（环境工程专业论文）江水源热泵系统用水水质及尾水综合利用研究.pdf

摘要 水源热泵作为一种利用可再生能源的节能环保空调系统，在提高能源利用率的同时， 降低了建筑能耗。因此对于沿江沿海负荷集中的空调系统，如果将地理优势和水源热泵技 术充分结合起来，必将大大缓解空调用电压力，带来巨大的经济效益和社会效益。但是目 前利用水源热泵系统还存在一些待解决的关键技术问题，水质对换热设备腐蚀和结垢的影 响以及尾水的排放与再利用就是这些问题中的重要两个方面。本课题以南京国际服务外包 产业园江水源热泵系统应用为研究对象，对上述两个问题进行探讨。 本文分为两个部分：( 1 ) 水质对换热设备腐蚀和结垢的影响。本文首先在理论上，对 江水水质进行以碳酸钙垢为主的趋势判定。具体方法是通过分析江水水质指标( 包括水温、 p h 值、溶解氧、c o d 。，、浊度、悬浮固体浓度、溶解性固体浓度、总硬度、碱度等) ，计 算江水的l a n g e l i e r 饱和指数、r y z n a r 稳定指数和p u c k o r i u s 结垢指数，对江水水质进行以 碳酸钙垢为主的腐蚀结垢趋势判定。判定结果表明，就碳酸钙垢而言，江水属于腐蚀性水 质。 其次，进行了江水对换热设备的腐蚀和结垢试验。试验选取碳钢、黄铜、不锈钢材料， 通过挂片和动态模拟实验，结合数码摄影手段对江水中三种材料的腐蚀和结垢进行观察， 对比分析运行参数对腐蚀和结垢的影响。研究结果表明：在江水中，三种材料的耐蚀能力 依次是3 0 4 不锈钢 黄铜 碳钢，而且相同材料管段的耐蚀性要比挂片强，这说明水流速度 可以缓解腐蚀。结垢试验结果表明：三种材料污垢附着速度为碳钢 黄铜 3 0 4 不锈钢，同 时发现，水流速度对污垢的生长作用明显，相同材料的管段污垢附着速度远远小于挂片。 为了研究结垢产物的主要成分，对碳钢挂片和黄铜挂片的垢样进行分析。结果表明：碳钢 材料垢样中腐蚀污垢占垢样的主要部分，黄铜材料垢样中水份与微生物黏泥占垢样的主要 部分。 ( 2 ) 尾水的排放与再利用。首先考虑园区内的河道水量补充、绿化灌溉、道路浇洒、 洗车、公共厕所的冲洗及公共部位的保洁等用途，计算了各部分用水量，制定了技术较先 进可靠、运行经济的尾水处理和利用方案。 其次提出将降温后的尾水向北补充龙江水系和向南补充下圩河水系的方案。向北补充 龙江水系方案分别设计管道和景观河两种补水方案，管道排水方式简洁，基地外管道沿线 基本无建筑物，拆迁容易，施工方便。但是存在尾水补水管道和能源站取水管道在滨江大 道相交叉的纵向空间问题，投资相对最高。景观河方案的优势在于获得温降效果的同时， 兼有景观美化的功能，同时，解决了与能源站进水管道的交叉问题，而且，易于今后其它 t 管道的穿越，投资最省。换水后的龙江水系和下圩河水系预期可以从现在的劣v 类水质上 升为类水质，使得河道景观得到大大改善。 尾水补充城市景观河道，还应充分满足河道防洪需求，因此，进行了雨洪形势分析。 考察在重现期分别为0 5 、1 、5 、1 0 、2 0 、5 0 年的降雨量，保障尾水进入后，河道汛期安 全的前提下，核算河道应维持的水位高度。 关键词：水源热泵碳酸钙垢腐蚀与结垢尾水排放和利用补水方案雨洪分析 i i a b s t r a c t w a t e rs o u r c eh e a tp u m pi sa ne n v i r o n m e n t a lf r i e n d l ya i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e mw h i c hu s e s r e n e w a b l ee n e r g yr e s o u r c e s i tn o to n l yi m p r o v e se n e r g ye f f i c i e n c y ，b u ta l s or e d u c e sb u i l d i n g e n e r g yc o n s u m p t i o n w i d e l yu s i n gt h i ss y s t e mi nt h ew a t e r s i d er e g i o nw i l lc r e a t es i g n i f i c a n t e c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t s f i r s t l y ，i nt h er e g i o nw h i c hi sl o c a t e dn e a rw a t e r ，t h i ss y s t e mw i l l r e l e a s et h ee n v i r o n m e