專利名稱：應(yīng)用城市污水的采暖供熱及制冷空調(diào)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用城市污水進(jìn)行采暖供熱及制冷空調(diào)的系統(tǒng)和方法，涉及到城市污水的提取及過濾處理的系統(tǒng)和方法，熱泵工質(zhì)的制熱和制冷循環(huán)工作系統(tǒng)及工作方法，城市污水、中介水、熱泵工質(zhì)及采暖供熱或制冷空調(diào)循環(huán)水之間的換熱系統(tǒng)和方法，只有把這些系統(tǒng)和方法綜合統(tǒng)一成一個(gè)整體的系統(tǒng)和方法，才能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用城市污水進(jìn)行采暖供熱和制冷空調(diào)的目的。
背景技術(shù)：
城市污水的成份主要是生活污水、生產(chǎn)廢水、雨水等，數(shù)量非常巨大，城市污水中含有非常多的低溫?zé)崮?，是不?yīng)白白丟棄掉的，隨著熱泵技術(shù)的不斷發(fā)展，熱泵機(jī)組設(shè)備的不斷開發(fā)和應(yīng)用，這些低溫?zé)崮苁峭耆梢员惶崛』厥占俺浞衷倮玫?，同時(shí)，還可以把城市污水作為熱泵機(jī)組的冷卻水源，用于制冷空調(diào)的目的。這也是熱泵機(jī)組應(yīng)用技術(shù)開發(fā)的進(jìn)步和提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是采用熱泵技術(shù)原理及熱泵機(jī)組相關(guān)設(shè)備，當(dāng)用戶需要采暖和供熱時(shí)，把城市污水當(dāng)做低溫?zé)嵩?，提取回收其中的低溫?zé)崮埽⑦€可以轉(zhuǎn)換成高品位熱能，傳遞輸送給用戶充分再利用。當(dāng)用戶需要制冷空調(diào)時(shí)，又可以把城市污水當(dāng)做熱泵機(jī)組的低溫水源(冷卻水源)，向其中釋放熱量，為用戶制冷和空調(diào)。這種系統(tǒng)和方法，同時(shí)可以滿足用戶采暖、供熱、供應(yīng)熱水、制冷、空調(diào)等多種需求。
本發(fā)明的系統(tǒng)和方法是由四個(gè)工作系統(tǒng)和工作過程組成
一、城市污水提取、過濾處理及換熱工作系統(tǒng)和工作過程是由污水泵、污水吸入口裝置、污水排出口、壓力反沖洗過濾器、換熱器及管道、閥門、控制儀表組成。
用污水泵抽取城市污水，經(jīng)過吸入口裝置、壓力反沖洗過濾器初步過濾，除去大顆粒、懸浮狀雜物，防止堵塞管道、閥門和設(shè)備，進(jìn)入換熱器與中介水進(jìn)行熱量交換，再進(jìn)入另一臺(tái)壓力反沖洗過濾器，對(duì)其進(jìn)行反沖洗，最后將污水通過排出口排回城市污水管渠下游。
二、中介水循環(huán)換熱工作系統(tǒng)和工作過程為防止城市污水腐蝕和堵塞熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器或者冷凝器，應(yīng)設(shè)有中介水循環(huán)工作系統(tǒng)和工作過程，中介水通過循環(huán)水泵、管道及閥門，在換熱器與熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器或者是冷凝器之間循環(huán)，使得城市污水與熱泵工質(zhì)之間進(jìn)行間接的熱量交換。
城市污水的水質(zhì)指標(biāo)允許時(shí)，可以不設(shè)中介水循環(huán)換熱工作系統(tǒng)和工作過程，直接進(jìn)入熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器或者冷凝器，與熱泵工質(zhì)之間直接進(jìn)行熱量交換，這樣可以提高熱交換率，降低運(yùn)行成本費(fèi)用。
三、熱泵工質(zhì)制熱或制冷循環(huán)工作系統(tǒng)和工作過程本發(fā)明是采用壓縮式熱泵機(jī)組，通過工藝管線上的控制閥門相互切換，可以實(shí)現(xiàn)熱泵工質(zhì)的制熱循環(huán)或制冷循環(huán)工作過程。
四、采暖供熱及制冷空調(diào)的循環(huán)工作系統(tǒng)和工作過程通過循環(huán)水泵及管道和切換控制閥門，把熱泵機(jī)組的制熱量或制冷量傳遞輸送給用戶。
