218_供水厂采用水源热泵空调系统的应用研究

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1、水源热泵系统在供水厂的应用研究同济大学暖通空调及燃气研究所蔡龙俊刘松摘要：城镇供水厂水资源丰富、水质优良，若将水源热泵系统应用于供水厂，供给厂区日常办公和生活所需要的冷量和热量，将具有良好的节能效果。本文根据供水厂净化处理工艺和水源热泵系统特点，对水源热泵系统在供水厂的应用进行了研究，并结合某具体工程实例，提出合理的解决方案，论证了水源热泵系统应用于供水厂的可行性。关键字：供水厂；水源热泵；水质；可行性51引言水源热泵是一种高效环保的节能技术，其理论研究和工程应用引起业内人士普遍关注。目前海水源热泵与湖水源热泵的应用已有成功示范案例，随着上海2010年世博工程开工，利用黄浦江水

2、作为冷热源的热泵项目也开始了应用。然而，目前为止国内对水源热泵技术在供水厂中的应用研究以及工程实践几乎处于空白。本文论述了水源热泵系统在供水厂应用的可行性，并通过具体工程案例，给出了解决方案，为水源热泵系统在供水厂中的应用研究提供参考。水源热泵系统由水源热泵中央空调主机系统，水源水系统和末端三部分组成[1]。供热时，由电驱动的水源热泵机组把从水源中提取的低品位能送至高温热源，满足用户供热需求；供冷时，机组将用户室内的余热转移到水源中，满足用户制冷需求，其工作原理如图1所示。一般水源热泵性能系数COP≥3.0，即消耗1kWh的电能，可以得到3kWh以上的供热量[2]。水源热泵利用

3、的是浅层地热能，冬季温度高于大气温度，夏季低于大气温度，所以其COP值明显高于空气源热泵。图1水源热泵系统工作原理示意图2供水厂采用水源热泵系统可行性分析水源热泵系统在我国工程应用方面的经验表明：充足的水量、合适的水温以及合格的水质是水源热泵系统正常运行的重要因素[2]；供水厂基本满足了上述要求。2.1供水厂水处理工艺供水厂净水处理目的是去除原水中的悬浮物质、胶体、细菌及其他有害成分，使净化后的水质满足生活饮用水或工业生产的需要。这里仅以地表水源为例，简单描述其典型净化处理工艺，如图2所示[3]。5图2地表水典型净化处理工艺上图所示工艺，先在水中投加混凝剂，混凝剂在水泵叶轮搅拌

4、下，迅速而充分的混合，然后在池中形成絮状沉淀物（矾花），矾花经沉淀和过滤后去除，然后经消毒进入清水池，由二级泵房供应用户。如用澄清池代替沉淀池，则含有混凝剂的原水直接进入澄清池，在池中同时完成絮凝和澄清过程。2.2供水厂水源水量随着我国城镇化速度的加快，我国城镇供水飞速发展。据统计，截至2003年，我国城镇公共供水能力达16744万m3/d；水厂数目达3479座，年供水总量达340亿万m3，城市人均日综合用水量达318L。对于单个供水厂而言，按其供水能力可以分为三类：日供水能力30万吨以上的供水厂属于大型供水厂；日供水能力在10万吨以下的属于小型供水厂；介于两者之间的属中型供水

5、厂。目前，我国大多数供水厂都属于中小水厂范畴[4]。以日供水能力10万吨，5℃换热温差计算，理论上每小时可供给的热量为8.75×107kJ。从以上数据可以看出，即使中小型水厂，蕴含在水体中的热量都是巨大的，足以满足厂区一般日常生活的冷热量需求。而且水厂日常所需要的冷量和热量与供水厂规模即日供水能力正相关。负荷越大，水厂日供水能力也越大，水源资源也相对充足。这为水源热泵系统在供水厂的应用提供了水源水量的保证。2.3供水厂水源水质应用水源热泵技术时，除考虑水源水量外，水温、水体化学成分、浑浊度、硬度、矿化度以及腐蚀性等因素都应该在考虑的范围之内。目前，国内还没有明确的机组产品标准和

6、相关规范限制水源热泵机组水质[5]，但若水源中含有泥砂，浊度太高会对机组和阀门等部件造成磨损，甚至造成管道堵塞等问题；水源中含有的不同离子、分子、化合物和气体，使得水具有酸碱度、硬度、矿化度和腐蚀性等，对机组材质有一定的影响。根据国家相关规范规定，供水厂选择水源所必须遵循的原则是：水质良好，便于防护，水量充沛可靠，且水质要符合《生活饮用水水源水质标准》CJ3020-93中关于水源水质的规定，同时供给城镇居民的生活饮用水水质必须符合《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006中生活饮用水的水质标准，两者的主要指标参数如表1[6]、表2[7]所示。5表1生活饮用水水质部分常规指标及

7、限值（单位mg/L,浊度和PH值除外）指标浑浊度（NTU）PH铁铜氯化物硫酸盐溶解性总固体总硬度（以CaCO3计）限值1（水源与净水技术条件限制时为3）6.5~8.50.312502501000450表2生活饮用水水源水质部分常规指标及限值（单位mg/L,浊度和PH值除外）指标浑浊度（NTU）PH铁铜氯化物硫酸盐溶解性总固体总硬度（以CaCO3计）标准限值一级36.5~8.50.312502501000350二级　6.5~8.60.3125025010004505一级和二级水源水质良好，经过