n t p r e s s u r e w h i c hc o m e sf r o mt h e l a r g en u m b e r o fi n s t a l l e d a i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e m s h o w e v e r , t h e r ea r es t i l ls o m ek e yt e c h n i c a lp r o b l e m so fw a t e rs o u r c e h e a tp u m pa tt h em o m e n t i n f l u e n c eo fw a t e rq u a l i t yo nc o r r o s i o na n df o u l i n go ft h eh e a t e x c h a n g e re q u i p m e n ta n dt a i lw a t e rd i s c h a r g ea n dr e u s e ，w h i c hi so n eo ft h em o s ti m p o r t a n t p r o b l e m si nt h e s ei s s u e s i nt h i sp a p e raf u r t h e rs t u d yo ft w oa b o v e - m e n t i o n e dp r o b l e m sa r eg i v e n t o a n a l y s i st h ea p p l i c a t i o n so fw a t e rs o u r c eh e a tp u m pi nn a n ji n gi n t e m a t i o n a ls e r v i c e o u t s o u r c i n gi n d u s t r yp a r k t h i sp a p e ri sm a d eu po ft w op a r t s ( 1 ) i nt e r m so fi n f l u e n c eo fw a t e rq u a l i t yo nc o r r o s i o n a n df o u l i n go ft h eh e a te x c h a n g e re q u i p m e n t f i r s t l yw ej u d g e dt h eq u a l i t yo fy a n g t z er i v e r s w a t e ri nt h ee x p e r i m e n ta n di nt h e o r yw ek n e ww h e t h e ry a n g t z er i v e r sw a t e rw a se a s yt o f o u l i n g ( m a i n l yc a l c i u mc a r b o n a t e ) w ec o l l e c t e dt h eq u a l i t i e so ft h ey a n g t z er i v e r sw a t e r ( i n c l u d i n gw a t e rt e m p e r a t u r e ，p hv a l u e ，d o ，c o d c r ，t u r b i d i t y ，s s ，t d s ，r i g i d i t y ，a l k a l i n i t y ，e t c ) i np e r i o do ft h ee x p e r i m e n t t h e nw ec a l c u l a t e dt h el a n g e l i e rs a t u r a t i o ne x p o n e n t ，r y z n a r s t a b i l i z a t i o ne x p o n e n t ，p u c k o f i u sf o u l i n ge x p o n e n to ft h ey a n g t z er i v e r sw a t e r f i n a l l yw e j u d g e dt h ec o r r o s i o na n df o u l i n gt r e n do ft h ey a n g t z er i v e r sw a t e r w ec o n c l u d e dt h a tt h e q u a l i t yo fy a n g t z er i v e r sw a t e ri