地表水源热泵应用中存在的问题及解决措施

赵小莲

（湖北三峡职业技术学院，湖北 宜昌 443000）

1 水源热泵工作原理

热泵是一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的节能装置。顾名思义，热泵也就是像泵一样，可以把不能直接利用的低位热能（如空气、土壤、水中所含的热能、太阳能、生活和生产废热等）转换为可以利用的高位热能，从而达到节省部分高位能（如煤、燃气、油、电能等）的目的。由此可见，热泵在科学用能中的作用有：

（1）热泵技术是应用低位再生能的重要技术措施之一。在科学使用能源中很重要的一点就是利用一切可以利用的能源来降低资源的耗散速度。基于这种理念，人们越来越关注如何通过热泵技术，将贮存于土壤、地下水、地表水或空气中的太阳能之类的自然能源，以及生活和生产排出的废热，用于建筑物采暖和热水供应，从而有效降低高位能的耗散速度。

（2）热泵是合理利用高位能的典范。热泵利用高位能作为驱动能源，推动动力机（如电机、燃气机、燃油机、汽轮机等），然后再由动力机驱动工作机（如制冷机、喷射器）运转。工作机像泵一样，把低位的热能输送至高位以向用户供热，实现了科学地配置能源。

水源热泵技术是利用地球表面浅层水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能的输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。

2 地表水源热泵应用中存在的技术问题及解决措施

根据我国已有的地表水源热泵工程的运行情况来看，主要存在的技术问题有如下几点：

（1）进水温度过低，机组保护停机。就目前水源热泵系统在我国的实际运行来看，夏季制冷工况较为良好，冬季由于地表水温度偏低，所以冬季供热时普遍存在大流量，小温差，热水出水温度低的问题。冬季，特别是北方地区，地表水温度很低，甚至结冰。这种温度很低的水源进人系统换热后温度进一步降低，如果换热温差过大，就会出现冰冻堵塞或者胀裂管道的危险，从而影响整个系统的运行。为防止这种故障的发生，热泵系统一般都会设置进水温度保护装置，当水温低于设定值时，机组保护停机，水温恢复到设定值以上时，机组重新开机。如果水温反复变化，机组就会出现频繁的开、停机，严重影响了机组寿命。此时可采取加辅助热源的方式保证系统正常运行。辅助热源有锅炉、电加热和太阳能等。也可设置蓄水箱，用夜间低谷电价加热蓄水箱中的水，用于白天的进水加温后对系统实现供热。

（2）结垢、腐蚀与微生物大量繁殖的问题。为实现水质较差的地表水源热泵的应用，只能对地表水作粗效预处理，以解决污物对流通断面的阻塞问题，地表水依然含有大量小尺度污物、溶解性化合物及各种微生物，是一种固液两相、固相多组分流体，其流动换热问题，目前的研究尚未深入，相关的理论模型与计算方法并不成熟，这是地表水源热泵可靠应用的基础理论问题。

解决这一问题的有效途径是对进水进行水质处理，对含沙量较大的水体进行水质处理之前要先用漩流除砂器或沉降法去除泥沙，水质处理方法有化学处理法、静电处理法、磁化处理法、离子交换法、高频电子法等。在实际工程应用中，对水质要进行分析，根据不同的水质选择合适的水处理方法。除了水处理以外，还可以针对不同的水质选择不同的管材，提高管道中的水流速度等方法来阻止结垢、腐蚀和微生物大量繁殖三大危害的发生。

（3）水处理不当，引发二次污染。自然水体一般都含有各种各样的杂质，这些水源在进人热泵系统前要进行处理。目前空调水处理很多是用投放磷系化合物的方法，在运行过程中，如果出现泄露、不经处理排放，含磷物质就会进入自然水体，磷本身就是富含营养的物质，它能使水中的植物迅速生长并消耗掉水中的氧气，导致水中动物因缺氧而死亡。二次污染对环境的影响不容忽视，在空调水处理时，要尽量避免使用化学方法。即使使用化学方法，排放物也要经过处理达到排放标准才能排放。

（4）安装管理不当，损坏换热盘管。地表水源热泵闭式系统主要的换热装置是浸在水中的换热盘管。这些换热盘管如果放置在公共水域中，很容易遭到人为的破坏，导致盘管变形或破裂。如果水域中水流速度过大，也会导致盘管变形或破裂。换热盘管变形会影响换热效果，导致机组出力不足。如果破裂，闭环系统中的防冻液就会泄漏出来，不仅影响了系统的正常运行，还会造成环境污染。因此，工程实际使用中可以在放置盘管的地方设置警示牌，并且把换热盘管放置在流速适当的地方，从而削减水流速度过大带来的负面影响。

（5）取水、排水口位置不当，机组运行效率降低。地表水源热泵制冷时，经过换热的水再次排放到水体中，如果取水口和排水口设置位置不当，排出的水还没有经过充分的自然冷却又从取水口进人系统，无疑降低了热泵的效率，制热工况亦然。

通常情况下，取排水口的布置原则是上游深层取水，一定距离处下游浅层排水，在水库、池塘水体中，取水口和排水口之间的距离最好要大于100m，保证排水再次进人取水口之前温度能最大限度的恢复。在工程建设之前，要用CFD软件对系统工况进行模拟，选择最佳的取水和排水口位置。

3 结语

本文从介绍热泵工作原理入手，进而介绍了水源热泵的工作原理，水源热泵技术是利用地球表面浅层水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能的输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术；地表水源热泵属可再生能源利用技术，具有高效节能、运行稳定可靠、环境效益显著等诸多优势，但也有其自身的不足之处，在应用中要引起注意；最后对地表水源热泵应用中存在的问题及解决措施进行了分析。

[1]殷平.新型板式全热交换器研制——产品研制及实验[J].暖通空调，2005，（11）.

[2]杨昌智;吴晓艳;李文菁;戴小珍.长沙市公共建筑空调系统能耗现状与节能潜力分析[J].暖通空调，2005，（12）.

[3]连之伟.电荒、节能与热舒适研究[J].中国建设信息供热制冷，2005，（11）.