當(dāng)用戶僅需要采暖時(shí)，其末端的采暖設(shè)備可使用散熱器、風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組，或者采用地板盤管散熱方式。
當(dāng)用戶要求冬季采暖，夏季空調(diào)時(shí)，其末端設(shè)備應(yīng)選用風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組，可以明裝，也可以暗裝。
當(dāng)用戶要求供應(yīng)熱水時(shí)，應(yīng)通過換熱器、儲(chǔ)備水箱、熱水循環(huán)泵等設(shè)備進(jìn)行換熱、儲(chǔ)備和循環(huán)、輸送熱水。
當(dāng)采暖供熱的用戶是一棟建筑或面積較小時(shí)，采暖設(shè)計(jì)給水溫度可為50℃，最高不高于55℃，回水溫度為45℃左右。
當(dāng)采暖供熱的用戶是多棟建筑或小區(qū)建筑面積較大時(shí)，采暖設(shè)計(jì)給水溫度應(yīng)為60℃，最高不高于65℃，回水溫度為45℃左右。
上述選用的設(shè)計(jì)采暖給水及回水的溫度指標(biāo)，主要取決于目前的熱泵工質(zhì)的性能及熱泵機(jī)組的制熱效率，當(dāng)有溫度更高，熱泵制熱效率更高的熱泵工質(zhì)研制開發(fā)出來，并應(yīng)用于壓縮式或熱泵機(jī)組時(shí)，設(shè)計(jì)選用的給水及回水溫度指標(biāo)也應(yīng)隨之進(jìn)行調(diào)整。
在本發(fā)明的系統(tǒng)和方法中，對(duì)應(yīng)用的城市污水是有條件要求的，第一，其流量應(yīng)能滿足采暖供熱及制冷空調(diào)設(shè)計(jì)的需要；第二，冬季最冷的時(shí)候，其溫度應(yīng)在6～8℃以上；第三，其流量及溫度應(yīng)是相對(duì)穩(wěn)定可靠的；第四，其懸浮物、PH值等水質(zhì)指標(biāo)應(yīng)能滿足使用要求。
本發(fā)明的有益效果是，應(yīng)用城市污水作為低溫水源，采用熱泵技術(shù)原理及其相關(guān)設(shè)備，這樣構(gòu)成的系統(tǒng)和方法，同時(shí)可以為用戶冬季采暖、供熱，夏季制冷空調(diào)，24小時(shí)供應(yīng)熱水的需要，這樣的系統(tǒng)和方法，不用再建鍋爐房及冷卻水塔，不用消耗煤炭、石油和天然氣，節(jié)能環(huán)保，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行安全可靠，可減少建設(shè)投資，降低生產(chǎn)成本，改善生產(chǎn)、生活環(huán)境條件。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)流程圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例的鼠籠式吸入口裝置結(jié)構(gòu)原理圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例的集水坑式吸入口裝置結(jié)構(gòu)原理圖。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例的管道式壓力反沖洗過濾器結(jié)構(gòu)原理圖。
圖中1、城市污水管渠，2、污水吸入口裝置，3、污水排出管，4、污水泵，5、壓力反沖洗過濾器，6、換熱器，7、中介水循環(huán)泵，8、熱泵蒸發(fā)器，9、熱泵壓縮機(jī)，10、熱泵冷凝器，11、熱泵節(jié)流閥，12、采暖供熱及制冷空調(diào)循環(huán)水泵，13、用戶，14、熱泵機(jī)組，15、鼠籠式集水管，16、吸水篩管，20、過濾結(jié)構(gòu)層，21、集水槽，22、集水坑，23過濾器管殼，24、變徑連接管，25、過濾結(jié)構(gòu)層，26、擋水板。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的主要結(jié)構(gòu)是由四個(gè)循環(huán)工作系統(tǒng)和工作方法組成1、污水吸取及處理工作系統(tǒng)和方法是由污水吸入口裝置2，污水排出管3，污水泵4，壓力反沖洗過濾器5，換熱器6，及管道和閥門組成，主要作用是第一，污水泵4把污水從城市污水管渠1中吸取后，進(jìn)入換熱器6中，與中介水進(jìn)行熱量交換，然后再排入污水管渠1的下游。第二，通過吸入口裝置2及壓力反沖洗過濾器5，對(duì)吸取的城市污水應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^濾處理，除去大顆粒的懸浮物，防止堵塞管道閥門、污水泵及換熱器等設(shè)備。