sc o r r o s i v ef o rt h ef o u l i n go fc a r b o n a t e s e c o n d l yw es t u d i e dt h ec o r r o s i o na n df o u l i n go ft h eh e a te x c h a n g e ri nt h ey a n g t z er i v e r s w a t e r w ec h o o s e dt h r e em a t e r i a l si n c l u d e i n gc a r b o ns t e e l ，b r a s sa n ds t a i n l e s ss t e e l w ed e s i g n e d t h ee x p e r i m e n to ft h ec o r r o s i o ns h e e ta n dd y n a m i cs i m u l a t i o nt os t u d yt h ec o r r o s i o na n df o u l i n g d u r i n gt h ep r o c e s sw et o o kp h o t o so ft h es h e e t sb yd i g i t a lc a m e r a t h i sh e l p e du st oa n a l y z et h e i n f l u e n c eo ft h en m n i n gp a r a m e t e r so nc o r r o s i o na n df o u l i n g c o r r o s i o nt e s tr e s u l t ss h o w e dt h a t s t a i n l e s ss t e e li sm o r ec o r r o s i o n - r e s i s t a n tt h a nb r a s sa n dc a r b o ns t e e li st h el e a s ti ny a n g t z e r i v e r sw a t e r ，a n da l s os h o w e dt h a tt u b ei sm o r ec o r r o s i o n - r e s i s t a n tt h a ns h e e t ，i tc a ne x p l a i n e d t h a tt h ei n c r e a s eo ft h er a t eo fw a t e rf l o ww o u l dr e t a r dc o r r o s i o n f o u l i n gt e s tr e s u l t ss h o w e dt h a t s t a i n l e s ss t e e li sm o r ef o u l i n g ：r e s i s t a n tt h a nb r a s sa n dc a r b o ns t e e li st h el e a s ti ny a n g t z er i v e r s w a t e r ，a n da l s os h o w e dt h a tf o u l i n gg r o w t hs p e e do ft u b ei sm u c hl e s st h a ns h e e t f o rt h es t u d yo f f o u l i n gs a m p l e s ，w ea n a l y z e df o u l i n gs a m p l e sr e s p e c t i v e l yf r o mt h ec a r b o na n db r a s ss t e e l s t h e r e s u l ts h o w e dt h a tc o r r o s i o nf o u l i n ga c c o u n t e df o rt h em a i np a r to ft h es a m p l ef r o mc o r r o s i o n s h e e t ，w a t e ra n dm i c r o b i a ls l i m ea c c o u n t e df o rt h em a i np a r to ft h es a m p l ef r o mb r a s ss h e e t i ( 2 ) i nt e r m so ft a i lw a t e rd i s c h a r g ea n dr e u