地表水源熱泵應(yīng)用中存在的問題及解決措施

趙小蓮

（湖北三峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 宜昌 443000）

1 水源熱泵工作原理

熱泵是一種利用高位能使熱量從低位熱源流向高位熱源的節(jié)能裝置。顧名思義，熱泵也就是像泵一樣，可以把不能直接利用的低位熱能（如空氣、土壤、水中所含的熱能、太陽能、生活和生產(chǎn)廢熱等）轉(zhuǎn)換為可以利用的高位熱能，從而達(dá)到節(jié)省部分高位能（如煤、燃?xì)狻⒂?、電能等）的目的。由此可見，熱泵在科學(xué)用能中的作用有：

（1）熱泵技術(shù)是應(yīng)用低位再生能的重要技術(shù)措施之一。在科學(xué)使用能源中很重要的一點就是利用一切可以利用的能源來降低資源的耗散速度。基于這種理念，人們越來越關(guān)注如何通過熱泵技術(shù)，將貯存于土壤、地下水、地表水或空氣中的太陽能之類的自然能源，以及生活和生產(chǎn)排出的廢熱，用于建筑物采暖和熱水供應(yīng)，從而有效降低高位能的耗散速度。

（2）熱泵是合理利用高位能的典范。熱泵利用高位能作為驅(qū)動能源，推動動力機(jī)（如電機(jī)、燃?xì)鈾C(jī)、燃油機(jī)、汽輪機(jī)等），然后再由動力機(jī)驅(qū)動工作機(jī)（如制冷機(jī)、噴射器）運(yùn)轉(zhuǎn)。工作機(jī)像泵一樣，把低位的熱能輸送至高位以向用戶供熱，實現(xiàn)了科學(xué)地配置能源。

水源熱泵技術(shù)是利用地球表面淺層水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太陽能和地?zé)崮芏纬傻牡蜏氐臀粺崮苜Y源，并采用熱泵原理，通過少量的高位電能的輸入，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。

2 地表水源熱泵應(yīng)用中存在的技術(shù)問題及解決措施

根據(jù)我國已有的地表水源熱泵工程的運(yùn)行情況來看，主要存在的技術(shù)問題有如下幾點：

（1）進(jìn)水溫度過低，機(jī)組保護(hù)停機(jī)。就目前水源熱泵系統(tǒng)在我國的實際運(yùn)行來看，夏季制冷工況較為良好，冬季由于地表水溫度偏低，所以冬季供熱時普遍存在大流量，小溫差，熱水出水溫度低的問題。冬季，特別是北方地區(qū)，地表水溫度很低，甚至結(jié)冰。這種溫度很低的水源進(jìn)人系統(tǒng)換熱后溫度進(jìn)一步降低，如果換熱溫差過大，就會出現(xiàn)冰凍堵塞或者脹裂管道的危險，從而影響整個系統(tǒng)的運(yùn)行。為防止這種故障的發(fā)生，熱泵系統(tǒng)一般都會設(shè)置進(jìn)水溫度保護(hù)裝置，當(dāng)水溫低于設(shè)定值時，機(jī)組保護(hù)停機(jī)，水溫恢復(fù)到設(shè)定值以上時，機(jī)組重新開機(jī)。如果水溫反復(fù)變化，機(jī)組就會出現(xiàn)頻繁的開、停機(jī)，嚴(yán)重影響了機(jī)組壽命。此時可采取加輔助熱源的方式保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。輔助熱源有鍋爐、電加熱和太陽能等。也可設(shè)置蓄水箱，用夜間低谷電價加熱蓄水箱中的水，用于白天的進(jìn)水加溫后對系統(tǒng)實現(xiàn)供熱。

（2）結(jié)垢、腐蝕與微生物大量繁殖的問題。為實現(xiàn)水質(zhì)較差的地表水源熱泵的應(yīng)用，只能對地表水作粗效預(yù)處理，以解決污物對流通斷面的阻塞問題，地表水依然含有大量小尺度污物、溶解性化合物及各種微生物，是一種固液兩相、固相多組分流體，其流動換熱問題，目前的研究尚未深入，相關(guān)的理論模型與計算方法并不成熟，這是地表水源熱泵可靠應(yīng)用的基礎(chǔ)理論問題。

