水源熱泵相關的水源問題

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　摘要：水源是應用水源熱泵的前提。文中闡述了影響水源熱泵運行工效的水源系統(tǒng)的水量、水溫、水質和供水穩(wěn)定性等因素。介紹了各類水源、取水構筑物、水處理技術、回灌技術，指出了水源方案設計和施工中應注意的一些問題。

　　關鍵詞：水源熱泵；運行工效；取水；回灌

　　清華同方人工環(huán)境設備公司今年向市場投放了節(jié)能、環(huán)保型新產品—GHP型水源中央空調系統(tǒng)。國內其它廠家也有類似產品面市，如“節(jié)能冷暖機”、“地溫冷暖機”，“地溫空調”，“地溫熱泵”等。名稱雖然各異，但基本同屬熱泵類產品。熱泵能有效利用空氣、水體和土壤中蘊藏的低溫位熱能。水源熱泵系統(tǒng)是21世紀能源利用的最優(yōu)方式之一。適合、可靠的水源是有效應用水源熱泵的前提，推廣利用水源熱泵技術時，應注意解決好相關的水源問題。

　　1、水源熱泵工作原理及其系統(tǒng)構成

　　“熱泵”這一術語是借鑒“水泵”一詞得來。在自然環(huán)境中，水往低處流動，熱向低溫位傳遞。水泵將水從低處泵送到高處利用。而熱泵可將低溫位熱能“泵送”（交換傳遞）到高溫位提供利用。在我國《暖通空調術語標準（GB50155-92）》中，對“熱泵”的解釋是“能實現(xiàn)蒸發(fā)器和冷凝器功能轉換的制冷機”； 在《新國際制冷詞典（New International Dictionary of Refrigeration）》中，對“熱泵”的解釋是“以冷凝器放出的熱量來供熱的制冷系統(tǒng)”?？梢?，熱泵在本質上是與制冷機相同的，只是運行工況不同。其工作原理是，由電能驅動壓縮機，使工質（如R22）循環(huán)運動反復發(fā)生物理相變過程，分別在蒸發(fā)器中氣化吸熱、在冷凝器中液化放熱，使熱量不斷得到交換傳遞，并通過閥門切換使機組實現(xiàn)制熱（或制冷）功能。在此過程中，熱泵的壓縮機需要一定量的高位電能驅動，其蒸發(fā)器吸收的是低位熱能，但熱泵輸出的熱量是可利用的高位熱能，在數(shù)量上是其所消耗的高位熱能和所吸收低位熱能的總和。熱泵輸出功率與輸入功率之比稱為熱泵性能系數(shù)，即COP值（Coefficient of Performance ）。熱泵有多種，以水作為熱源和供熱介質的熱泵稱為水源熱泵。水源熱泵性能系數(shù)（即COP值）高于空氣源熱泵，系統(tǒng)運行性能穩(wěn)定。

　　水源熱泵工程是一項系統(tǒng)工程，一般由水源系統(tǒng)、水源熱泵機房系統(tǒng)和末端散熱系統(tǒng)三部分組成。其中，水源系統(tǒng)包括水源、取水構筑物、輸水管網(wǎng)和水處理設備等。

　　2、水源熱泵對水源系統(tǒng)的要求

　　水源系統(tǒng)的水量、水溫、水質和供水穩(wěn)定性是影響水源熱泵系統(tǒng)運行效果的重要因素。應用水源熱泵時，對水源系統(tǒng)的原則要求是：水量充足，水溫適度，水質適宜，供水穩(wěn)定。具體說，水源的水量，應當充足夠用，能滿足用戶制熱負荷或制冷負荷的需要。如水量不足，機組的制熱量和制冷量將隨之減少，達不到用戶要求。水源的水溫應適度，適合機組運行工況要求。例如，清華同方GHP型水源中央空調系統(tǒng)在制熱運行工況時，水源水溫應為12—22℃；在制冷運行工況時，水源水溫應為18—30℃。水源的水質，應適宜于系統(tǒng)機組、管道和閥門的材質，不至于產生嚴重的腐蝕損壞。水源系統(tǒng)供水保證率要高，供水功能具有長期可靠性，能保證水源熱泵中央空調系統(tǒng)長期和穩(wěn)定運行。

　　3、水源

　　原則上講，凡是水量、水溫能夠滿足用戶制熱負荷或制冷復荷的需要，水質對機組設備不產生腐蝕損壞的任何水源都可作為水源熱泵系統(tǒng)利用的水源，既可以是再生水源，也可以是自然水源。

　　3.1 再生水源

　　是指人工利用后排放但經過處理的城市生活污水、工業(yè)廢水、礦山廢水、油田廢水和熱電廠冷卻水等水源，有條件利用再生水源的用戶，變廢為利，可減少初投資，節(jié)約水資源。但對大多數(shù)用戶來說，可供選擇的是自然界中的水源。

　　3.2 自然界中的水源

　　自然界中的水分布于大氣圈、地球表面和地殼巖石中，分別稱之為大氣水、地表水和地下水。陸地上的地表水和地下水均來自于大氣降水。

　　地表水中的海水約占自然界水總儲量的96.5%。濱海城市有條件利用海水，國外有應用海水作熱泵水源的實例。我國一些沿海城市利用海水作工業(yè)冷卻水源已有多年歷史。近年，國內有用海水作熱泵水源的研究，但海水水源熱泵技術的實用化尚待時日。陸地上的地表水，即江、河、湖、水庫水比海水和地下水礦化度低，但含泥沙等固體顆粒物、膠質懸浮物及藻類等有機物較多，含砂量和渾濁度較高，須經必要處理方可作熱泵水源。

　　地下水是指埋藏和運移在地表以下含水層中的的水體。地下水分布廣泛，水質比地表水好，水溫隨氣候變化比地表水小，是水源中央空調可以利用的較為理想的水源。

　　3.3 水量與水源的選擇

　　水量是影響水源熱泵系統(tǒng)工作效果的關鍵因素，一項工程所需水量多少由該工程負荷與機組性能確定，所選擇的水源水量應滿足負荷要求。如果其他各種條件均具備，但水量略有不足，其缺口可采取一定輔助彌補措施解決。如水量缺口較大，不能滿足負荷要求，就應考慮其他方案。 就某項具體工程而言，應從實際情況出發(fā)，判斷是否具備可利用的水源。不同工程的場地環(huán)境和水文地質條件千差萬別，可利用的水源各不相同，應因地制宜地選擇適用水源。當有不同水源可供選擇時，應通過技術經濟分析比較，擇優(yōu)確定。

　　4、水質

　　自然界中的水處于無休止循環(huán)運動中，不斷與大氣、土壤和巖石等環(huán)境介質接觸、互相作用，使其具有復雜的化學成分、化學性質和物理性質。應用水源熱泵時，除應關心水源水量外，還應關注水的溫度、化學成分、渾濁度、硬度、礦化度和腐蝕性等因素。但是，目前對水源熱泵所用水源的水質尚無有關規(guī)定，本文所提數(shù)據(jù)參考了冷卻水水質標準和某些地下水回灌水質的有關規(guī)定。