s e f i r s t l yw et o o ki n t oc o n s i d e r a t i o no fm a k e u p 、a t e n t on v e r , g r e e ni r r i g a t i o n ，s t r e e tf l u s h i n gd e m a n d ，c a r w a s h ，f l u s h i n g ，c l e a n i n gp u b l i c p l a c e e t c w ec a l c u l a t e do fe a c hs e v e r a lp a r tw a t e rc o n s u m p t i o n ，a n dw o r k e do u ta p l a no fs c i e n t i f i c a n de c o n o m i cf e a s i b i l i t yt a i lw a t e rt r e a t m e n ta n d r e u s e s e c o n d l y ，w ea d v a n c e dp r o g r a m m eo fm a k e u pw a t e rt ol o n g j i a n gw a t e rs y s t e ma n dx i a 、e i n v e rw a t e rs y s t e m ，t h ef o r m e ri n c l u d i n gp i p e l i n ea n d l a n d s c a p ef i v e rt w op r o g r a m s t h ep i p e l i n e p r o g r a mi sc o n c i s e ，w i t h o u tc o n s t r u c t i o na l o n gt h el i n e ，e a s yr e m o v a la n ds i m p l ec o n s t r u c t h o w e v e r ，i te x i s t e dt h ev e r t i c a ls p a c ep r o b l e mi st h a tm a k e u pw a t e rp i p e l i n ea n df e t c hw a t e r p i p e l i n ec r o s si nb i n j i a n gr o a d ，a n dh i g hi n v e s t m e n t t h es t r e n g t ho fl a n d s c a p ef i v e rp r 0 掣锄i s b o t hc o o l i n ga n dl a n d s c a p i n g ，m e a n w h i l e ，i ta v o i d e dc r o s sw i t hf e t c hw a t e rp i p e l i n e e a s y t o c r o s sw i t ho t h e rp i p e l i n e si nf u t u r e ，a n dl o wi n v e s t m e n t a f t e rm a k e u p w a t e r ，t h ew a t e rq u a l i t yo f l o n g j i a n gw a t e rs y s t e ma n dx i a w e if i v e rw a t e rs y s t e ma r ee x p e c t e dt oa t t a i ns t a n d a r d so f ( r a d e i vf r o mw o r s et h a ng r a d evn o w ，t h eq u a l i t yo fl a n d s c a p er i v e rw o u l db e g r e a t l vi m p r o v e d w e p l a n e dt ou s et a i lw a t e ra sas o u r c et om a k e u pw a t e rf o ru r b a nl a n d s c a p er i v e r i ts h o u l d f u l l ym e e tt h ed e m a n do ft h ef l o o dc o n t r 0 1 w ep l a n e dt oa n a l y s i sr a i n w a t e r w ec a l c u l a t e dt h e r a