水源热泵温排水对水体温度的影响

水源热泵温排水对水体温度的影响
作者：张俏倩赵岩石珍珍
来源：《科技创新与应用》2015年第04期
摘要：水源热泵在我国一直被看作一种节能环保的空调系统冷热源而得到广泛的应用。

由其引发的水温变化也渐渐的引起了人们的重视。

通过对水体温升的了解和研究来减少水体热污染，能更好的利用以绿色能源应用为主的水源热泵系统，对能源更充分的利用。

关键词：水源热泵；温排水；温升
前言
在水源热泵的工作过程中，由于将建筑室内的空调负荷向水体转移，给受纳水体造成了人为温度变化，给自然的水生态带来负面影响，如：海水赤潮、湖泊蓝藻暴发性增长、水生物多样性的减少等水体自然危害多与水体温度变化有关。

1 水源热泵对水体温度的影响
水源热泵对水体温度变化的影响主要表现在以下几方面：一是夏季时热泵机组向水体放出热量，导致水体温度上升；冬季时热泵机组从水体中吸收热量导致水体温度下降，因为一定水体能提供或容纳的换热量是有限的，所以热泵系统温排水造成的受纳水域温度变化如果不妥善处理，会对受纳水体造成严重的影响。

为避免水体温升过快，美国ASHRAE学会制订的《地源热泵工程技术指南》中推荐：每1kW的制冷负荷所用的地表水表面积不少于79.3m2，可用深度不少于1.83m，浅水池或湖泊的热负荷不应超过13W/m2。

水源热泵系统与水体环境之间的影响是双向的。

一方面，水源热泵运行会导致水体温度变化，造成水体热污染；另一方面，水体温度的变化，又会影响到水源热泵自身性能的变化，导致系统能耗增加，影响了系统的稳定性和安全性，并加重了其对水体的热污染。

2 温排水热污染的危害
水体热污染是人为因素造成的，是由于人类活动而向环境排入的废热超过了环境容量，导致局部生态系统遭受破坏的现象。

广义的热污染包括：温室效应、热岛效应和水体热污染；而侠义的仅指水体热污染，及指向水体排放废热造成的水体环境破坏。

水体热污染的危害不像大气污染和排放污水那么明显，它在短时间也看不出来对气候的影响，但会直接或者间接的危害水生动植物和水体质量。

水源热泵水体热污染与电站等传统工业冷却水热污染相比较，有以下的不同：（1）热源性质和热交换特性不同。

水源热泵与水体之间的热交换，既有夏季的排热，又有冬季的吸热，
排热量和吸热量又受到建筑冷热负荷的制约，与水体的热交换特性更为复杂；（2）不同水源热泵形式的水热交换机理以及对水环境造成的影响有很大差异，水温的时空变化规律各有不同；（3）水源热泵与水体热特性相互作用和影响，水体热承载力既是研究水体热污染的基础，也是确定水源热泵水体水资源可利用最大潜力的关键。

3 水体热污染区域的划分及相关标准
水体热污染区域可划分为强增温带、适度增温带和弱增温带。

热污染的有害效应一般局限在强增温带，其他两带的不利影响较小，有时还产生有利效应。

热污染对水体影响程度取决于热排放工业类型、排放量、受纳水体特点、季节和气象条件等。

《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）是我国的环境质量的强制标准。

它规定了人为造成的地表水体水温变化：周平均最大温升≤1℃；周平均最大温降≤2℃。

它与旧版标准《地表水环境质量标准》（GB3838-88）的区别在于这个标准泛指四季，前者更全面的规定了水体温升变化。

4 关于水体温升的研究方法
温排水的温度标准应该以水生物的最大耐热温度为标准。

综合资料，对温排水的研究主要采用实地观测、遥感观测、物理模型及数学模型等方法：（1）根据水体的实际情况，利用数学或者物理模型来计算温排水对水体引起的温升变化范围，其中数学模型主要采用深度平均的二维模式。

（2）利用定点或者遥感观测的数据分析温升分布，以某种水生物为参照标准，定性分析温排水对生态环境的影响。

两种方法的局限性表现在：（1）温排水排出后，温差会产生浮力效应，温排水会在水的上层运动，所以二维模式无法正确表现，只有用三维数值模式才能表现。

（2）由于环境的变化在时间和空间上都是连续的，定时定点采集的数据不能完全反映生态环境的变化特性及各参数间的相关性。

可以进行水面散热量及其吸热量的估算来对水体温升进行了解。

5 水体温升解决办法
受纳水体的余热一部分可以利用水体本身具有的自我调节能力带走。

还可以利用开放水域与大气层的对流换热，从而减少热污染产生的可能性。

工业上，可充分利用工业的余热，来减少热污染的产生。

例如冷却水的循环使用，改进冷却方式，减少冷却水排放等。

或改善隔热保温措施，来减少热量散发。

从技术角度考虑用以下措施来解决水体热污染问题：首先要根据国家立法建议和《地表水环境质量标准》GB3838-2002等标准要求，严格控制水体的温升和温降；其次要通过各种资料
文献和实验充分了解水体的冷（热）承载能力，使得水体温度得以更好的控制，再次为了减小水体热污染发生的可能性，确保水体的水质在设计水源热泵系统的时候，取水口和排水口的设计也是影响水体热污染问题的因素；还有很多方法可以限制或控制水体温度的方法，例如开式系统中，将末端设计成喷淋式，利用喷淋水与空气的换热来改变水体温度，像这些增加辅助设备的方法，也可以改变水体的温度，从而达到理想状况。

6 结束语
通过对水温的研究，可以更好的掌握和了解水体情况，这样才能更好的、充分的利用水源热泵这一绿色资源。

水体热污染最根本的原因在于能源未能被最有效、最合理的利用。

而解决方法就是平衡各个能源需求之间的按需热量品质。

减少热污染的产生，减少能源消耗，提高能源的利用率。

使用梯级利用，使得能源能更充分的使用，减少热污染的产生。

参考文献
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作者简介：张俏倩（1988，7-），女，河北工程大学供热、供燃气、通风及空调工程专业研究生在读。