2、中介水循環(huán)工作系統(tǒng)和工作方法是由換熱器6，中介水循環(huán)泵7，熱泵蒸發(fā)器8，熱泵冷凝器10及管道閥門組成，主要作用是通過中介水的循環(huán)系統(tǒng)工作過程，在換熱器6與熱泵蒸發(fā)器8或熱泵冷凝器10之中進(jìn)行熱量交換。
圖1壓縮式熱泵機(jī)組制熱工作過程或制冷工作過程的結(jié)構(gòu)原理圖，中介水循環(huán)是進(jìn)入熱泵蒸發(fā)器8或者進(jìn)入熱泵冷凝器10，由工藝管道上的控制閥門相互切換得以實(shí)現(xiàn)，如果需要熱泵機(jī)組是制冷工作過程，則中介水循環(huán)是進(jìn)入熱泵蒸發(fā)器8，如果需要熱泵機(jī)組是制冷工作過程，則中介水循環(huán)是進(jìn)入熱泵冷凝器10。
根據(jù)城市污水的水質(zhì)指標(biāo)的具體情況，也可以不設(shè)有中介水循環(huán)工作系統(tǒng)，讓城市污水直接進(jìn)入熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器或者是冷凝器，提高換熱效率，降低運(yùn)行成本。
3、熱泵工質(zhì)循環(huán)工作系統(tǒng)和工作過程圖1所示是壓縮式熱泵機(jī)組工質(zhì)循環(huán)工作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理，是由熱泵壓縮機(jī)9，熱泵冷凝器10，熱泵節(jié)流閥11，熱泵蒸發(fā)器8及管道組成，其循環(huán)工作過程是熱泵工質(zhì)經(jīng)熱泵壓縮機(jī)9被壓縮，進(jìn)入熱泵冷凝器10，由氣態(tài)變成液態(tài)，釋放出氣化潛熱；液態(tài)的熱泵工質(zhì)經(jīng)熱泵節(jié)流閥11節(jié)流膨脹，進(jìn)入熱泵蒸發(fā)器8，熱泵工質(zhì)由液態(tài)變成氣態(tài)，吸收氣化潛熱；這樣，熱泵工質(zhì)的循環(huán)工作，在熱泵蒸發(fā)器8中提取回收中介水中與城市污水交換來的低溫?zé)崃?，并可在熱泵冷凝?0中提升溫度，傳遞輸送給采暖供熱循環(huán)水，為用戶采暖供熱。如果需要熱泵機(jī)組是制冷工作過程，則在本發(fā)明的系統(tǒng)和方法中，中介水應(yīng)進(jìn)入熱泵冷凝器10，制冷空調(diào)循環(huán)水應(yīng)進(jìn)入熱泵蒸發(fā)器8之中，提取制冷空調(diào)循環(huán)水中的熱量，傳遞輸送給城市污水帶走。
4、采暖供熱及制冷空調(diào)循環(huán)水工作系統(tǒng)和工作方法是由熱泵冷凝器10，采暖供熱及制冷空調(diào)循環(huán)水泵12，用戶13及管道組成。主要作用是循環(huán)水在熱泵冷凝器10中吸收熱泵工質(zhì)的氣化潛熱，傳遞輸送給用戶采暖供熱。如果需要的是制冷空調(diào)，則循環(huán)水在蒸發(fā)器8中，熱量被熱泵工質(zhì)提取吸收，熱量在冷凝器10中釋放給中介水，然后傳遞給城市污水帶走。
在圖2中，熱泵機(jī)組的主要設(shè)備熱泵壓組機(jī)9，熱泵冷凝器10，熱泵節(jié)流閥11，熱泵蒸發(fā)器8及管道、閥門、儀表和電腦自動(dòng)控制系統(tǒng)均被組裝成一個(gè)整體，安裝使用很方便，需要采暖供熱，還是需要制冷空調(diào)，通過工藝管道上的切換閥門，可隨時(shí)進(jìn)行切換系統(tǒng)和方法的流程。
圖3、圖4是本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的吸入口裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖，城市污水必須經(jīng)過初步的過濾，除去顆粒較大的懸浮狀雜物，以免堵塞管道、閥門、污水泵、換熱器等設(shè)備。目前，現(xiàn)有的吸入管喇叭口，吸入管道、底閥、格柵等設(shè)備及方法，滿足不了本發(fā)明技術(shù)方案要求，因?yàn)樗鼈兒苋菀妆怀鞘形鬯袘腋‰s物堵塞，這些雜物不能及時(shí)被污水沖走，無法保證污水設(shè)計(jì)需要的流量。