i n f a l lo fd i f f e r e n tr e c u r r e n c ei n t e r v a lw h i c hi s0 5 ，1 ，5 ，10 ，2 0 ，5 0y e a r s t oe n s u r e r i v e r w a yi s s t i l ls e c u r ea f t e rr u n o f f p a s sd i r e c t l yi n t or i v e r ，w ea c c o u n t e dt h ew a t e rl e v e l k e y w o r d s ：w a t e rs o u r c eh e a tp u m p ：c a l c i u mc a r b o n a t e ； c o r r o s i o na n df o u l i n g ；t a l lw a r e r d i s c h a r g ea n dr e u s e ；s c h e m eo fm a k e u pw a t e r ：r a i n w a t e ra n a l y s i s 、 ， j 、 ， j 4 3 尾水综合利用总体设计方案3 9 4 4 本章小结4 0 第五章江水源热泵尾水补充园区内部用水方案4 1 5 1 设计思路4 1 5 2 设计水质4 1 5 2 1 原水水质4 1 5 2 2 出水水质4 l 5 3 设计用水量4 2 5 3 1 绿化用水量4 2 5 3 2 其它用水量4 4 5 3 3 需水处理的回用水量4 4 5 3 4 下圩河补水量4 4 5 3 5 尾水利用总量4 5 5 4 水处理工艺流程及其选择4 5 5 5 本章小结4 7 第六章江水源热泵尾水补充城市景观河道方案4 8 6 1 尾水水量4 8 6 1 1 全年各时段尾水排放量4 8 6 1 2 尾水流量分配4 8 6 2 北向补充龙江水系方案4 9 6 2 1 龙江水系现状4 9 6 2 2 龙江水系水质及其评价5 0 6 2 3 北向补水方案5 1 6 3 南向补水方案概述5 4 6 3 1 下圩河水系现状5 4 6 3 2 南向下圩河补水方案5 4 6 4 新增景观河补水管道和管线综合5 5 6 4 1 新增景观河补水方案( 方案2 ) 的平面布置5 5 6 4 2 景观河与管道敷设比较5 6 6 4 3 主要断面的布置5 6 6 4 4 主要断面的管线综合5 7 6 5 本章小结5 7 第七章河道补水量与汛期补水安全5 9 7 。1 龙江水系汛期雨水量与河道补水量5 9 7 2 龙江水系补水与汛情分析5 9 7 2 1 “1 号补水路线 5 9 7 。2 2 “2 号补水路线 6 2 7 2 3 “3 号补水路线”6 4 7 2 4 “1 、2 、3 号补水路线同时补水 6 6 7 3 下圩河水系补水与汛情分析6 8 7 - 3 1 园区南部水系概况6 8 7 3 2 基地范围内雨洪形势分析6 9 7 4 水量平衡7 0 7 4 1 热泵机组制冷时段7 0 7 4 2 热泵机组制暖时段7 0 7 4 3 其它时段7 l 7 5 本章小结7 1 第八章“尾水”降温工程措施及建议7 3 8 1 降温措施7 3 8 1 1 受纳水体水温7 3 8 1 2 降温措旌7 4 8 2 避免补充水短流的工程设施7 5 8 3 对园区生态景观设计的几点建议7 5 8 4 本章小结7 6 第九章结论建议与创新点7 7 9 1 主要结论7 7 9 2 创新点7 8 9 3 建议7 8 参考文献7 9 攻读硕士学位期间发表的论文8 4 致谢8 5 硕士学位论文 = = = 一一 第一章绪论 能源和环境是2 1 世纪人类面临的重大课题。近年来随着我国经济的快速发展，城市化 进程不断加快，各种产业园、大型公共建筑和居住区不断涌现。同时人们对生活的舒适性 要求逐步提高，必然导致建筑能耗不断增加。目前，我国建筑能耗占总能耗的1 9 8 ，其中 用于暖通空调的要占到一半以上，但仍低于发达国家建筑能耗所占比例。可以预见，我国 建筑能耗所占比例将随经济进一步发展而上升，逐步接近发达国家建筑能耗占总能耗 3 0 5 0 的水平【l 】。因此改进暖通空调的能效，采用高能效的暖通空调设备，对于建筑节 能而言意义重大。水源热泵作为一种利用可再生能源的节能环保空调系统，提高能源利用 率的同时，降低了建筑能耗。因此对于沿江沿海负荷集中的空调系统，如果将地理优势和 水源热泵技术充分结合起来，必将大大缓解空调用电压力，带来巨大的经济效益和社会效 j 上 盆。 但水源热泵系统还存在一些关键技术问题有待解决，水质对换热设备的腐蚀和结垢影 响、尾水的排放与利用就是亟待解决的问题。本研究以南京国际服务外包产业园江水源热 泵系统应用为主线。