热泵供能行业水资源论证取用水合理性分析

2022-11-23胡宇

黑龙江水利科技 2022年10期

胡宇

(萍乡市河江水利工程咨询有限公司，江西萍乡 337000)

1 项目概况

田湖湾小区整个项目占地面积34666.68m2，项目总建筑面积122590m2。其中住宅面积90750m2，商业面积18450m2，配套设施建筑物面积590m2，其他建筑面积12800m2(架空层)。热泵供能系统主要功能对象为办公区域和高层住宅区域：

办公区域：采用水源热泵主机充分利用周边的河水资源，集中提供冷、热源，在冬季系统启动供暖方式的时候以及个别极端天气情况下，辅以燃气锅炉供暖，效果非常理想，而且成本非常低。

高层住宅区域：由河水源(冬季采用燃气锅炉作为补充)经板式换热器换热后直接提供至该空调区域，每户由安装在皇家的末端空调设备(风机盘管、新风机组及地暖装置)提供冷、热源，以解决制冷、制热、地暖问题。考虑到少数极端天气的情况，采用燃气热水锅炉作为辅助热源，以确保卫生热水系统全年的运行稳定、可靠。

2 项目取用水情况

田湖湾小区河水源热泵供能系统设计取水方案：上游取水，下游排水。即由萍水河田中湖段河道拦河坝上游左岸取水，流入蓄水池，由蓄水池中水泵送至机房，经过高通道换热器换热后，排至拦河坝下游，换热过程消耗水甚微。

图1

建设项目用水情况分析：进水口采用潜水泵抽取萍水河水，安装了4台潜水泵，三用一备，设备参数为：抽水流量650m3/h，扬程：22m，N=90KW-360V，P=1.6MP。设计最大取水能力为1950 m3/h，即最大取水流量0.541 m3/s，取水总量按日供能时间下限值和上限值计算，下限值12h供能，取水总量为514.8万m3；上限值24h供能，取水总量为1029.6万m3。

建设项目原水预处理携水量按1%估算。

建设项目蒸发渗漏和管网漏损按1%估算。

3 项目用水合理性分析

3.1 用水工艺分析

本项目生产工艺主要包括抽水、净化、输送供能区、回水管道、输送萍水河等，供能区采用的技术为水源热泵技术[1]。水源热泵技术是利用地球表面浅层水源中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。水源热泵机组工作的大致原理是，夏季将建筑物中的热量转移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，而冬季，则从水源中提取热量。水源热泵是清洁的、再生能源的一种技术，水源热泵克服了空气源热泵冬季室外换热器结霜的不足，而且运行可靠性和制热效率又高，近年来国内应用广泛。

3.2 水量平衡分析

本项目生产用水单元主要通过潜水泵抽取河水，输送到热泵供能系统进行物理热交换。

建设项目进水口采用潜水泵抽取萍水河水，设备三用一备，单台潜水泵取水流量650m3/h，总取水流量为1950 m3/h，即取水流量0.541 m3/s。取水总量按设备运转效率70%计算，则建设项目设计取水流量为0.38m3/s，年取水总量为720万m3。蓄水池面积为14×14=196m2，多年平均蒸发量950mm(E601)，年蒸发、渗漏量按1%计算为7.2万m3。

建设项目热泵供能系统输水管道比较多，估算管网漏损按1%计算为7.2万m3。

图1 建设项目用水平衡示意图

根据建设项目用水平衡示意图分析，建设项目设计取水流量为0.38m3/s，年取水总量为720万m3；蒸发渗漏和管网损耗总耗水量14.4万m3；建设项目年外排水量705.6万m3，外排流量0.37m3/s。通过水量平衡分析，建设项目设计取水量为720万m3，可满足热泵供能系统正常运转。

3.3 用水水平分析

通过建设项目生产产品产量和用水量分析：建设项目生产用水水量较大，用水过程损耗主要是蒸发渗漏和管网漏损，占总取水量的2%，用水量较少，退水全部重新回归到萍水河。水源热泵供能系统与其他能源供能相比较，属于清洁可再生资源，用水量消耗较少，暂时没有相关用水定额，住宅建筑面积为90750m2，单位面积用水量为77.7m3/m2，单位面积耗水量为1.58 m3/m2。

