水源热泵对水质的要求
江水源热泵系统应用中的江水水质分析
第21卷第6期2010年12月水资源与水工程学报Journa l o fW ater R esources&W ater Eng i n eeri n gV o.l 21N o .6Dec.,2010收稿日期:2010 09 26; 修回日期:2010 10 21基金项目:国家自然科学基金项目(50838009,50678179);国家 十一五 科技支撑重大项目(2006BA J02A 09,2006BA J02A 13-4)资助作者简介:贾遵锋(1984 ),男,山东人,硕士,主要从事建筑节能研究。
通讯作者:丁勇(1975 ),男,山东人,博士,副教授,主要从事可持续建筑环境与建筑节能研究。
江水源热泵系统应用中的江水水质分析贾遵锋,丁勇,贾宇,连大旗(重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400045)摘 要:水质状况不仅对江水源热泵系统的水处理方案、换热器形式的合理选择具有影响,还直接关系到系统的运行效果和使用寿命。
研究针对重庆地区嘉陵江和长江的水质变化情况开展了全年逐月测试。
结果表明:两江水的p H 值、钙镁离子及硫酸根离子变化趋势具有一致性;相较于嘉陵江而言,长江水除铁离子含量和浊度值较高外,其它几种水质指标均低于嘉陵江水。
为合理选择水处理系统,对比分析了两江水的各种水质指标与水热泵机组和换热器的允许值,发现在利用嘉陵江水作冷热源时,需采用过滤器或除砂设备着重处理6-9月的浊度,采用电子水处理仪或离子棒水处理仪处理12月、1月和2月的钙镁离子;而对于长江水,需利用过滤器或除砂设备解决全年浊度水平过高问题。
关键词:江水源热泵;江水水质;实测资料;水处理中图分类号:X 824 文献标识码:A 文章编号:1672 643X (2010)06 0053 04Analysis of ri ver water quality i n the application ofri ver source heat pu mp syste mJI A Zun feng ,D I NG Yong ,JIA Y ,LIAN D a qi(K ey Lab of T hree Gorges R eservo ir Reg i on 's Eco -Environ m ent ,M inistry of Education ,Chongqing U ni ver sity,Chongqing 400045,China )Abst ract :The se lection ofw ater treat m ent progra m and exchanger of ri v er source heat pu m p syste m is di rectly a ffected by w ater quality .I n addition ,the perfor m ance and lifespan o f the syste m are also directly affected by wa ter quality .The research on w ater quality ofY ang tze R i v er and Jiali n g R iver i n Chongqing is done by t h e annua lm onthly testi n g .The results i n d icated t h at Yang tze R iver has lo w er value of w aterqua lity than Jiali n g R iver except Iron and p H,but has the sa m e change trend as Jia li n g R iver on p H,Ca 2+and M g 2+,SO 42-.A t the sa m e ti m e ,base on t h e data ,the co mparative analysis