水源熱泵溫排水對水體溫度的影響

摘 要：水源熱泵在我國一直被看作一種節能環保的空調系統冷熱源而得到廣泛的應用。由其引發的水溫變化也漸漸的引起了人們的重視。通過對水體溫升的了解和研究來減少水體熱污染，能更好的利用以綠色能源應用為主的水源熱泵系統，對能源更充分的利用。

關鍵詞：水源熱泵；溫排水；溫升

前言

在水源熱泵的工作過程中，由于將建筑室內的空調負荷向水體轉移，給受納水體造成了人為溫度變化，給自然的水生態帶來負面影響，如：海水赤潮、湖泊藍藻暴發性增長、水生物多樣性的減少等水體自然危害多與水體溫度變化有關。

1 水源熱泵對水體溫度的影響

水源熱泵對水體溫度變化的影響主要表現在以下幾方面：一是夏季時熱泵機組向水體放出熱量，導致水體溫度上升；冬季時熱泵機組從水體中吸收熱量導致水體溫度下降，因為一定水體能提供或容納的換熱量是有限的，所以熱泵系統溫排水造成的受納水域溫度變化如果不妥善處理，會對受納水體造成嚴重的影響。為避免水體溫升過快，美國ASHRAE學會制訂的《地源熱泵工程技術指南》中推薦：每1kW的制冷負荷所用的地表水表面積不少于79.3m2，可用深度不少于1.83m，淺水池或湖泊的熱負荷不應超過13W/m2。

水源熱泵系統與水體環境之間的影響是雙向的。一方面，水源熱泵運行會導致水體溫度變化，造成水體熱污染；另一方面，水體溫度的變化，又會影響到水源熱泵自身性能的變化，導致系統能耗增加，影響了系統的穩定性和安全性，并加重了其對水體的熱污染。

2 溫排水熱污染的危害

水體熱污染是人為因素造成的，是由于人類活動而向環境排入的廢熱超過了環境容量，導致局部生態系統遭受破壞的現象。廣義的熱污染包括：溫室效應、熱島效應和水體熱污染；而俠義的僅指水體熱污染，及指向水體排放廢熱造成的水體環境破壞。

水體熱污染的危害不像大氣污染和排放污水那么明顯，它在短時間也看不出來對氣候的影響，但會直接或者間接的危害水生動植物和水體質量。

水源熱泵水體熱污染與電站等傳統工業冷卻水熱污染相比較，有以下的不同：（1）熱源性質和熱交換特性不同。水源熱泵與水體之間的熱交換，既有夏季的排熱，又有冬季的吸熱，排熱量和吸熱量又受到建筑冷熱負荷的制約，與水體的熱交換特性更為復雜；（2）不同水源熱泵形式的水熱交換機理以及對水環境造成的影響有很大差異，水溫的時空變化規律各有不同；（3）水源熱泵與水體熱特性相互作用和影響，水體熱承載力既是研究水體熱污染的基礎，也是確定水源熱泵水體水資源可利用最大潛力的關鍵。

3 水體熱污染區域的劃分及相關標準

水體熱污染區域可劃分為強增溫帶、適度增溫帶和弱增溫帶。熱污染的有害效應一般局限在強增溫帶，其他兩帶的不利影響較小，有時還產生有利效應。熱污染對水體影響程度取決于熱排放工業類型、排放量、受納水體特點、季節和氣象條件等。

《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）是我國的環境質量的強制標準。它規定了人為造成的地表水體水溫變化：周平均最大溫升≤1℃；周平均最大溫降≤2℃。它與舊版標準《地表水環境質量標準》（GB3838-88）的區別在于這個標準泛指四季，前者更全面的規定了水體溫升變化。

4 關于水體溫升的研究方法

溫排水的溫度標準應該以水生物的最大耐熱溫度為標準。綜合資料，對溫排水的研究主要采用實地觀測、遙感觀測、物理模型及數學模型等方法：（1）根據水體的實際情況，利用數學或者物理模型來計算溫排水對水體引起的溫升變化范圍，其中數學模型主要采用深度平均的二維模式。（2）利用定點或者遙感觀測的數據分析溫升分布，以某種水生物為參照標準，定性分析溫排水對生態環境的影響。

兩種方法的局限性表現在：（1）溫排水排出后，溫差會產生浮力效應，溫排水會在水的上層運動，所以二維模式無法正確表現，只有用三維數值模式才能表現。（2）由于環境的變化在時間和空間上都是連續的，定時定點采集的數據不能完全反映生態環境的變化特性及各參數間的相關性。

可以進行水面散熱量及其吸熱量的估算來對水體溫升進行了解。

5 水體溫升解決辦法

受納水體的余熱一部分可以利用水體本身具有的自我調節能力帶走。還可以利用開放水域與大氣層的對流換熱，從而減少熱污染產生的可能性。

工業上，可充分利用工業的余熱，來減少熱污染的產生。例如冷卻水的循環使用，改進冷卻方式，減少冷卻水排放等?；蚋纳聘魺岜卮胧?，來減少熱量散發。

從技術角度考慮用以下措施來解決水體熱污染問題：首先要根據國家立法建議和《地表水環境質量標準》GB3838-2002等標準要求，嚴格控制水體的溫升和溫降；其次要通過各種資料文獻和實驗充分了解水體的冷（熱）承載能力，使得水體溫度得以更好的控制，再次為了減小水體熱污染發生的可能性， 確保水體的水質在設計水源熱泵系統的時候，取水口和排水口的設計也是影響水體熱污染問題的因素；還有很多方法可以限制或控制水體溫度的方法，例如開式系統中，將末端設計成噴淋式，利用噴淋水與空氣的換熱來改變水體溫度，像這些增加輔助設備的方法，也可以改變水體的溫度，從而達到理想狀況。

6 結束語

通過對水溫的研究，可以更好的掌握和了解水體情況，這樣才能更好的、充分的利用水源熱泵這一綠色資源。水體熱污染最根本的原因在于能源未能被最有效、最合理的利用。而解決方法就是平衡各個能源需求之間的按需熱量品質。減少熱污染的產生，減少能源消耗，提高能源的利用率。使用梯級利用，使得能源能更充分的使用，減少熱污染的產生。

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作者簡介：張俏倩（1988，7-），女，河北工程大學供熱、供燃氣、通風及空調工程專業研究生在讀。