4 项目取水合理性分析

4.1 取水水源分析

4.1.1 来水量分析

建设项目所在流域为湘江流域渌水源头萍水河。取水口断面处径流量采用水文比拟法，通过和临近流域芦溪水文站面积比的n次方来计算。根据江西省径流参数选取，n值取1。根据芦溪水文站1958-2011年实测流量资料，经排频计算，按P-Ⅲ曲线适线，Cv=0.25，Cs/Cv=1.60，Qc=10.9m3/s时，经验点据与理论曲线吻合较好。

4.1.2 取水口上游用水户分析

建设项目分析范围内年取新水量>5万m3的企业仅有一家：中材萍乡水泥有限公司。中材萍乡水泥有限公司主要生产商业混凝土，取水地点在福田镇福东桥下，取水水系在萍水河支流泉山河上，年取新水量为138万m3，折算取水流量为0.048m3/s。

4.1.3 河道内生态流量分析

河道生态环境用水流量计算方法采纳“Tennant法”计算多年平均流量法，按照下游生态需水量和该区域的规划需要，建设项目取水口断面取多年平均流量的10%为生态流量，即Q平均=9.92 m3/s，经计算得生态环境用水流量为0.99m3/s。

4.2 可供水量分析

4.2.1 可供水量分析

建设项目可供水量为取水口处来水量扣除下游生态用水量和河道内其他用水户取水量。建设项目取水口断面枯水年水量平衡成果表分析，取水口断面在频率P=50%时，没有供水不足的情况；取水口断面在频率P=90%时，存在24天供水不足的情况，最大日缺水量7.58万m3，缺水总量69.8万m3。

4.2.2 水资源质量分析

根据《萍乡市地表水功能区划》，建设项目上一个水功能区为渌水源头水保护区，目标水质II类，水质监测达标率100%。因此取水口断面上游来水水质总体较好。本工程所在河段位于萍水河上游，水功能区渌水萍乡上保留区，现状水质为II类水，水质目标为III类水，取水口水质能够满足建设项目用水要求。

综上所述，建设项目取水水量和水质比较有保障。

4.3 取水可靠性分析

4.3.1 取水口河段稳定性分析

建设项目取水口位于田中水库拦河坝上游约100m处，拦河坝布置三田桥上游约0.3km处，通过拦河坝抬高河道水位，以集中水资源。取水口所在河段地质条件稳定，坝址上游河道已基本达到冲淤平衡，河床区域稳定。河道内没有明显的深槽，河床较平坦，没有明显主流和深泓线。

4.3.2 取水口位置合理性分析

取水口河段河岸、河床基本稳定，取水口断面位于田中水库拦河坝上游，通过坝体抬高水位汛期至92m，非汛期抬高水位至94m，保证取水水深。

4.3.3 取水口可靠性分析

建设项目取水用途为热泵供能系统载体，设计工程取水量为720m3/a，根据可供水量计算章节可知，在保障河道生态用水、优先用水户用水的情况下，本项目取水口平水年情况下能够满足水量要求。

综上所述，取水口的选址基本合理，充分考虑了利用现有取水建筑物，不会在河道内新增阻水建筑。

5 项目取水影响分析

5.1 对水资源的影响

根据《萍乡市水功能区划》报告，萍水河流域多年平均水资源总量为8.84亿m3，本项目设计年取水量720万m3，占该流域水资源总量比例为0.81%。项目取水口断面多年平均流量为9.92m3/s，90%频率典型年平均流量为7.09m3/s，项目设计最大取水流量为0.38m3/s，占取水口断面多年平均径流量的3.8%，占取水口断面90%频率平均径流量的5.4%。由此可知，建设项目取水条件满足。

项目取水对区域水资源的影响主要是对田中湖拦河坝下游河段水资源总量和河段水文情势的影响。建设项目设计取水量720万m3，设计最大日取水流量0.38m3/s，占萍乡市水资源总量比例为0.81%，占取水口断面多年平均流量的3.8%，占取水口断面90%频率平均流量的5.4%，占取水口断面以上径流量比例较小，对区域水资源总量的影响较小，影响范围较小。