o f the t w o rivers 'w ater quality and the value a ll o wed by a ir condition i n g un it and hea t exchanger is done .And the ana l y sis i n dicated t w o p i v otal po i n ts .One is that t h e tur b i d ity should be re m oved by filter or grit equip m ent fro mJune to Septe m ber .The o t h er is that C a 2+and M g 2+should be re m oved by electron ic or ion bar w ater treat m ent equ i p m ent in January ,Februar y and Dece m ber w hen Jia li n g R iver is used as coo ling and heat i n g source .Another isw hen Y angtze R iver is used as coo li n g and heating source ,w e j u st only take m ore attenti o n on the turbidity a ll of the year .K ey w ords :river source heat pum p ;river w ater qua lity ;act u alm easure m ent da ta ;w ater treat m en t0 前 言在江水源热泵系统应用中,江水水质的优劣不仅影响系统水处理方案、换热器形式的合理选择,还直接关系到系统的运行效果和使用寿命,劣质的水源将因致使系统机组、管道及附属设备等的堵塞或冲蚀、腐蚀及结垢而影响系统的正常运行,降低系统运行效率,甚至缩短机组使用寿命[1-3]。
水源热泵对水质的要求
水源热泵对水质的要求
水源热泵是利用地球水所储藏的太阳能资源作为冷、热源，进行转换的技术，水源热泵对水质有五种要求：
1、水温在15℃左右，单台机组需水量为80m³/h，此时夏季制冷温差取5℃，冬季制热温差取8℃，单台机组需水量为90m³/h。
2、含沙量与浑浊度：水源含砂量高对机组会造成磨损，含砂量和浑浊度高的水用于地下水回灌会造成水层堵塞，用于水源热泵系统的水源，含砂量应＜
1/20万，浑浊度＜20毫克/升。
如果水源热泵系统中装有板式换热器，水源水中固体颗粒粒径＜0.5毫米。
3、酸碱度：水源PH为6.5－8.5。
4、硬度:水中Ca²+、Mg² +总量为总硬度。
硬度大，易生锈。
水源中CaO含量应＜200mg/L。
5、矿化度：单位容积水中所含各种离子、分子、化合物的总量为矿化度。
用于水源热泵的水源矿化度应＜3g/L。
以上介绍的是水源热泵对水质的要求，水源热泵便于集中管理，可按区域的大小及分期建设设置一台或几台水源热泵，便于分期管理。
空气源热泵机组进水水质标准
空气源热泵机组进水水质标准空气源热泵机组作为一种节能环保的暖通空调设备，在市场上受到越来越多的关注与重视。
然而，在使用空气源热泵机组时，进水水质的问题也是需要格外关注的。
那么，空气源热泵机组进水水质标准是什么呢？一、水质标准与对应要求1. TOC标准： TOC即总有机碳，对于空气源热泵机组而言，其进水TOC不能超过2.0mg/L。
2. PH标准： PH值是反映水溶液酸碱性的指标。
在空气源热泵机组中，进水PH值应该在6.5-8.5之间。
3. 余氯标准：在进水口处应该设置适当的余氯检测装置。
在使用空气源热泵机组时，其进水余氯含量应该控制在0.5mg/L以下。
4. 细菌标准：细菌标准是指水中的细菌菌落总数，对于空气源热泵机组而言，进水细菌菌落总数不应超过100CFU/mL。
二、进水水质标准的重要性空气源热泵机组作为一种高效、节能的环保空调设备，其进水水质对其稳定运行和正常使用至关重要。
