；

2、管道式污水换热器中的给排水内管，常用规格DN50、DN70、DN80、DN100、DN125、DN150、DN200；

3、蓄能水罐，材质为碳钢或不锈钢，容积根据项目工况计算确定，按压力容器的标准进行制造；

4、热水管道可以采用镀锌钢管、PP-R、PE-RT等材质；中介水管道可以采用焊接钢管、无缝钢管、镀锌钢管等材质。管径根据项目工况计算确定，各种国标管径均可采用。

Claims (5)

1.一种自供式污水源热泵系统，该系统包括热泵机组、热水循环泵、中介水循环泵、热泵机组热水侧进出口阀门组、热水回水管、热水供水管、中介水回水管、中介水供水管，其特征在于，还包括管道式污水换热器、蓄能水罐、辅助热源、辅助热源回水管、辅助热源供水管、辅助热源进出口阀门组，所述辅助热源进出口阀门组和热泵机组热水侧进出口阀门组各包括一个出口阀和一个进口阀；所述各部件的连接关系为：

热水回水管的一端通过热水循环泵、热泵机组热水侧进出口阀门组的进口阀与热泵机组的热水进口相连接，热水回水管的另一端与用户端的回水主管道连接；热泵机组的热水出口通过热泵机组热水侧进出口阀门组的出口阀与热水供水管的一端相连接，热水供水管的另一端与用户端的用水器具连接；

中介水回水管的一端通过中介水循环泵与热泵机组的冷水进口相连接，热泵机组的冷水出口通过中介水供水管与管道式污水换热器的进水口相连接，管道式污水换热器的出水口通过蓄能水罐与中介水回水管的另一端相连接；

辅助热源的进水口通过辅助热源回水管、辅助热源进出口阀门组的进口阀与热水回水管相连接，辅助热源的出水口通过辅助热源供水管、辅助热源进出口阀门组的出口阀与热水供水管相连接。

2.如权利要求1所述的自供式污水源热泵系统，其特征在于，所述管道式污水换热器由多个管道式换热器单元依次拼接而成，每个管道式换热器单元均由给排水内管和套在该给排水内管外侧的中介水外套管组成，该给排水内管两端敞开且设有法兰连接件，该中介水外套管的两端均封闭且与给排水内管的侧壁外固定连接，该中介水外套管侧壁上下端部两侧分别设有进水口、出水口；中介水外套管管壁与给排水内管管壁之间设有间距；相邻管道式换热器单元的两个给排水内管上下端口通过法兰连接件相连；相邻管道式换热器单元的两个中介水外套管的进水口与出水口通过设有法兰连接件的中介水外套管连接管连通；位于两个终端的管道式换热器单元内中介水外套管的进水口、出水口分别与中介水供水管、蓄能水罐相连。

3.如权利要求2所述的自供式污水源热泵系统，其特征在于，每个管道式换热器单元的长度不小于2m，且每个给排水内管的长度大于其外侧中介水外套管的长度，所述中介水外套管管壁与给排水内管管壁的间距不小于5mm；所述给排水内管和中介水外套管材质相同，其壁厚均不小于1mm。

4.如权利要求2或3所述的自供式污水源热泵系统，其特征在于，所述管道式污水换热器还包括一个或多个给排水管，该给排水管两端敞开且设有法兰连接件，通过法兰连接件连接在所述相邻管道式换热器单元的两个给排水内管之间，该给排水管侧壁设有连接接口，用于连接所需的卫生器具、三通或弯头节点；所述给排水管的材质、管径及壁厚均与给排水内管相同。

5.如权利要求1所述的自供式污水源热泵系统，其特征在于，所述辅助热源进出口阀门组和热泵机组热水侧进出口阀门组中的进口阀、出口阀分别同时开或同时关，且辅助热源进出口阀门组和热泵机组热水侧进出口阀门组一开一关；通过控制辅助热源进出口阀门组和热泵机组热水侧进出口阀门组的开与关实现辅助热源与热泵机组运行的转换。