首先通过试验，分析了水质对水源热泵换热设备腐蚀和结垢的影响， 提出避免产生这些问题的措施；其次改变传统水源热泵尾水以排为主，造成水环境热污染 的方式，提出尾水综合利用方案。 1 1 研究背景 1 1 1 热泵的概念和分类 热泵是通过输入少量的高品位能源( 如电能) ，实现低位热能( 水、土壤、空气等) 向高位转移的工具。其工作原理是：利用电能驱动压缩机，使工质( 氟里昂、溴化锂等制 冷剂) 循环运动反复发生气相和液相的物理相变，在蒸发器中汽化吸热，在冷凝器中液化 放热，使热量不断地得到传递，并通过阀门的切换使机组实现制热( 或制冷) 功能【2 j 。按 热泵的热源介质来分，可分为空气源热泵和水源热泵，而依据a s h r e ah a n d b o o k 的分类【3 l ， 水源热泵又分为土壤源热泵系统、地下水源热泵系统和地表水源热泵系统。 1 1 2 地表水源热泵的概念和优点 地表水源热泵是一种利用地表浅层水源( 如江水、河水、湖水等地表水或城市生活污 水) 在夏季制冷、冬季供暖的节能空调系统。地表水温度冬季比环境空气温度高，夏季比 环境空气温度低，且与空气相比，水的质量热容大，传热性能好。地表水源热泵借助热泵 系统，通过输入少量的高位电能，实现在夏季制冷时段提取地表水中冷量、在冬季供暖时 段提取地表水中热量的功能。具体来讲，地表水源热泵的优点主要体现在以下几点： - = = _ = = _ - = 一 ( 1 ) 地表水源热泵是利用了地球水体中所储藏的太阳能资源作为冷热源，属手可再 生能源利用技术； ( 2 ) 地表水源热泵冬季可利用的水体温度高于环境空气温度，所以热泵机组蒸发温 度提高，能效比也提高；而夏季可利用的水体温度低于环境空气温度，所以冷凝温度降低， 使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式空调系统【4 】。据美国环保署估计，设计安装良好的水 源热泵系统，平均可以节约用户3 0 4 0 的供热制冷空调运行费用【5 1 。 ( 3 ) 地表水体温度的波动范围远远小于气温的变动，水体温度较气温恒定，使得热 泵机组运行可靠、稳定，保证了系统的高效性和经济性，不存在空气源热泵冬季除霜等难 点问题。 ( 4 ) 地表水源热泵使用的是电能，电能本省就是一种清洁能源。没有燃烧、排烟、 废弃物，无需设置锅炉房和烟囱，环境效益显著。 正是由于地表水源热泵具有以上优点，其越来越显示出在供暖制冷领域的独特优势， 这种高效利用可再生能源的技术受到越来越多的关注和研究。 1 1 3 地表水源热泵对水系统的要求 地表水源热泵系统是节能空调系统之一。该系统对水源的要求主要包括充足的水量、 适宜的水温和水质。 充足的水量：地表水源热泵项目要尽量靠近能提供充足水量的地区。地表水源热泵利 用水体中的低位能源，需足够量的地表水作为热泵系统稳定运行的基础。靠近水源地还可 避免产生取水过程中能耗过高、能量损失过大等问题。同时还应考虑取水河流的水位，因 为水位的高低决定取水构筑物的标高、供排水管的布置、取水水泵能耗的大小等。如果取 水水位过低，则加大了水泵的能耗，增加了取水成本；如果取水水位高于项目用地标高， 水泵能耗小，取水成本低。 适宜的水温：水源的水温要满足机组运行工况的最低要求。根据美国制冷学会a r l 3 2 0 标准，1 0 - 2 2 。c 水温最为适宜，5 3 8 c 能满足基本要求【6 】。地表水源热泵系统在这样的温度 范围内工作才能产生较好的节能效果。因此必须对水源的水温做详细的调查，尤其是极端 气温条件下的水温状况和持续时间。 适宜的水质：取水水体要控制硬度、氯离子、硫酸根离子、含沙量、有机物等指标。 硬度过大，会造成换热器结垢，降低传热系数；氯离子、硫酸根离子含量过大，会使金属 保护膜的保护性能降低，易于造成设备腐蚀和管路锈蚀；如果含沙量过大，会堵塞设备； 如果有机污染物含量过高，细菌和藻类等微生物滋生加快，会导致换热器内表面形成大量 的生物黏泥，严重降低传热效率，加速换热设备的腐蚀。 图卜1 南京国际服务外包产业园区位图 f i g 1 1l o c a t i o no f n a n j i n gi n t e r n a t i o n a ls e r v i c eo u t s o u c i n gi n d u s t r yp a r k 1 1 4 南京国际服务外包产业园建设地表水源热泵系统的优势 地表水源热泵系统虽然在发达国家起步较早、发展很快，但在我国却刚刚起步。南京 国际服务外包产业园发挥其区位优势建设该项目。园区位于南京市河西新城区北部中心地 区，南自集庆门大街，北至汉中门大街，东起经四西路，西至清河路( 见图1 1 ) 。园区用 地面积1 1 6 3 公顷，规划总建筑面积2 4 5 6 1 万1 2 。