进水水质的不标准可能会导致以下问题：1. 影响热泵机组效率和运行稳定性。
如果进水中的有机物浓度高，不仅会影响热交换的效率，还会在换热器中产生污垢，导致热泵机组的效率下降并增加维护成本。
2. 细菌污染会引发健康危害。
热泵机组内部的水循环系统一旦受到污染，细菌就会在水中繁殖，构成风险。
对于使用空气源热泵机组的用户而言，进水水质标准的不符合会对建筑内部环境造成污染，从而影响人员的健康。
三、如何保证进水水质符合标准1. 加强设备维护。
热泵进出水管道、泵、水箱以及热交换器等设备需要定期检修和清洗，除去附着在设备内表面的污垢和细菌，保持设备表面清洁卫生。
2. 对进水水质进行监测。
对空气源热泵机组的进水水质进行定期监测，并制定相应的维护计划。
3. 加强人员操作管理。
对于使用空气源热泵机组的用户而言，应该按照操作要求进行使用，并对使用人员进行培训和考核，确保其使用过程中对设备的操作规范。
综上所述，空气源热泵机组的进水水质标准是需要严格遵守的。
水源空调水质要求摘要
4 地表水地源热泵水系统水质4.0 一般规定4.0.1 地表水换热系统设计前，应对地表水地源热泵系统运行，对水环境的影响进行评估。
4.0.2 地表水换热系统设计方案应根据水面用途，地表水深度、面积，地表水水质、水位、水温情况综合确定。
4.0.3 地表水换热盘管的换热量应满足地源热泵系统最大吸热量或释热量的需要。
4.1 地表水水源热泵水系统水质要求4.1.1 地表水直接进入水源热泵机组应满足如下条件：自然界中的水处于无休止循环运动中，不断与大气、土壤和岩石等环境介质接触、互相作用，使其具有复杂的化学成分、化学性质和物力性质。
应用地下水源热泵时，除应关心水源水量、温度以外，还应关注水的化学成分、混浊度、硬度、矿化物和腐蚀性等因素。
地下水源热泵对地下水质的基本要求时澄清、水质稳定、不腐蚀、不滋生微生物或生物、不结垢等。
但是，目前对地下水源热泵所有水源的水质尚无专门规定。
表4-1为冷却水水质标准的有关规定，可作为地源热泵确定水质状况的参考。
表4-1 地表水冷却水水质标准的有关规定序号名称允许含量值序号名称允许含量值1混浊度≤10mg/L7硫酸根离子＜200mg/L2含砂量≤1/2000008总铁（Fe2+ Fe3+ ）离子≤1.0mg/L3PH值6.5～8.59锰（Mn）≤0.5mg/L4硬度(CaO)＜200mg/L5总矿化度＜3000mg/L10硫酸氢（H2S）≤0.5mg/L6氯离子（C1-）≤100mg/L①、含砂量与浑浊度有些水源含有泥砂、有机物与胶体悬浮物，使水变得浑浊。
水源含砂量高对机组和管阀会造成磨损。
含沙量和混浊度高的水用于地下水回灌会造成含水层堵塞。
用于水源热泵系统的水源，含砂量应＜1/20万，混浊度＜10 mg/L。
如果水源热泵系统中设置有板式换热器，水源水中固体颗粒物的粒径应＜0.5mm。
②、水的化学成分及其它化学性质自然界中溶有不同离子、分子、化合物和气体，使得水具有酸碱度、硬度、矿化物和腐蚀性等化学性质，对机组材质有一定影响。
水源热泵机组对水源水系统要求
水源热泵机组对水系统水源要求目录一、水源水水质问题 (1)1.主要水质指标考核依据如下： (1)（1）含砂量和混浊度 (1)（2） pH值 (1)（3） Ca2+、Mg2+ (1)（4） Fe2+ (2)（5） Cl－、CO2、SO42－ (2)（6） H2S (2)（7）硅酸 (2)（8）游离氯 (2)（9）油污 (2)（10）矿化度 (3)二、水源水流量和温度对机组运行特性的影响 (6)1.水源热泵机组标准运行工况 (7)2.水源热泵机组扩展运行特性： (7)（1）水流量对机组性能特性的影响 (7)（2）水温对机组性能特性的影响 (7)水源热泵机组对水系统水源要求水源热泵空调系统的设计过程中，水源水系统的设计质量直接决定了整个系统的可靠性和运行效率。
为提高水源热泵空调系统的设计质量，首先需要对水源水水质、水温等进行检测。
然后根据检测结果，确定水处理和水系统设计初步方案。
并根据水源热泵机组的运行特性，考察系统的实际需水量，最后进行水源水系统方案的整体设计。
