适用性
重庆大学 吴艳菊 王勇
摘要 本文从各典型气候区出发，着重研究了各气候区分布的水体和水系，对各水系的水文特征作了具体分析，结合各气候区的气象资料，对各气候区地表水水源热泵的适用性作了简单论述，指出了我国典型气候区地表水水源热泵的适用范围和区域。
关键词 地表水水源热泵 水系分布 水温 适用性 0 引言
水源热泵作为一种新型的制冷供暖方式，具有高效节能、运行稳定可靠、环境效益显著、应用范围广等特点。其中以地表水作为低位冷热源时，需考虑水温、水量、水质等因素，且空调系统应靠近水源。我国国土广袤，水资源丰富，但分布不均，由于各地区缺乏水系或水体的水温、水质等基础数据，使对水源热泵系统的可行性分析受到一定的阻碍。基于以上原因，本文简要分析了地表水水源热泵在各气候区的适用性。
1 我国的热工分区
根据我国《民用建筑热工设计规范GB50176-93》将全国划分为五个典型气候区，分别为：严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区。其中其中需要采暖的地区：严寒地区、寒冷地区（冬季供暖期长达五个月左右）；夏热冬冷地区冬季阴冷寒凉，应考虑供暖。夏季：严寒地区、温和地区一般不考虑供冷；寒冷地区只是部分地区考虑供冷；夏热冬冷地区需供冷兼顾供热；而夏热冬暖地区只考虑供冷。目前，我国热工分区较为粗糙，每一气候区可能出现多种气候，具体情况应具体分析。 2 水源热泵的适用要求
水源热泵系统根据对水源利用方式的不同分为开式系统和闭式系统，国内通常采用开式系统。开式系统是指从地表水体抽水后经过换热器直接排放的系统[1]。 在采用开式系统应注意几点
① 根据ARJ320标准，最适宜的水温在10℃～22℃，5℃～38℃能满足要求。因此必须要对利用
水体的水温做基础调查。
② 水体和建筑的标高，若去水点和主机的标高相差较大，可能取水泵能耗高，不一定能适合水源
热泵系统。
③ 对于水质，一般应该满足《地源热泵系统工程技术规范》（GB50366-2005）的规定。否则就应
做相应的水处理措施。
④ 采用地表水水源热泵的具体形式应作技术经济分析。
地表水水源热泵的使用首先要考虑水源对象，利用地表水水源的主要形式有江河、湖泊、水库，本文分析不包括海水、污水。而水量、水质、水温是应用水源热泵主要考虑的关键基础数据，下面分别加以分析。
3 水源热泵使用中的关键基础数据 3．1 水源
水源热泵空调系统须考虑主机与水源的距离，否则可能造成取水泵能耗过高以及水体在输送热量损失，导致地表水水源热泵不节能。地表水水源热泵对水源的研究首先应了解水系的分布。我国水资源总量丰富，但分布极不均匀，总的分布趋势是东南多，西北少，由东南向西北逐渐递减。水系分布见表1。
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表1 全国主要水系分布 分区名称 严寒地区 寒冷地区 夏热冬冷地区 夏热冬暖地区 温和地区 包括的水系 辽河水系 松花江水系 黄河水系 海河水系 长江水系(洞庭湖、鄱阳湖、巢湖、太湖) 淮河水系(洪泽湖) 珠江水系 滇池 流经城市或周边城市 沈阳,鞍山,抚顺,本溪 吉林,哈尔滨,齐齐哈尔,佳木斯 兰州,银川,郑州,开封,济南 北京,天津 重庆,长沙,武汉,南京,上海 徐州,连云港,蚌埠 广州,汕头,南宁 昆明 以上城市已经具备了采用地表水水源热泵的地理条件，但是否适合水源热泵还需进一步做水温、水质等参数分析。
3．2 水量、水质、水温
水量要充足，还要考虑水位的变化（主要受季节变化影响），因为取水构筑物的标高，供水管、排水管的布置都与水位有关，这也决定了水泵能耗的大小。例如黄河经常出现断流，不利于取水，但下游河段有“悬河”，而建筑标高低于水体，有利于取水。水泵能耗小，甚至可能形成重力取水，克服水处理器等设备阻力后，可能可以不采用。水泵水源侧的能耗可能为零。七大水系和主要湖泊水文特征如下： 表2 七大水系部分水文特征 水系名称 年流量(亿立方米) 含沙量 结冰期 长江 近10000 较小 无 珠江 3360 较小 无 黄河 580 大 有 淮河 622 海河 264 高 有 辽河 89 较高 有 松花江 759 不大 11月中旬至翌年4月上旬,长达5个月 表3 主要湖泊部分水文特征 湖泊名称 结冰期或结霜期 洞庭湖 无霜期258～275天 鄱阳湖 太湖 洪泽湖 不同程度的结冰现象1～2月全湖性封冻 巢湖 滇池 一般年份冬季均有岸冰出现 Ⅳ类,Ⅴ类,东半湖中营养,西半湖富营养 多年平均水温为16.1℃ 无 较清洁,水质富营养化状况 不明显 水温 Ⅱ-Ⅳ类较好,中营养 年平均水温17℃ Ⅱ类富营养化明显 历年平均水温为17．1℃ 中—富营养型 Ⅴ类,劣Ⅴ类,富营养 年均水温16℃ 年均水温16．3℃ 2
