241重庆地区地表水用于水源热泵空调系统的分析

1、重庆地区地表水用于水源热泵空调系统的分析*丁勇 1 黄佳2 李百战 单金龙 吴明华1 重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室2 重庆华兴工程监理公司摘 要：本文通过对重庆地区的两类地表水源水库湖水源和江水源用于水源热泵空调系 统的水质和水温进行了测试和分析，通过水质水温的测试化验数据的分析，认为重庆地域内 的地表水用于水源热泵空调系统是完全可行的，应用该地表水不会对空调系统的形成过大的 复杂性，并且具有至少 30%的节能潜力。关键词：水质 水温 水源热泵空调系统 节能根据相关的气象数据分析12， 重庆市全年室外气温波动较大，冬季日平均温度最低约 为5.5C，夏季日平均温度最高约为31.7C。最热月七月的月平均温度为28.1 ，最冷月1 月的月平均温度为8.1 C，其最热月的日最高温度与日最低温度分别为37.7C和28.2C，最 冷月的日最高温度与日最低温度分别为13.6C和3.4C。由此可见，由于外界气候条件存在 较大的波动情况，且气候条件在空调运行期间大都偏离机组高效运行所需要的工况参数，因 此这种气候条件必将导致传统空调设备的运行存在工况不稳定、高于标准工况、机组产冷产 热量降低

2、、系统耗电量增加的不利局面。目前随着地源热泵空调技术在我国的发展应用，水源热泵空调技术也正处于大力地发展 的趋势。关于地源热泵空调技术，其优势已广为人知，在此不再熬述，本文仅针对重庆地域 内的两类水源热泵空调系统的水源的水质和水温情况进行分析，阐述重庆地区地表水作为水 源热泵空调系统的应用可行性及其节能潜力。1、水源热泵空调系统的水源水质分析1.1 水库湖水源根据重庆大学化学化工学院对重庆某水库水样进行的水质分析和化验，检测结果如下表 1 所示。帼家科技支撑计划重大项目课题(2006BAJ02A09、2006BAJ02A13-4)资助表 1 重庆某水库水样进行的水质分析结果测试项目米用的仪器或方法测量值pHpHs-25酸度计7.8电导率电导率仪225 “ S/cm氟离子浓度F-离子色谱0.5614mg/L氯离子浓度Cl-离子色谱6.1808 mg/L磷酸根离子浓度PO43-离子色谱47.1839mg/L硫酸跟离子浓度SO42-离子色谱未检出硝酸根离子浓度NO3-离子色谱未检出碳酸氢根离子浓度HCO3-化学滴定129.93 mg/L溶解性二氧化碳CO2化学滴定未检出碳酸根离子CO32-化

3、学滴定未检出溶解氧O2碘量法0.03mg/L雷兹纳指数7.6还原强度16.3浊度分光光度法12度硬度化学滴定6.7度硫离子浓度S2-分光光度法未检出铁离子浓度Fe2+分光光度法未检出通过显微镜检验，放大倍数为400 （10X40）,该水体水样总藻数目为935880个/L。根 据湖泊富营养化评价标准可知水体已呈现富营养化。其中优势藻种为硅藻门的针杆藻 藻类数目为425040个/L,其余藻种以硅藻门和隐藻门藻种居多，均属于常见藻种，无毒害。根据此检测报告，按照文献3中的水质参考表，经分析认为，该水体腐蚀作用不强，结 垢趋势属轻度水平，具有一定的铁锈生成条件。水库水质偏富营养化，这与水库养殖有大量 的鱼类有关，而这种水质容易诱发水生植物和藻类大量繁殖。而水中的铁离子、钙离子与磷 酸根将有可能形成沉淀。根据检测报告，结合相关设备的性质，可以认为对于该水库水质的处理，采用旋流除砂 器（除砂、降低水体浊度等作用）和综合水处理器（防垢、除锈、杀菌、灭藻、过滤等作用） 联合处理而得到满足使用要求的水质。但是，根据检测报告，水库湖水水体中藻类较多，因 此一般应设置独立的除藻设备，但考虑到综合水处理器具有

4、较好的除藻效果，因此在此类系 统中可在一次配制时暂不设置独立的除藻设备，但应预留接口。为了保证系统的长期有效运 行，在系统建成后应加强监测，如发现综合水处理器不能满足所需要的水质要求时，应在系 统中加设独立专用的除藻设施，以达到灭藻的要求。1.2 江水源根据长江上游水环境监测中心对重庆某江水所在地段的水体进行的水体抽样检验报告， 如表 2 所示。按照冷却水水质标准，对于该水体作为水源热泵的冷却水（夏季），主要是要 解决水体的浊度问题。三峡水库形成以后，由于流速降低，水中泥沙含量减少，但考虑到洪 水季节江水浊度可达 3000 至 6000 度，最大含沙量在 20000mg/L 左右。因此对于系统的取 水应设置除砂系统、净化系统。表 2 某长江水段水质抽样检验结果项目含量备注气温11.0C水温12.0CPH&1浊度15.0 度采样时间：2006.2.9矿化度276mg/L分析时间：2006.2.10铁0.195mg/L分析单位：长江上游水环境钙50.6mg/L监测中心镁10.8mg/L含沙量0.025kg/m3从图1 中可以看出：江水高含沙量时段出现在6-10月的洪水期，采用长江下游寸滩断