一、水源水水质问题水源水的水质直接影响水源热泵机组的使用寿命和运行效率。
对水源水水质基本要求是：清澈、水质稳定、不腐蚀、不滋生微生物或生物、不结垢等。
通过对水质的考察以确定水源水是否可以直接进入或进行何种处理方法后水源热泵机组，或者通过采用专用换热器进行中间换热。
1.主要水质指标考核依据如下：（1）含砂量和混浊度水源水往往含有泥沙、有机物和胶体悬浮物等杂质，使水变得浑浊。
水源水的含砂量高，会对机组、管道和阀门造成磨损，加快钢材等的腐蚀速度，严重影响机组使用寿命。
混浊度高会在系统中形成沉积，阻塞管道，影响正常运行。
而且，水源水含砂量和混浊度高，在回灌过程中会造成含水层阻塞。
如果水源热泵系统中装有板式换热器，水源水中固体颗粒物的粒径应＜0.5mm。
（2）pH值水的pH值小于7时，呈酸性，反之呈碱性。
水源水的pH值过高或者过低，都会造成对机组换热器的腐蚀，严重影响到机组的使用寿命。
(重庆)地表水水源热泵系统适应性评估标准
建设部备案号：DB重庆市工程建设标准DBJ/T50—XXX—2010地表水水源热泵系统适应性评估标准（征求意见稿）.2010-××-××发布2011-××-××实施重庆市城乡建设委员会发布目次1 总则 (1)2 术语 (2)3 预评估 (3)3.1 工程勘察 (3)3.2 水体指标 (4)3.3 热泵机组 (6)3.4 热泵热水机组 (9)3.5 源水输配系统指标 (11)3.6 热泵系统指标 (12)3.7 节能效果 (15)3.8 经济性指标 (16)4 后评价 (18)4.1 环境影响 (18)4.2 机组性能 (20)4.3 热泵系统性能 (21)附录A 环境影响评价方法 (24)本标准用词说明 (28)1 总则1.0.1为规范重庆市地表水水源热泵系统工程应用的评估，做到稳定可靠、安全适用、经济合理、节能高效，保证工程质量，特制定本标准。
【条文说明】本条说明制定本标准的目的，是为了加强地表水水源热泵系统工程应用的评估。
地表水水源热泵近年来得到了日益广泛的应用，为加强对地表水资源状况和系统技术经济可行性及运行效果的评估，避免在推广过程中出现盲目性，确保地表水水源热泵系统具有良好的节能与环保效益，特制定本标准。
1.0.2本标准适用于新建、改建、扩建建筑，以地表水为低位热源，采用蒸气压缩热泵技术进行制冷、供热的系统工程的技术经济可行性及运行效果评估。
【条文说明】本条规定本标准的适用范围。
1.0.3 预评估体系宜在项目设计前进行，后评估应在项目竣工一年后进行。
【条文说明】本条规定评估体系的适用阶段。
预评估体系应在项目设计初期进行，后评估应在项目竣工一年后进行。
1.0.4地表水水源热泵系统工程的适应性评估，除应符合本标准的规定外，尚应符合国家和本市现行有关标准规范的规定。
【条文说明】本条阐述本标准与其他标准的关系。
即无论是本标准还是其他相关标准，在地表水水源热泵系统应用的工程评估中都应遵守，不得违反。
水源热泵对水质的要求
水源热泵水质要求
水源热泵对水源的获取非常广泛，水源水可以是地下水、地表水、地热尾水、湖水、海水、江河水、城市废水、工业废水等。
水源热泵提取的是水中的能量，因此对水源水的水质、温度要求比较宽。
水质：对于水源热泵主机而言，对进入其冷凝器、蒸发器的水质有较高要求，对直接进入主机的水质要求：
含砂量：小于1/20万
混浊度：小于20毫克/升
酸碱度：PH值：6.5－8.5
硬度：CaO含量小于200毫克/升
矿化度：小于350毫克/升
腐蚀性：CL—小于100毫克/升
SO42-小于100毫克/升
Fe2+小于1毫克/升
H2S小于0.5毫克/升
如果水源水质达不到要求时，可采取各种处理手段来满足水源中央主机对水质的要求。
水源水含砂量较高时，可在水系统中加装漩流除砂器，降低水中含砂量，避免机组和关发遭受磨损，除砂器选型可以根据标准处理流量选配型号和台数。
如果工程场地面积较大，也可修建沉淀池除砂。
有些水源，特别是地表水混浊度较大，用于回灌时容易造成管井滤水管和含水层堵塞，影响供水系统的稳定性和使用寿命。
对混浊度大的水源，可以安装净水器进行过滤。