园区濒临长江，与长江大堤仅有一路之 隔，因此在地理位置上具备了建设大型江水源热泵项目的条件。 该项目采用水源热泵和“冰蓄冷”系统对园区进行集中供暖和制冷，全部建成后，供 冷能力达到2 0 万k w ，供热能力达到1 3 万k w 。项目采用江水作为其循环水，经计算，高 峰时循环水流量达到1 2 万m 3 l l r 。参照长江委水文下游局大通水文站多年的水流量统计( 见 表1 i 7 1 ) 比较。可见从水量上来说，长江水源充足，完全可以满足水源热泵的用水需求。 江水源热泵机组安全稳定的运行需要适宜的水温条件。根据图1 2 南京市2 0 01 2 0 0 8 年长江实测水温分析显示：在2 0 0 1 2 0 0 8 年之间，长江( 南京段) 出现水温低于5 的极端 ：i = = i = = = i = _ = ：= 一- _ = - r 二一 情况的频率：汉为o 1 2 ，出现最为适宜水温的比例达蓟。石j 历i 1 五西甄f 石i 氮夏广丽泵 温条件可以充分满足江水源热泵系统正常工作的适宜的水温条件。 表l - l 大通站逐月不同频率的水流量统计表( 单位：m 3 s ) t a b l el - le a c hm o n t hw a t e rf l o ws t a t i s t i c a lt a b l eo f d i f f e r e n tf r e q u e n c i e si nd a t o n gs t a t i o n ( u n i t ：m 3 s ) 弋占：一一、炳窒 日淤、： 5 0 8 0 9 0 9 5 9 7 9 9 二型二 l 1 0 3 0 0 8 4 2 0 7 7 8 07 3 9 0 7 1 9 0 6 9 3 0 2 11 0 0 08 9 6 0 8 2 0 0 7 7 1 0 7 4 6 07 0 9 0 3 1 5 2 0 01 1 7 0 0 1 0 3 0 0 9 3 1 08 7 5 0 7 8 5 0 4 2 3 9 0 01 9 8 0 0 1 7 8 0 0 1 6 1 0 0 1 5 1 0 01 3 1 0 0 5 3 2 8 0 0 2 7 5 0 02 5 3 0 0 2 3 7 0 0 2 2 8 0 021 4 0 0 6 3 9 5 0 0 3 3 7 0 0312 0 0 2 9 3 0 0 2 8 2 0 02 6 3 0 0 7 4 9 5 0 04 1 9 0 0 3 8 4 0 03 5 8 0 0 3 4 2 0 03 1 5 0 0 84 3 0 0 0 3 5 2 0 0318 0 0 2 9 2 0 0 2 7 7 0 02 5 3 0 0 9 3 9 3 0 03 1 7 0 0 2 8 3 0 02 5 7 0 0 2 4 2 0 02 1 6 0 0 1 0 3 3 2 0 02 7 2 0 0 2 4 2 0 02 1 7 0 0 2 0 2 0 01 7 3 0 0 1 1 2 2 8 0 01 8 5 0 0 1 6 6 0 01 5 2 0 0 1 4 3 0 01 2 8 0 0 1 21 3 9 0 0 1 1 4 0 01 0 3 0 0 9 4 4 08 9 6 0 8 1 5 0 7 6 5 装4 匿3 j 】 u 2 1 0 4567891 01 1 1 21 3 1 4 1 51 61 71 8 1 92 02 1 2 2 2 3 2 42 5 2 6 2 7 2 82 9 3 0 3 1 温度( ) 图卜2 长江( 南京段) 2 0 0 1 - 2 0 0 8 年水温比例 f i g 1 - 2y a n g t z er i v e rw a t e rt e m p e r a t u r es c a l eo f n a n j i n gf r o m2 0 01t o2 0 0 2 长 7 ，, ，、e l - 一- ：执, - - z - - 。饷重要条件，将调研所得长江( 南京 段) 原水水质指标与地源热泵系统对水源水水质指标相比较发现：除含砂量外，其它水质 指标均能满足江水源热泵机组安全运行的条件。 4 堡主兰竺望奎 长江原水含砂量超标会对江水源热泵机组长期稳定的运行产生不利的影响。为更好地 掌握江水中含砂量指标，参考文献【7 】中2 0 0 5 - 2 0 0 7 年长江水体含砂量比对( 图1 3 ) ，从中 可以看出，随着长江三峡大坝的建成，在三峡水库调蓄作用下，长江下游水体中含砂量减 少，年分布趋于平缓，但是江水含砂量仍然不能达到水源热泵机组的水质要求，因此江水 源热泵机组应主要考虑的就是砂和悬浮物对热泵机组的影响。 