江水源熱泵的應(yīng)用及設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀

1、江水源熱泵的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀1前言江水具有很好的宏觀熱能特征，將其作為熱泵冷熱源為建筑物供暖供冷前景巨大，在國(guó)內(nèi)引起了廣泛關(guān)注，目前也有一些應(yīng)用案例。相比各類(lèi)空氣源熱泵，江水源熱泵能夠獲得更高的能效，并能緩解城市熱島效應(yīng)。長(zhǎng)江流域處于夏熱冬冷地區(qū)1，冬夏季空調(diào)負(fù)荷較大。隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)、人民生活水平的提高，空調(diào)系統(tǒng)必將普及，空調(diào)負(fù)荷必將大幅增長(zhǎng)。水源熱泵機(jī)組在冬季采集來(lái)自湖水、河水、地下水及地?zé)嵛菜?，甚至工業(yè)廢水污水中的低品位熱能供給室內(nèi)取暖；在夏季則把室內(nèi)的熱量取山，釋放到水中，制取冷水達(dá)到夏季空調(diào)供冷的目的。江水源熱泵利用長(zhǎng)江水作為系統(tǒng)的冷熱源，效率高，且不需冷卻塔和鍋爐等設(shè)備，機(jī)房占用面積小

2、，不向大氣排放污染物及熱量，改善室內(nèi)環(huán)境及城市環(huán)境。充分利用長(zhǎng)江水資源不儀能夠人幅度降低冬夏季空調(diào)能耗，而且降低電網(wǎng)及燃?xì)獾墓?yīng)尖峰，達(dá)到高效、節(jié)能、環(huán)保的目的。本文還綜述了該領(lǐng)域目前的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀。2 對(duì)江水作為冷熱源的分析由于江河水年四季溫度變化較小，水量豐富穩(wěn)定，是水源熱泵良好的低位能源。長(zhǎng)江、嘉陵江流經(jīng)整個(gè)重慶主城區(qū)，常年年均水流量長(zhǎng)江為8500m3/s，嘉陵江為2430m3/s,兩江合流后為10930m3/s;冬（12-2月）夏（6-9月）季平均江水溫度（水下0.5m處），冬季12.8°C，夏季23.5°C;冬夏季平均含砂量，夏季745mg/l，冬季30.6mg

3、/l;嘉陵江夏季504mg/l，冬季5.34mg/10以嘉陵江冬季江水溫度和大氣溫度的測(cè)量分析結(jié)果為例，見(jiàn)表1，得出冬季嘉陵江水溫分布穩(wěn)定，平均在9.213.1°C之間，且變化非常平穩(wěn)，沒(méi)有大的波動(dòng)，最冷月平均水溫8.8°C;而空氣溫度則存在較大的波動(dòng)，月平均氣溫波動(dòng)范圍雖不大，在8.612.8°C，但日平均溫度波動(dòng)頻繁，最低只有6.6°C,最高達(dá)17.7°C，分布極不穩(wěn)定。通過(guò)測(cè)量得知，冬季水溫沿深度方向呈遞增的趨勢(shì)，經(jīng)分析，水面以下23m處水溫已很接近。因此，江水用作空調(diào)冷熱源在溫度和穩(wěn)定性方面都較空氣有明顯的優(yōu)勢(shì)0分項(xiàng)江水溫度空氣參數(shù)平均

4、值0.3in12.5Im12.82m13.03m13.1溫度10.4濕度壓力Mp.99.869.82006年12月最大值12.713.113.913.612.675.399.9最小值12.412.712.212.99.061.399.6平均值9.29.59.79.88.666*599.82007年1月最大值9.39.710.610.311.474.799.9最小值9.19.48.89.66.654.099.6平均值10.710.911.011.112.866.399.22006年2月最大值10.811.011.4lk317.475.899.5最小值10.610.810.511.010.051.

5、998.9表l冬季各月平均值、最大值、最小值以江水作為熱泵的低溫?zé)嵩矗绻h(huán)是逆卡諾理想循環(huán)，性能系數(shù)能達(dá)到8以上；僅考慮制冷劑與冷卻水、制冷劑與江水的傳熱溫差，理論性能系數(shù)也能達(dá)到64以上，因此利用江水發(fā)展水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，具有極大的節(jié)能潛力。3 江水源熱泵應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)相對(duì)于空氣源熱泵，江水源熱泵較為可靠，能效比高，運(yùn)行費(fèi)用低。但要實(shí)現(xiàn)其自身優(yōu)勢(shì)，必須滿(mǎn)足一定條件，除水量，總體而言還要保證水溫、水質(zhì)及系統(tǒng)運(yùn)行管理要求，這也是江水源熱泵應(yīng)用的技術(shù)關(guān)鍵。3.1 水溫方面1) 進(jìn)水溫度不適合，機(jī)組自動(dòng)保護(hù)。由丁熱源溫度一般不會(huì)太高，故夏季制冷工況下一般沒(méi)有問(wèn)題，但用于冬季供熱工況時(shí)，進(jìn)水溫度可能