水源水腐蚀性及硬度都很高的水源，如海水、工业废水等。
在水源水系统中设置抗腐蚀的不锈钢换热器或钛板换热器，当水源水矿化度为350－500毫克/升时，安装不锈钢板式换热器。
当水源水矿化度大于500毫克/升时，安装抗腐蚀性强的钛合金板式换热器。
水温：如果水源水直接进入主机，机组的适用温度为8-35℃。
安装家用水源热泵系统应符合的要求
暖通知识水源的水温应在7~30℃之间，水量应满足空调负荷的需要。
水质应符合生活杂用水水质标准。
当采用井水时，必须注意回灌，保护地下水水质不被污染。
水源热泵机组应加强防振，隔声处理，对于隔声要求较高的房间应选用消音器，附合《民用建筑隔声设计规范》（GBJ118-88）的有关规定。
循环水泵选择应根据系统水力计算决定，对于大中型系统应设备用泵，小系统可以不设备用泵。
水管系统宜按同程设置，水管系统应有≥0.3%的坡度。
最高处设排气最低处设泄水装置，室内水管不做保温。
封闭水系统应设膨胀水箱。
（1）空调器的安装位置，应尽量避开自然条件恶劣（如油烟重、风沙大，阳光直射或高温热源）的地方；油烟、风沙极易损坏空调，应极力避免空调与其接触。
直射的阳光或高温热源会使空调制冷不及时，制冷效果差。
（2）室外机安装位置应选择尽可能离室内机较近的地方，又要考虑空气流通、无阳光或少阳光照射的条件。
室外机组应安装在空调房间的外墙，朝向最好为北向，其次为南向，最差为东、西向。
如图1-1。
（3）室外机进空气的侧面及后面应留有10 cm以上的空间，前面排风方向空间距离应在70cm以上。
各室外机由于结构不同，所需空间尺寸也不相同应参考说明书中的规定。
（4）空调器的安装面应坚固结实，具有足够的承载能力。
安装面为建筑物的旧壁或屋顶时，必须具有实心砖、混凝土或与其强度等效的安装面。
安装场地应能承受室外机的重量，且应该无振动，不引起噪声的增大。
比如：空调安在突出的阳台上会产生强烈共振，噪声大。
一般安在卧室的窗户下面，隔着窗、墙，会大大减少噪声。
而且安在窗户下面伸手可及，保证以后维护清洗、用户套空调罩以及检修等的方便。
（5）排出空气和噪声不影响邻居的场所。
（6）建筑物内部的过道、楼梯、出口等公用地方不应安装空调器的室外机。
（7）空调器的室外机组不应占用公共人行道，沿道路两侧建筑物安装的空调器其安装架底部距地面的距离应大于2.5m。
（1）空调器的安装位置，应尽量避开自然条件恶劣（如油烟重、风沙大，阳光直射或高温热源）的地方；油烟、风沙极易损坏空调，应极力避免空调与其接触。
水源热泵对水源的要求
水源系统的水量、水温、水质和供水稳定性是影响水源热泵系统运行效果的重要因素。
应用水源热泵时，对水源系统的原则要求是：水量充足，水温适度，水质适宜，供水稳定。
具体说，水源的水量，应当充足够用，能满足用户制热负荷或制冷负荷的需要。
如水量不足，机组的制热量和制冷量将随之减少，达不到用户要求。
水源的水温应适度，适合机组运行工况要求。
例如，清华同方GHP型水源中央空调系统在制热运行工况时，水源水温应为12—22℃；在制冷运行工况时，水源水温应为18—30℃。
水源的水质，应适宜于系统机组、管道和阀门的材质，不至于产生严重的腐蚀损坏。
水源系统供水保证率要高，供水功能具有长期可靠性，能保证水源热泵中央空调系统长期和稳定运行。
一、水源原则上讲，凡是水量、水温能够满足用户制热负荷或制冷复荷的需要，水质对机组设备不产生腐蚀损坏的任何水源都可作为水源热泵系统利用的水源，既可以是再生水源，也可以是自然水源。
1. 再生水源是指人工利用后排放但经过处理的城市生活污水、工业废水、矿山废水、油田废水和热电厂冷却水等水源，有条件利用再生水源的用户，变废为利，可减少初投资，节约水资源。
但对大多数用户来说，可供选择的是自然界中的水源。
2 .自然界中的水源自然界中的水分布于大气圈、地球表面和地壳岩石中，分别称之为大气水、地表水和地下水。
陆地上的地表水和地下水均来自于大气降水。
地表水中的海水约占自然界水总储量的96.5%。
滨海城市有条件利用海水，国外有应用海水作热泵水源的实例。
我国一些沿海城市利用海水作工业冷却水源已有多年历史。