5、面水体的最高含沙量为3.62kg/m3，最低含沙量为0.016kg/m3，年平均含沙量0.522kg/m3。根据上述分析，该水体作为水源热泵的取水，主要要注意的是水体含砂的处理，以及水 中含有的钙镁离子及微生物等的处理。因此，对于系统的取水，应进行仔细的考虑。除要选 取合理的取水构筑物外，还应在系统中设置旋流除砂器，用以除砂、降低水体浊度等，并设 置综合水处理器，用以实现防垢、除锈、杀菌、灭藻、过滤等作用，从而使江水经过初步处 理后进入空调热泵机组，可有效提高机组的使用寿命，保证机组的长期高能效比的运行。 2、水源热泵空调系统的水源水温分析2.1 水库湖水源针对重庆地域内的水库湖水的水温分布情况，我们采用HOBOware专业水温水位测试 仪器和红外线测温仪对重庆某水库的水温水位进行了现场测试，为了保证数据的可再现性， 测试共进行了五天时间，每天分为上午和下午两个测试阶段，分别测试了水面空气温度、水 表面温度、不同深度水温等数据。通过对水库水温水位的测试数据的分析，可以得知，当大气温度在2832C范围内 变化时，在水面处的温度受大气温度波动的影响变化比较大，上午一般随着气温的升高而增 加

6、，下午随着气温的将低而降低。随着水深的增加，水体温度逐渐下降，在6m以下的水温 波动不是很明显，大都在13C14C的范围内变化。水库表面与其底部的温差在6C7C 左右。图 2 不同深度的水温变化图从图2中可知：水温随着深度的变化出现了分层现象，在水下1米处的温度在21C 22C范围内波动，在水下2米、3米、4米的温度分别在19C20C、16C17C、15C 16C的范围内波动，在水下6米左右，温度趋于稳定，波动不再明显。根据对水库水温的分析，水库水温夏季约为2226C，冬季水温约为1216C。而根据 前述分析，工程所在地的夏季日平均温度最高约为31.7C,冬季日平均温度最低约为5.5Co 最热月的日最高温度可达到37.7C，最冷月的日最低温度分别可达到3.4C。因此，根据这 些温度数据的分析，夏季采用水库水作为空调的冷凝水，将可使空调的冷凝温度降低约 1013 C,而冬季采用水库水作为空调系统的蒸发热源，将可使系统的蒸发温度提高 1012C。因此，根据相关文献的分析2当采用该水库水作为空调的热源热汇时，夏季约 可实现降低机组耗功能的 27%35%，冬季约可节约机组耗功量 25%33%。

7、2.2 江水源根据长江水利委员会水文局长江上游水文水资源勘测局提供的嘉陵江、长江江水水温和 含沙量变化曲线图，如图3所示。从图3所示的嘉陵江、长江江水水温季节变化曲线图中可以看出：1 月份为嘉陵江、长 江水温最低点，分别为9.3C、10.3C, 8月份为嘉陵江、长江水温最高点，分别为26.2C、 24.7 C。根据上述水体数据，夏季（6-9月）江水取水温度可取为25C，冬季（12、1、2月） 取水温度为10C。如考虑采用间接式系统，则将在江水机组循环水间设置换热器，在换热 器内与水源热泵循环水之间的平均传热温差按2C考虑，则水源热泵的进水温度约可取为 27 C左右，冬季水源热泵的进水温度可取为8C。这对于夏季室外计算温度36.5 C、冬季室外计算温度2C的空气温度而言，机组运行的 夏季冷凝温度将降低约13C，冬季蒸发温度将升高约9C。根据文献2的分析，如采用江水 作为水源，使用水源热泵空调系统，仅空调系统部分可望实现夏季节能3035%，冬季节能 2530%。此外，从图3中可以看出，江水温度全年波动较外界空气而言要小得多，重庆全年平均 水温在1025C间波动，而对比外界空气温度波动，其值

8、在338C间波动。因此，采用江 水作为空调系统的热源热汇，不仅会大大提高机组的能效比，而且有利于机组稳定工况，保 持机组的高效率工作，延长机组的使用寿命。3 结论根据上述对重庆地区的水库湖水源和江水源这两类地表水的水质和水温分布情况的分 析，虽然重庆地区全年的室外温度变化区间较大（338C），但地表水体的温度大致在 1026C的区间变化，这相对室外气温的变化要缓和得多，而且其对于冬夏季极端气候下的 空调运行具有极大的节能潜力。而且此类水体的水质对用于水源热泵空调系统的冷却系统而 言，无需增加大型的处理装备，可采用目前市场上已有的成套设备进行处理即可，因此大大 降低了系统的复杂性。鉴于上述原因，本文认为，重庆地区的地表水源完全可以胜任于水源 热泵空调系统的应用，其应用具有约30%的节能潜力。参考文献：1 中国气象局气象信息中心气象资料室 . 中国建筑热环境分析专用气象数据集 M. 北 京：中国建筑工业出版社，2005.2 丁勇，李百战，罗庆，刘红. 重庆市自然资源在改善室内热湿环境中的作用分析，重庆 大学学报，2007（9）3 徐伟 等译. 地源热泵工程技术指南. 中国建筑工业出版社，2001.

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