6、過(guò)低，為防止機(jī)組內(nèi)結(jié)冰阻塞和管道漲裂，機(jī)組一般設(shè)置自動(dòng)保護(hù)停機(jī)，機(jī)組的反復(fù)啟停會(huì)影響空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，且降低機(jī)組壽命。2) 以長(zhǎng)江水體作為空調(diào)系統(tǒng)冷熱源，承擔(dān)來(lái)自建筑的冷熱量，將對(duì)環(huán)境和生態(tài)造成一定影響3。當(dāng)夏季向水體中排放的熱量超過(guò)一定限值時(shí)，氧氣在水中溶解度會(huì)降低、水體中物理化學(xué)和生物反應(yīng)速度會(huì)加快，因此導(dǎo)致有毒物質(zhì)增加，需氧有機(jī)物氧化分解速度加快，耗氧量增加，水體缺氧加劇，進(jìn)一步引起部分生物缺氧窒息，抵抗力降低，產(chǎn)生病變乃至死亡，水體溫度升高，對(duì)水生生物的群落以及水生生物的繁殖行為也有一定的影響；在冬季，如果從水體中大量取熱，將使水體溫度降低，同樣會(huì)對(duì)水體環(huán)境造成一定的負(fù)面影響。因此，

7、在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該計(jì)算排熱或吸熱對(duì)水體溫度造成的影響是否超過(guò)生態(tài)環(huán)境的承受能力，排水水溫需要滿(mǎn)足國(guó)家相關(guān)規(guī)范。3.2 水質(zhì)方面1)水源水質(zhì)不好，會(huì)引起結(jié)垢、腐蝕或產(chǎn)生生物污泥，堵塞及沖蝕問(wèn)題，由此造成管道堵塞、能耗增加、主機(jī)不能止常運(yùn)行、設(shè)備壽命縮短等。江水的礦化度不高，結(jié)垢問(wèn)題不大；江水呈弱堿性，水中的氧和二氧化碳通常也很低，腐蝕問(wèn)題也不大；雖然目前沒(méi)有水源熱泵水質(zhì)要求的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但參照國(guó)家冷卻水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)4和地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)5對(duì)水質(zhì)含沙量不大于5mg門(mén)的要求可見(jiàn)，江水含沙量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于該標(biāo)準(zhǔn)，因此，含沙量是制約利用江水作水源熱泵冷熱源應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。2)排水處理不當(dāng)，引起二次污染。若水處理過(guò)程中

8、投放磷系化合物，泄露或不經(jīng)處理排放會(huì)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化。另外，機(jī)組常用乙二醇防凍液，如不慎泄露會(huì)給水體和空氣環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重污染。因此排水必須經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理，達(dá)標(biāo)排放。3.3運(yùn)行管理方而1)安裝管理不當(dāng)，損壞換熱盤(pán)管。對(duì)于江水源熱泵系統(tǒng)，必然有大量取回水管安置在室外，且有大量換熱盤(pán)管置于水體中，需要防止人為或非人為的破壞。2)取回水口的位置設(shè)置要合理，否則取水能耗太大，系統(tǒng)運(yùn)行效率降低，無(wú)法發(fā)揮水源熱泵系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)。在運(yùn)行江水源熱泵時(shí)要允分進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，如果初投資費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用太高，不能發(fā)揮江水源熱泵系統(tǒng)高能效比優(yōu)勢(shì)，那么江水源熱泵方案則不再具有可行性。在水源熱泵的實(shí)際工程中，解決以上問(wèn)題可能會(huì)引起投資