5.2 对水功能区的影响

本项目设计年取水量为720万m3。工程取水后减少了拦河坝上游径流量，年用水量14.4万m3，年退水量为705.6万m3，退水排向拦河坝下游，回归萍水河。

因此建设项目取水对萍水河段纳污能力的影响甚微。

5.3 对生态系统的影响

萍水河流域气候温和，光照充足，降雨丰沛，水质良好，光、热、水条件比较好，河道内水生生物和鱼类繁殖具有良好的天然条件。建设项目从渌水水系萍水河田中湖拦河坝上游取水，取水水量占来水量的比例较小，建设项目取水后对下游的生态环境用水影响较小，所以建设项目取水对河道内的水生生物影响较小。

5.4 对其他用户的影响

建设项目取水自萍水河田中湖拦河坝上游，取水优先保证坝址上游用水户及下游河道生态用水。设计取水量为720万m3，取水量占萍乡市水资源总量比例为0.81%，占取水口断面多年平均流量的3.8%，占取水口断面90%频率平均流量的5.4%。取水口断面和退水口断面区间没有其他用水户，故建设项目取水对其他用水户取水影响甚微。

6 项目退水影响分析

6.1 退水方案

退水系统及组成

建设项目退水主要为水源热泵供能系统退水，河水源热泵供能系统退水经过处理后直接排向萍水河，取、退水水质基本上一致。

1)退水总量、主要污染物排放浓度和排放方式：

建设项目生产废水主要是河水源热泵供能系统退水。建设项目原水取自萍水河，萍水河水作为机房的热交换介质，夏季冷水机组制冷，介质水带走热量，因此取水水温<退水水温；冬季水源热泵机组制热，介质水提供热量，因此取水水温>退水水温。本项目水源热泵取水使用后未添加其他化学药剂，水量、水质与原水相同，主要是温排水、冷排水，水质与取水一致，无污染物，年排水量为705.6万t。

2)退水处理方案及达标情况：

建设项目退水主要为河水源热泵退水，退水量为705.6万t，直接排入萍水河，主要污染因子为水温。

参考建设项目环境影响评价报告结论：项目取排水温度按以萍水河温度为基准相差5℃设计，夏季制冷时冷却水的供回水温度按30/35℃设计；冬季考虑到水源热泵对河水的温度影响(暂按1℃考虑)，冬季河水取水温度取12℃，考虑到回水温度过低，不仅会降低主机效率，同时存在主机蒸发器侧结冰的风险，因此冬季取排水温度差取5℃，因此，冬季制热时热源侧供回水温度按10/5℃设计。预测结果表明，项目的退水仅在排水口区域局部小范围、短时期内造成轻微影响，随着河水来水量的变化和时间的推移，这种影响将逐渐减弱，甚至消除，同时，采取将排水口设置成散水模式进行散热等措施。因此，项目退水不会对萍水河水温造成明显影响。

6.2 对水功能区影响

通过建设萍乡市田湖湾小区河水源热泵供能系统，经过建设项目环境影响评价论证后，运行取、退水水质一致，对萍水河影响甚微。退水正常排放情况下，各段面COD和NH3-N预测浓度均能满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)III类标准，萍水河建设项目退水口下游相邻的下一个水功能区为渌水萍乡工业用水区，该水功能区起点为上栗县三田，终止位置是萍乡市南坑河汇入口，全长11.5km，目标水质IV类。因此，退水正常排放满足水功能区水质要求，对萍水河水功能区纳污能力的影响甚微。

6.3 对水生态的影响

建设项目通过对排水口水温因子进行预测，萍水河夏季萍水河夏季100～1000m范围内水温在28.6413～28.6399℃之间，冬季100～1000m范围内水温在12.4950～12.4946℃之间，在夏、冬季工况条件下，项目退水对萍水河造成的温差均<1.0℃，满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的要求(人为造成的环境水温变化应限制在周平均最大降差≤2℃)。因此，项目退水不会对萍水河水生态造成明显影响。