近年，国内有用海水作热泵水源的研究，但海水水源热泵技术的实用化尚待时日。
陆地上的地表水，即江、河、湖、水库水比海水和地下水矿化度低，但含泥沙等固体颗粒物、胶质悬浮物及藻类等有机物较多，含砂量和浑浊度较高，须经必要处理方可作热泵水源。
地下水是指埋藏和运移在地表以下含水层中的的水体。
地下水分布广泛，水质比地表水好，水温随气候变化比地表水小，是水源中央空调可以利用的较为理想的水源。
水源热泵运行条件介绍
2. 地下水取水构筑物
地下水取水构筑物有管井、大口井、结合井、辐射井和渗渠等类型，表1列出了地下水取水构筑物的型式及适用范围[1]。在实际工程中，应根据地下水埋深、含水层厚度、出水量大小、技术经济条件不同选取不同形式。
3. 管井
地下水取水构筑物中最常见的型式是管井，一般由井孔、井壁管、滤水管、沉砂管组成。井孔用钻机钻成，井壁管安装在非含水层处，用以支撑井孔孔壁，防止坍塌，井管与孔口周围用粘土或水泥等不透水材料封闭，防止地面污水渗入；滤水管安装在含水层处，除有井壁管作用外其主要作用是滤水挡砂；井管最底部为沉砂管，用以沉积水中泥沙，延长管井使用寿命。
3. 水的化学成分及其化学性质
自然界水中溶有不同离子、分子、化合物和气体，使得水具有有酸碱度、硬度、矿化度和腐蚀性等化学性质，对机组材质有一定影响。
酸碱度水的pH值小于7时，呈酸性，反之呈碱性。水源热泵的水源pH值应为6.5-8.5。
硬度水中Ca2+、Mg2+总量称为总硬度。硬度大，易生垢。水源热泵水源水中的CaO含量应＜200 mg/L。
四、水源系统设计和施工中应注意的问题
1. 供水水源的可行性研究
拟采用水源热泵系统时，应先调查工程场地的供水水源条件，向当地水管理部门咨询或请专业队伍进行必要的水文地质调查或水文地球物理勘查，了解是否有适合水源热泵利用的水源，通过可行性研究，确定利用地表水或是地下水的供水水源方案。
2. 地表水源工程设计与施工
板式换热器有些水源矿化度较高，对金属的腐蚀性较强，如直接进入机组会因腐蚀作用减少机组使用寿命。如果通过水处理的办法减少矿化度，费用很大。通常采用加装板式换热器中间换热的方式，把水源水与机组隔离开，使机组彻底避免了水源水可能产生的腐蚀作用。当水源水的矿化度小于350mg/L时,水源系统可以不加换热器，采用直供连接。当水源水矿化度为350-500mg/L时，可以安装不锈钢板式换热器。当水源水矿化度＞500mg/L时，应安装抗腐蚀性强的钛合金板式换热器。也可安装容积式换热器，费用比板式换热器少，但占地面积大。
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水源热泵水质要求
水源热泵对水源的获取非常广泛，水源水可以是地下水、地表水、地热尾水、湖水、海水、江河水、城市废水、工业废水等。
水源热泵提取的是水中的能量，因此对水源水的水质、温度要求比较宽。
水质：对于水源热泵主机而言，对进入其冷凝器、蒸发器的水质有较高要求，对直接进入主机的水质要求：
含砂量：小于1/20万
混浊度：小于20毫克/升
酸碱度：PH值：6.5－8.5
硬度：CaO含量小于200毫克/升
矿化度：小于350毫克/升
腐蚀性：CL—小于100毫克/升
SO42-小于100毫克/升
Fe2+小于1毫克/升
H2S小于0.5毫克/升
如果水源水质达不到要求时，可采取各种处理手段来满足水源中央主机对水质的要求。
水源水含砂量较高时，可在水系统中加装漩流除砂器，降低水中含砂量，避免机组和关发遭受磨损，除砂器选型可以根据标准处理流量选配型号和台数。
如果工程场地面积较大，也可修建沉淀池除砂。
有些水源，特别是地表水混浊度较大，用于回灌时容易造成管井滤水管和含水层堵塞，影响供水系统的稳定性和使用寿命。
对混浊度大的水源，可以安装净水器进行过滤。
水源水腐蚀性及硬度都很高的水源，如海水、工业废水等。
在水源水系统中设置抗腐蚀的不锈钢换热器或钛板换热器，当水源水矿化度为350－500毫克/升时，安装不锈钢板式换热器。
当水源水矿化度大于500毫克/升时，安装抗腐蚀性强的钛合金板式换热器。
水温：如果水源水直接进入主机，机组的适用温度为8-35℃。