表1 - 2 长江( 南京段) 原水与地源热泵系统水源水质指标 t a b l e1 - 2y a n g t z er i v e r ( n a n j i n g ) w m e rq u a l i wa n dg r o u n ds o u r c eh e a tp u m ps y s t e mw a t e rq u a l i t yo b j e c t i v e 序号 原水地源热泵系统水 项目 一1 磊磊f 蕞磊石百矿源水水质指标【8 9 】最高值最低值平均值源水水质指标p 叫1 l 水温( ) 3 15 51 9 55 3 8 2 色度( 度) 1 01 01 0 3 溶解氧( m g l ) 1 4l9 4 p h 8 1 27 77 9 4 6 5 8 5 5肉眼可见物浑浊浑浊浑浊 一 6 臭和味 无无无 一 7 浊度( n t u ) 1 9 6 1 75 4 8 矿化度( g l ) 一一一 3 9 含砂量( m g l ) 4 4 0 4 01 0 7 1 3 1 0总硬度( 以c a o 计) ( m g l ) 8 2 5 87 2 2 0 0 1 1 碱度( m g l ) 9 8 6 58 3 一 1 2 c i 。( m g l ) 2 17 61 2 1 0 0 1 3s o ? 。( m g l ) 一一一 2 0 0 1 4 h 2 s ( m g l ) 一 一一 0 5 1 5 铁( m g l ) 一一 1 6 0 09 2 0 一 一 2 2粪大肠菌 2 8 09 一一 一一一_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ l _ _ _ _ _ _ 一 5 5 0 0 4 5 0 4 0 0 3 5 0 警3 0 0 。2 5 0 删2 0 0 念1 5 0 缸1 0 0 5 0 o 01234567 月份( 月) 图1 - 32 0 0 5 2 0 0 7 年长江水体含砂量 f i g 1 - 3s a n d - c a r r y i n gc a p a c i t yo f y a n g t z er i v e rf r o m2 0 0 5t o2 0 0 7 1 2 国内外水源热泵的应用研究 水源热泵的概念最早出现在1 9 1 2 年瑞士的一份专利文献中。2 0 世纪7 0 年代初，在世 界范围内出现了第一次能源危机。当时能源短缺的问题日益突出，其中采暖和制冷的耗能 量占建筑耗能相当大的一部分，因此，对高效节能的空调系统的开发和应用成为研究的重 点，水源热泵逐渐受到重视【1 0 】。 在英国，2 0 世纪5 0 年代初就建成了伦敦皇家节日音乐厅热泵系统，该系统利用t h a m e s 河的河水提供冷热源；同期，苏黎世的瑞士联邦技术学院也利用l i m m a t 河的河水建成了地 表水源热泵系统【1 1 】。1 9 8 1 年，瑞典建成了世界上第一个利用净化后的城市生活废水作为热 泵热源的区域供热系统【l2 | 。 在瑞典首都斯德哥尔摩建设了总能力为1 8 0 m w 的世界上最大的海水源热泵站，用于区 域供热，占城市中心网输送总量的6 0 。热泵站由6 台供热能力为3 0 m w 的热泵机组组成， 1 9 8 4 1 9 8 6 年调试完成后投入运行。1 9 9 5 年瑞典利用己有的先进大型海水源热泵进行区域供 热的经验和现成的设备，开发了以海水和热泵蒸发器端作为冷源的区域供冷工程。经过8 年的运行后，斯德哥尔摩的区域供冷系统被公认为是大型供冷解决方案中近乎完美的工程， 具有最高的可利用率、更加环保的效应以及更加经济的运行操作【l3 1 。 在日本，2 0 世纪8 0 年代以来建成了许多大型热泵区域集中供冷供热项目。如东京幕张 地区利用城市生活废水的水源热泵系统；8 0 年代初建成的东京箱崎地区区域供冷供热工程 采用了隅田川的河水作为热泵热源，第一期工程的供热量为1 1 0 0 0 k w ，具有4 9 8 0 m 3 的蓄热 槽；9 0 年代初建成的大阪南港宇宙广场区域供热供冷工程，利用海水为2 3 3 0 0 k w 的热泵提 供冷热源【1 4 】。 2 0 0 0 年7 月，美国康乃尔大学抽取位于附近底层温度较低的湖水，通过中间的热交换站 6 硕士学位论文 换热后，为大学提供7 的空调冷媒水，供冷能力达到6 3 3 0 6 k w ，水循环流量7 2 7 2 m 3 h r ，这 项工程耗资5 8 0 0 万美元，能为康奈尔大学节约8 7 的空调能耗，每年可以节省2 亿多度电。 降低了电厂发电过程中污染物的排放量【”l 。具体工艺流程见图1 4 。 图卜4 康奈尔大学湖水供冷工艺流程图 f i g 1 - 4p r o c e s sf l o wd i a g r a mo fc o m e l lu n i v