9、增長(zhǎng)或運(yùn)行費(fèi)用增加，需要作詳細(xì)對(duì)比。從初投資來(lái)看，一般水源熱泵機(jī)組及其配套取回水設(shè)施及水處理設(shè)施的總投資比傳統(tǒng)風(fēng)冷熱泵及冷水機(jī)組要高，但隨著技術(shù)的革新，差距正在縮小，有利于水源熱泵的推廣；在運(yùn)行成本上，水源熱泵機(jī)組具有較高的能效比，其能耗比相應(yīng)的冷水機(jī)組或風(fēng)冷熱泵要低，而且水源熱泵系統(tǒng)不需要冷卻塔，在冷卻水側(cè)沒(méi)有水損失；在維護(hù)成本上，水源熱泵系統(tǒng)往往具有較高的自動(dòng)控制水平，其操作運(yùn)行及維護(hù)所需人工較少，可以遠(yuǎn)程控制，維護(hù)成本比傳統(tǒng)系統(tǒng)要低。4 應(yīng)用現(xiàn)狀與研究進(jìn)展針對(duì)于江水源熱泵的應(yīng)用技術(shù)關(guān)鍵，我國(guó)現(xiàn)已提出一些具有創(chuàng)新意義的研究方案，主要包括：尾水處理及綜合利用、江水源熱泵取水水處理技術(shù)、節(jié)能減

10、排，降低總費(fèi)用等。4.1尾水處理及綜合利用經(jīng)過(guò)水源熱泵機(jī)組熱交換后，江水水溫必將有明顯改變，因此排水可能對(duì)水環(huán)境與生態(tài)環(huán)境有定影響，而水處理過(guò)程中使用的化學(xué)藥品也可能對(duì)水體產(chǎn)生污染。因此需要對(duì)水體水溫的改變、污染物的擴(kuò)散進(jìn)行嚴(yán)密計(jì)算和模擬論證，所用處理藥品小能破壞環(huán)境?？傊?，排水要滿(mǎn)足相關(guān)政策法規(guī)。此外，經(jīng)過(guò)處理和換熱的尾水，直接排放了也是一種浪費(fèi)，可以結(jié)合具體條件綜合利用。尾水的利用可按以下幾個(gè)流程進(jìn)行處理：流程1：作為水處理基本流程，出水直接用于綠化和澆灑道路：水源熱泵尾水T沉砂池T粗濾池T精密過(guò)濾器T出水。流程2：為流程1+消毒，用于直接與人體接觸的洗車(chē)、沖廁等：流程1的出水T消毒T接觸

11、池T洗車(chē)、沖廁。流程3：將用于補(bǔ)充河道的水進(jìn)行物理降溫，即可滿(mǎn)足使用要求：水源熱泵尾水T物理降溫T補(bǔ)充下圩河。以上處理方案有如下優(yōu)勢(shì)：1）除用于河道補(bǔ)水之外，其他用途的回用水處理工藝均采用流程1的出水，處理構(gòu)筑物與設(shè)備機(jī)房集中，有利于日常管理，投資最?。?）對(duì)于與人接觸的洗車(chē)、保潔等用水，采用基本工藝處理后，在用水點(diǎn)投加消毒劑并設(shè)置接觸池，在滿(mǎn)足水質(zhì)指標(biāo)的前提下，避免了消毒劑對(duì)綠化的不利影響，同時(shí)減少了消毒劑用量；3）河道補(bǔ)水量大，在原水的水質(zhì)指標(biāo)均能滿(mǎn)足使用要求的摹礎(chǔ)上，僅針對(duì)要求不苛刻的水溫進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕档停孟到y(tǒng)的出水余壓，結(jié)合周?chē)坝^完成物理降溫過(guò)程；4）基本水處理流程不用投加混凝劑，

12、可自動(dòng)完成反沖洗等，使用安全可靠，運(yùn)行費(fèi)用低廉，解決了物管部門(mén)的后顧之憂(yōu)。江水經(jīng)過(guò)處理、換熱后，尾水沒(méi)有直接排放，而是能夠得到綜合利用，大大提升了水系統(tǒng)運(yùn)行效益，并且對(duì)環(huán)境有正面影響。42江水源熱泵取水水處理技術(shù)針對(duì)江水水質(zhì)，特別是含沙量問(wèn)題，要采用合理的水處理技術(shù)。從實(shí)際工程看，目前的取水方式主要有直接取水供給水源熱泵機(jī)組、傳統(tǒng)水廠的水處理方式、斜板頭+旋流除砂器+綜合水處理器的方式、旋流除砂器+綜合水處理器+板式換熱器方式、復(fù)合式的取水水處理方式。但這鞋取水水處理技術(shù)還存在較大的缺陷，取水模式與機(jī)組和輸配系統(tǒng)的整合優(yōu)化性差，不足以引導(dǎo)實(shí)際的規(guī)?；茝V應(yīng)用。對(duì)于取水技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，現(xiàn)已提出

