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    東江湖庫區(qū)地表水地源熱泵系統(tǒng)的可行性與應(yīng)用

    2015-07-02 20:32:48朱曉保
    山東工業(yè)技術(shù) 2015年12期
    關(guān)鍵詞:庫區(qū)源熱泵江湖

    朱曉保

    摘 要:東江湖水庫位于湖南省郴州市,是“東江水電站”的蓄水水庫。其水量、水溫、水質(zhì)和供水穩(wěn)定滿足地表水地源熱泵系統(tǒng)的要求,夏季水溫較低、冬季有火力發(fā)電的工業(yè)熱水,使得其優(yōu)勢明顯。在具體的應(yīng)用的也取得了較好的效果。

    關(guān)鍵詞:東江湖;地表水地源熱泵;溫差制冷;水庫冷源

    “地源熱泵”的概念最早在1912 年由瑞士的專家提出,是通過輸入少量的高品位能源實(shí)現(xiàn)由低品位熱能向高品位熱能轉(zhuǎn)移。地表水式地源熱泵問世于20世紀(jì)30年代,是地源熱泵中最早使用的熱泵系統(tǒng)的一種。該系統(tǒng)通過布置在水底的閉合換熱系統(tǒng)與江河、湖泊、海水等進(jìn)行冷熱交換。它利用水下穩(wěn)定的溫度和顯著的散熱性,不需鉆井挖溝,初投資最小,是簡單、環(huán)保的供冷、暖方式。

    1 東江湖庫區(qū)的水文、水質(zhì)特征

    東江湖位于湖南省東南部的資興市境內(nèi),屬國家級禁止開發(fā)區(qū)域。自1986年蓄水以來,充分發(fā)揮了湖南省重要飲用水源地、湘江生態(tài)補(bǔ)水、防洪調(diào)峰、觀光旅游、保護(hù)生物多樣性和發(fā)電等綜合功能。

    1.1 東江湖庫區(qū)水文、地質(zhì)特征

    東江湖是湘江一級支流耒水河上游的一座大型水庫,是湖南省蓄積量最大的一級飲用水湖泊。流域面積4719平方公里,占耒水流域總面積的39.6%,水面面積160平方公里,總庫容97.4億立方米,正常蓄水81.2億立方米,平均水深51米,最深處達(dá)157米。

    該地區(qū)多年平均氣溫16.9℃,極端最高氣溫38.6℃,最低(山頂)氣溫-7.5℃,多年平均降水量1325.2㎜。境內(nèi)山嶺層疊,最高海拔1691米,最低海拔180米。地勢第一級為河谷及階地、構(gòu)造陷落盆地和丘陵崗地,海拔500米以下,占總面積的22.65%,該級土質(zhì)深厚肥沃,現(xiàn)大部分為淹沒區(qū)。

    1.2 東江湖庫區(qū)的水質(zhì)情況

    主要入湖(庫)的河流有:浙水、滁水、資興江、漚江、淇江。各河流含少量平均為0.22千克每立方米,水溫多年平均為16℃左右。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)與《國家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,東江湖水質(zhì)良好。對東江湖多個監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)分析,水質(zhì)達(dá)到或優(yōu)于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn);小東江飲用水源符合《飲用水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)。

    但在東江湖流域52個鄉(xiāng)鎮(zhèn)中,只有3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)建有污水處理設(shè)施,沿河集鎮(zhèn)的生活垃圾、生活污水均未經(jīng)處理直接排入水體。流域內(nèi)分布著瑤崗仙礦、汝城小垣—井坡礦區(qū),多為本地資源粗加工為主的小企業(yè)。這些廢水都排入東江湖流域,廢水中含有害物質(zhì)對水質(zhì)影響較大。

    2 東江湖庫區(qū)應(yīng)用水源熱泵系統(tǒng)的可行性分析

    東江湖庫區(qū)地能用于地表水地源熱泵系統(tǒng)的水量充足、水深較大。相對于庫容量而言,來水及泄水的水量比例不大。太陽輻射全年不是太大,氣溫較低、地溫與水庫水溫相近,庫表水體的吸放熱終年變化不大。和大部分容量大而且較深的發(fā)電用水庫一樣,東江湖溫度分層是非常明顯的。東江湖的水溫適合地表水地源熱泵系統(tǒng)的要求。