圖3是鼠籠式吸入口裝置。
圖4是集水坑式吸入口裝置。
圖3及圖4所采取的初步過濾的吸入口裝置的設(shè)計(jì)與制造安裝方式方法，其共同的特征是1、吸入口裝置均有一定的較大容積，由于污水泵的抽吸作用，裝置的容積內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，形成真空，城市污水穿透過濾結(jié)構(gòu)層，滲流進(jìn)入裝置的容積內(nèi)部；
2、過濾結(jié)構(gòu)層必須有一定的面積，城市污水滲流穿進(jìn)過濾結(jié)構(gòu)層的流速應(yīng)小于城市污水在管渠內(nèi)的流速；3、城市污水中的懸浮狀雜物不容易被吸附在過濾結(jié)構(gòu)層上，可以被城市污水沖走，能保證進(jìn)入吸入口裝置的污水流量。
下面舉一設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)一步說明例根據(jù)計(jì)算要求污水流量為G＝3600米m3/小時(shí)，城市污水在管渠中實(shí)測(cè)流速為V＝0.5米/秒，過濾結(jié)構(gòu)層采用三層不銹鋼網(wǎng)夾二層尼龍網(wǎng)結(jié)構(gòu)，過水孔口面積系數(shù)為ρ＝0.2，求過濾結(jié)構(gòu)層表面積F＝？請(qǐng)?zhí)峁┤N吸入口裝置主要尺寸？解G＝3600米3/小時(shí)＝1米3/秒F＝G/(V·ρ)＝1/(0.5×0.2)＝10米21、采用Φ500圓形截面鼠籠型吸入口，則至少長(zhǎng)度需要L＝10/(3.14×0.5)＝6.37米2、若采用500×500正方形截面鼠籠型吸入口，則至少長(zhǎng)度需要L＝10/(0.5×4)＝5米3、若采用集水槽寬為500毫米的集水坑式吸入口裝置，則集水槽長(zhǎng)度為L(zhǎng)＝10/0.5＝20米可根據(jù)城市污水管渠的形狀、位置及污水流速、選擇鼠籠式或集水坑式污水吸入口裝置的具體形式和結(jié)構(gòu)尺寸。
在圖5中，本發(fā)明的管道式壓力反沖洗過濾器結(jié)構(gòu)原理圖，其主要特征是
1、過濾器的整體形狀和管道一樣，截面可以是正方形、矩形、圓形、橢圓形、多邊形；2、過濾結(jié)構(gòu)層的過濾材料為鋼網(wǎng)、尼龍網(wǎng)等網(wǎng)狀材料，阻力較小，過濾層的面積大，短時(shí)間不易被堵塞，反沖洗間隔時(shí)間長(zhǎng)；3、反沖洗時(shí)，反沖洗水在過濾器中流動(dòng)如同在管道中流動(dòng)的性質(zhì)和規(guī)律一樣，污水中的雜物易被沖走；在安裝位置及過濾面積均能允許時(shí)，也可以選擇目前常用的反沖洗壓力濾罐或反沖洗壓力濾池，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意控制反沖洗的間隔時(shí)間和反沖洗的效果，保證污水能滿足設(shè)計(jì)要求的流量，才能保證本發(fā)明的系統(tǒng)和方法正常運(yùn)行。
在采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法進(jìn)行采暖供熱及制冷空調(diào)工程設(shè)計(jì)時(shí)，其主要方法和步驟如下1、計(jì)算建筑物采暖供熱及制冷空調(diào)負(fù)荷，選擇熱泵機(jī)組設(shè)備型號(hào)規(guī)格；2、計(jì)算城市污水需要的數(shù)量(污水流量)，選擇污水泵型號(hào)規(guī)格，污水管道直徑；3、計(jì)算換熱器的換熱面積，選擇換熱器的型號(hào)規(guī)格；4、實(shí)地考察城市污水管渠的具體情況，選擇污水吸入口裝置的形式；壓力反沖洗過濾器的形式、型號(hào)規(guī)格；5、計(jì)算中介循環(huán)水的流量，選擇中介水循環(huán)泵型號(hào)規(guī)格，管道直徑；6、計(jì)算采暖供熱及制冷空調(diào)循環(huán)水流量，選擇循環(huán)水泵型號(hào)規(guī)格、循環(huán)水管道直徑；7、熱泵機(jī)房設(shè)備平面布置，工藝管道總平面布置；8、進(jìn)行詳細(xì)全面完整的施工圖設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種采暖供熱及制冷空調(diào)的系統(tǒng)和方法，其特征是應(yīng)用城市污水作為采暖供熱的低溫?zé)嵩?