13、滲透取水與水源熱泵技術(shù)相結(jié)合的取水方案，該方案利用長(zhǎng)江河床的卵石層作為天然過(guò)濾器，通過(guò)滲透濾嘴在河底硐室內(nèi)匯集江水，各個(gè)硐室內(nèi)匯集的江水通過(guò)江底集水隧道、導(dǎo)井送至豎井，然后利用水泵直接抽往熱泵機(jī)組使用。取水方案設(shè)計(jì)時(shí)注意枯水季節(jié)水位與取水硐室集水量的關(guān)系，確保取水水量可以滿(mǎn)足冬季負(fù)荷所需的水量。相比傳統(tǒng)的取水方式，滲濾取水系統(tǒng)有水溫適宜、水質(zhì)好、方案的可行性和可靠性高、環(huán)境影響小、輸送效率比較高和取水可二次利用等優(yōu)點(diǎn)。但采用滲濾取水也有初投資高的缺點(diǎn)。與直接采用地表取水的水源熱泵系統(tǒng)相比能夠節(jié)約30的電能消耗，節(jié)省70的建設(shè)用地，實(shí)現(xiàn)大幅度的資源節(jié)約，有著廣闊的推廣示范價(jià)值及發(fā)展前景。4.3

14、節(jié)能減排，降低總費(fèi)用在對(duì)江水源熱泵進(jìn)行運(yùn)行管理時(shí)要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，為了更好的達(dá)到節(jié)能減排，降低運(yùn)行費(fèi)用的目的，可以將水源熱泵與冰蓄冷系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行，彌補(bǔ)了水源熱泵投資過(guò)高或冰蓄冷制冷效率低的單方面缺點(diǎn)，對(duì)環(huán)境保護(hù)有重要意義。水源熱泵與冰蓄冷聯(lián)合的應(yīng)用技術(shù)，適于峰谷電價(jià)有差異，電網(wǎng)用電負(fù)荷不均勻的情況，在電力負(fù)荷很低的夜間采用制冷機(jī)組制冷，用冰將冷量貯存起來(lái)，在用電高峰期將其釋放，以滿(mǎn)足建筑物的空調(diào)需冷量的部分，通過(guò)轉(zhuǎn)移高峰負(fù)荷，大大減少了水源熱泵取水量，降低了裝機(jī)容量和運(yùn)行費(fèi)用，提高了設(shè)備利用率。在減少制冷設(shè)備的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步減少了水泵、系統(tǒng)管路、取水泵房及水處理設(shè)備的占地面積，減少相應(yīng)變配電設(shè)

15、備投資和電力增容費(fèi)用。既體現(xiàn)綠色建造的理念義節(jié)約了運(yùn)行費(fèi)用，符合我國(guó)公共建筑中節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)保效益的要求，有廣闊的發(fā)展前景?？傊瑧?yīng)用江水源熱泵應(yīng)當(dāng)結(jié)合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)以及環(huán)境進(jìn)行整體分析。目前針對(duì)于江水源熱泵的應(yīng)用技術(shù)還不夠成熟，一必實(shí)踐應(yīng)用問(wèn)題亟待解決，是目前工程界必須面對(duì)的。要確保充分發(fā)揮水源熱泵高能效比的優(yōu)勢(shì)，降低運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)盡可能降低對(duì)環(huán)境的影響，真正做到節(jié)能環(huán)保、有效降低總費(fèi)用。5 結(jié)論1)江水可以作為節(jié)能環(huán)保的空調(diào)冷熱源。與空氣相比，江水水溫夏低冬高，且相對(duì)穩(wěn)定，。應(yīng)用江水源熱泵可以降低能耗，減緩城市熱島效應(yīng)，改善人居環(huán)境。2)江水源熱泵在長(zhǎng)江流域有著廣闊的應(yīng)用前景。隨著我國(guó)長(zhǎng)江流域經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，空調(diào)負(fù)荷越來(lái)越大，江水可以為沿江建筑提供足夠冷熱量，故江水源熱泵能夠且應(yīng)該為我國(guó)建筑節(jié)能事業(yè)及能源規(guī)劃作出特殊貢獻(xiàn)。盡管應(yīng)用江水源熱泵技術(shù)難點(diǎn)多，但只要結(jié)合實(shí)際條件，綜合考慮多方面因素，創(chuàng)造性的運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)，這些問(wèn)題是可以解決的。參考文獻(xiàn)1 GB5017693民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范s北京：計(jì)劃出版社，19932 國(guó)家水利部.2007年中國(guó)水資源公報(bào)R北京，2008.3 王新蘭熱污染的危害及管理建議