    水質(zhì)穩(wěn)定,達(dá)到國家Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)或Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn),只需要進(jìn)行簡單的過濾處理就可以凈化,滿足要求。由于水體的酸堿度適中,在交換熱量的過程中,水體對管道的腐蝕不大,也不容易產(chǎn)生水垢。整體來看水體質(zhì)量對管道和換熱系統(tǒng)使用壽命的影響不大。但也需要注意控制上游生活污水和禁止礦產(chǎn)的粗放開發(fā)。

    需要特別指出的是小東江河流段夏季排水溫度低于氣溫,這就給制冷空調(diào)提供了可利用的自然溫差源 。東江水庫下排水從庫內(nèi)水深約 50 m 處排出,最高出水溫度為 14.4℃( 10月) , 最低出庫水溫為11.8℃。受東江水庫的底層水排出的影響,小東江及鯉魚江流程幾十里河水水溫終年變化不大,常年水溫維持在 13-18 ℃,夏季水溫在 13-15 ℃的時間居多,制冷可用溫差達(dá) 11-13 ℃。

    3 東江湖庫區(qū)地表水地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用

    東江湖庫區(qū)冬季氣溫不高,水溫分布均勻,在10 ℃左右,相對郴州冬季3-10℃的平均氣溫而言,具有一定的采暖意義。夏季水溫分層明顯,可以分為溫水層、 溫躍層和冷水層。水面25m以下水溫穩(wěn)定在10℃ 以下,完全能滿足民用建筑的制冷要求。

    理想的制冷循環(huán)是逆卡諾循環(huán),它的能效系數(shù)只與循環(huán)的高、低溫?zé)嵩礈囟燃捌洳铑~有關(guān)。對于制冷用空調(diào)而言,當(dāng)房間溫度一定時,室外冷源的溫度越低,則空調(diào)的能效系數(shù)越大。對于供熱用空調(diào)而言,當(dāng)供熱房間溫度一定時,室外蒸發(fā)器的熱源溫度越高 ,供熱系數(shù)越大。在郴州地區(qū)煤炭資源豐富,在東江湖的下游建立了火力發(fā)電廠,電廠冷卻循環(huán)水的水溫較高,又可以在冬季采暖的過程中發(fā)揮較好的效果。正是這樣獨(dú)特的條件,是的東江湖庫區(qū)的地表水地源熱泵系統(tǒng)的效果可以最大程度發(fā)揮。

    蔣愛華和梅熾的《水庫溫差能在制冷空調(diào)中的利用研究》一文中提到:位于東江湖下游的鯉魚江電廠的空調(diào)系統(tǒng)既是以河水為冷源的空調(diào)系統(tǒng)。該空調(diào)系統(tǒng)夏季利用東江水庫排水作為冷媒直接對全廠供冷,冬季采用該廠發(fā)電用蒸汽輪機(jī)的抽汽加熱河水供熱。該系統(tǒng)的受益范圍為全廠生活區(qū)和辦公區(qū),設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷為4350kW,總熱負(fù)荷為3970kW。該項(xiàng)目總投資745萬元,與普通的同規(guī)模集中空調(diào)系統(tǒng)相比,節(jié)約投資超過1000萬元,每年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用100多萬元,節(jié)能效果顯著。

    4 結(jié)論

    東江湖庫區(qū)水量豐富、水質(zhì)較好,適合地表水地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用。作為一座大型發(fā)電水庫,水溫分層分布,在水體較深處排除的發(fā)電用水的水溫基本恒定,具備冬暖夏熱的供冷熱條件。而有火力發(fā)電廠位于流域的下游,更把這種優(yōu)勢發(fā)揮得更大。但目前東江湖庫區(qū)地表水地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用并不多,一是因?yàn)樽鳛閲壹壗归_發(fā)區(qū),東江湖主體湖面周圍的社區(qū)和工廠都已經(jīng)搬遷,需要供冷熱的建筑物不多。二是因?yàn)樵谫Y源型地區(qū),而地表水地源熱泵系統(tǒng)初裝成本太高,大家的供冷熱的習(xí)慣還停留在原來的思維上。因此,要發(fā)揮好東江湖庫區(qū)地表水地源熱泵的應(yīng)用優(yōu)勢,要解決長距離的換熱過程中能量散耗的問題;要開發(fā)小型、低成本地源熱泵系統(tǒng);也要加大節(jié)能環(huán)保的宣傳更新理念。

    參考文獻(xiàn):

    [1]蔣愛華,梅熾.水庫溫差能在制冷空調(diào)中的利用研究[Z].暖通空調(diào),2004(03).endprint

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