，也可以作為制冷空調(diào)的冷卻水源，采用壓縮式熱泵機(jī)組的工質(zhì)循環(huán)工作過程，通過工藝管道上的控制閥門相互切換，可以為用戶采暖供熱或者是制冷空調(diào)，這種采暖供熱及制冷空調(diào)的系統(tǒng)和方法，是由四個(gè)工作系統(tǒng)和工作過程所組成第一，是城市污水的抽取、過濾處理及換熱工作系統(tǒng)和工作過程；第二，是中介水循環(huán)換熱工作系統(tǒng)和工作過程；第三，是熱泵工質(zhì)循環(huán)制熱或制冷工作系統(tǒng)和工作過程；第四，是采暖供熱及制冷空調(diào)循環(huán)水工作系統(tǒng)和工作過程。
2.一種鼠籠式吸入口過濾裝置，其特征是鼠籠式集水管具有較大的容積，可以貯存一定數(shù)量的經(jīng)初步過濾的污水，由于污水泵的抽取作用，在鼠籠式集水管的內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，產(chǎn)生真空，污水穿透鼠籠式集水管的過濾結(jié)構(gòu)層，滲流進(jìn)入裝置的容積內(nèi)部，過濾結(jié)構(gòu)層應(yīng)有一定數(shù)量要求的面積，能使污水滲流進(jìn)入過濾結(jié)構(gòu)層的流速應(yīng)小于城市污水在管渠中的流速，污水中的懸浮狀雜物不容易被吸附在過濾結(jié)構(gòu)層表面上，可以被城市污水沖刷帶走。
3.一種集水坑式吸入口過濾裝置，其特征是集水坑和集水槽具有較大的容積，由于污水泵的抽吸作用，集水坑和集水槽內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，形成真空，可使污水穿透過濾結(jié)構(gòu)層，滲流進(jìn)入裝置的集水坑容積內(nèi)部，過濾結(jié)構(gòu)層必須有一定數(shù)量要求的面積，能保證污水滲流進(jìn)入過濾結(jié)構(gòu)層的流速應(yīng)小于城市污水在管渠中的流速，污水中的大顆粒懸浮狀雜物不容易被吸附在過濾結(jié)構(gòu)層表面上，可以被城市污水沖刷帶走。
4.一種管道式壓力反沖洗過濾器，其特征是過濾器的主體結(jié)構(gòu)外形如同管道狀，截面可以是圓形、橢圓形、方形、矩形、多邊形；過濾結(jié)構(gòu)層的過濾材料為不銹鋼絲網(wǎng)、尼龍網(wǎng)等網(wǎng)狀材料；過濾層的總面積數(shù)量大，短時(shí)間不易被堵塞，過濾與反沖洗的間隔時(shí)間較長(zhǎng)，反沖洗時(shí)，反沖洗水在過濾器中流動(dòng)的狀態(tài)和規(guī)律與在管道中流動(dòng)相同，懸浮狀雜物容易被沖洗出過濾器，反沖洗效果好。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采暖供熱及制冷空調(diào)的系統(tǒng)和方法，主要由四個(gè)工作系統(tǒng)和工作過程組成一、城市污水抽取、過濾處理及換熱工作系統(tǒng)和過程；二、中介水換熱循環(huán)工作系統(tǒng)和過程；三、熱泵機(jī)組制熱或制冷循環(huán)工作系統(tǒng)和過程；四、采暖供熱及制冷空調(diào)循環(huán)水工作系統(tǒng)和過程；采用同一整套熱泵機(jī)組及其相關(guān)設(shè)備，通過工藝管道及其控制閥門相互切換，可以實(shí)現(xiàn)熱泵機(jī)組提取城市污水中含有的低溫?zé)崮?，為用戶采暖供熱，也可以?shí)現(xiàn)熱泵機(jī)組向城市污水釋放熱量，為用戶制冷空調(diào)。不用建設(shè)鍋爐房及冷卻水塔，不消耗煤炭、石油、天然氣、節(jié)約能源，環(huán)保無污染，可減少建設(shè)投資，降低采暖供熱及制冷空調(diào)成本費(fèi)用，運(yùn)行及管理安全可靠。
文檔編號(hào)F24D3/18GK1632425SQ20041009455
公開日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2004年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月9日
發(fā)明者馮太和, 陳連祥, 馮杰 申請(qǐng)人:馮太和, 陳連祥, 馮杰