解決這一問題的有效途徑是對進(jìn)水進(jìn)行水質(zhì)處理，對含沙量較大的水體進(jìn)行水質(zhì)處理之前要先用漩流除砂器或沉降法去除泥沙，水質(zhì)處理方法有化學(xué)處理法、靜電處理法、磁化處理法、離子交換法、高頻電子法等。在實際工程應(yīng)用中，對水質(zhì)要進(jìn)行分析，根據(jù)不同的水質(zhì)選擇合適的水處理方法。除了水處理以外，還可以針對不同的水質(zhì)選擇不同的管材，提高管道中的水流速度等方法來阻止結(jié)垢、腐蝕和微生物大量繁殖三大危害的發(fā)生。

（3）水處理不當(dāng)，引發(fā)二次污染。自然水體一般都含有各種各樣的雜質(zhì)，這些水源在進(jìn)人熱泵系統(tǒng)前要進(jìn)行處理。目前空調(diào)水處理很多是用投放磷系化合物的方法，在運(yùn)行過程中，如果出現(xiàn)泄露、不經(jīng)處理排放，含磷物質(zhì)就會進(jìn)入自然水體，磷本身就是富含營養(yǎng)的物質(zhì)，它能使水中的植物迅速生長并消耗掉水中的氧氣，導(dǎo)致水中動物因缺氧而死亡。二次污染對環(huán)境的影響不容忽視，在空調(diào)水處理時，要盡量避免使用化學(xué)方法。即使使用化學(xué)方法，排放物也要經(jīng)過處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)才能排放。

（4）安裝管理不當(dāng)，損壞換熱盤管。地表水源熱泵閉式系統(tǒng)主要的換熱裝置是浸在水中的換熱盤管。這些換熱盤管如果放置在公共水域中，很容易遭到人為的破壞，導(dǎo)致盤管變形或破裂。如果水域中水流速度過大，也會導(dǎo)致盤管變形或破裂。換熱盤管變形會影響換熱效果，導(dǎo)致機(jī)組出力不足。如果破裂，閉環(huán)系統(tǒng)中的防凍液就會泄漏出來，不僅影響了系統(tǒng)的正常運(yùn)行，還會造成環(huán)境污染。因此，工程實際使用中可以在放置盤管的地方設(shè)置警示牌，并且把換熱盤管放置在流速適當(dāng)?shù)牡胤?，從而削減水流速度過大帶來的負(fù)面影響。

（5）取水、排水口位置不當(dāng)，機(jī)組運(yùn)行效率降低。地表水源熱泵制冷時，經(jīng)過換熱的水再次排放到水體中，如果取水口和排水口設(shè)置位置不當(dāng)，排出的水還沒有經(jīng)過充分的自然冷卻又從取水口進(jìn)人系統(tǒng)，無疑降低了熱泵的效率，制熱工況亦然。

通常情況下，取排水口的布置原則是上游深層取水，一定距離處下游淺層排水，在水庫、池塘水體中，取水口和排水口之間的距離最好要大于100m，保證排水再次進(jìn)人取水口之前溫度能最大限度的恢復(fù)。在工程建設(shè)之前，要用CFD軟件對系統(tǒng)工況進(jìn)行模擬，選擇最佳的取水和排水口位置。

3 結(jié)語

本文從介紹熱泵工作原理入手，進(jìn)而介紹了水源熱泵的工作原理，水源熱泵技術(shù)是利用地球表面淺層水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太陽能和地?zé)崮芏纬傻牡蜏氐臀粺崮苜Y源，并采用熱泵原理，通過少量的高位電能的輸入，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)；地表水源熱泵屬可再生能源利用技術(shù)，具有高效節(jié)能、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、環(huán)境效益顯著等諸多優(yōu)勢，但也有其自身的不足之處，在應(yīng)用中要引起注意；最后對地表水源熱泵應(yīng)用中存在的問題及解決措施進(jìn)行了分析。

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