从表2中可看出，长江、珠江水量最为丰富，其次是松花江；松花江水量虽然丰富，但大部分河段有结冰期；辽河、海河水量不丰富。七大河流水质从好到差依次为长江、珠江、松花江、黄河、海河、淮河、辽河[4]。综合考虑，长江、珠江不但水量丰富，而且水质较好，无结冰期，非常适合水源热泵；黄河含沙量最大，淮河、海河、辽河水质较差，有结冰期，冬季冰下地表水的水温一般低于5℃，不利于提高水源热泵的冬季能耗。
从表3中可以看出，洞庭湖水质最好，无结冰现象，其次是鄱阳湖，这些地区周边城市较适合水源热泵；太湖、滇池富营养化程度明显，水质较差，采用复杂的水处理工艺，就可能造成水源热泵造价过高。
4典型气候区水体水温与气候的关系 4．1 严寒地区
东北地区处在我国严寒地区，采暖期长达五个月，一般可不考虑夏季防热，只考虑冬季采暖。但冬季该地区水体有结冰期，尤其松花江流域水体结冰期长达五个月，冰厚达60～90厘米，冰下水温一般低于5℃，如果温度过低需使用防冻剂，系统复杂，造价高；夏季短促凉爽，偏于湿润，7月平均气温低于25℃，一般可不考虑供冷。内蒙、新疆北部等地区也处于严寒地区，但地表水水资源贫乏，也不适合水源热泵。处于严寒地区的还有青海、西藏，海拔高，大部分地区长年积雪，青海地区境内主要是咸水湖，也不符合水源热泵使用要求。 4．2 寒冷地区
①黄河流域处于寒冷地区，属于温带大陆性气候，夏季炎热，冬季寒冷，冬季需要供暖时间长达100天左右，这一流域的城市如郑州最热月气温27.2℃，最冷月气温-0.3℃。黄河流域的水体冬季有结冰期，水量较丰富，但含沙量大，如果使用闭式系统则不存在水处理问题；某些河段的河床高于周边地区，这些地区较适合使用水源热泵，可降低取水泵能耗。
②海河流域地处华北平原，城市主要有北京、天津、唐山等城市。以其中滦河、潮白河水系为例，冬季水温一般在0～3℃，气温在-4℃左右，低于水温，可以采用地表水水源热泵，但能效不高；夏季水温普遍在22～29℃左右，气温在25～27℃，水温与气温相差小，节能效率不高，虽然水源距离城市较近，但地表水人均占有量低，水质污染严重，是全国严重缺水地区之一，没必要使用水源热泵，从工程技术经济角度采用风冷机组应满足条件。
总体看，寒冷地区使用水源热泵受到极大限制。 4．3 夏热冬冷地区
①长江流域处于夏热冬冷地区，该地区最热月气温在27～30℃，最冷月气温在3～8℃。以重庆为例，最热月气温为28.5℃，水温一般在23～26℃，符合要求。这一地区主要考虑夏季防热，但冬季阴冷寒凉，应当考虑供热。而且，长江无结冰期，水系分布纵横交错，流域内湖泊众多，是我国水资源分布最集中、水量最丰富的地区，水质相对较好，所以非常适合水源热泵。其中，重庆、长沙、武汉、上海等城市紧临长江，离水源近，部分沿江建筑取水能耗低。
②淮河流域地处我国南北气候过渡带，淮河以北属暖温带区，淮河以南属北亚热带区，气候温和，年平均气温为11~16℃。极端最高气温达44．5℃，极端最低气温达-24．1℃。年平均水面蒸发量为900~1500mm，无霜期200~240天。7月平均气温一般25~30℃，1月平均气温为0~10℃，最冷月水温低于0℃，但近年来由于生活污水和工业废水的排放导致淮河水质较差，在使用前须进行详细的水质分析。 4．4 夏热冬暖地区
夏热冬暖地区主要包括珠江流域，这一地区城市最热月气温在28℃左右，珠江年平均水温在17.5~22.9℃之间，符合要求。而且珠江无结冰期，水质较好，从这方面考虑适合水源热泵，但该地区
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一般只考虑夏季供冷，属单工况运行，与全年运行工况相比，节能率不高。 4．5 温和地区
滇池处于温和地区，该地区大部分冬温夏凉，只是部分地区应考虑冬季保暖，一般可不考虑夏季防热[7]。滇池位于昆明市南的西山脚下，距市区5公里。昆明最热月气温为19.8℃，最冷月气温为7.7℃，滇池的年均水温为16℃，符合要求。但近年来滇池污染严重，属富营型湖泊，水质差，在特定场合（如大型酒店，电子车间等）使用全年热泵空调系统时，水质处理是一个较复杂的工艺，可能得不偿失。 5结论
综合看，采用地表水水源热泵首先注意当地气候条件及水量、水质、水温等综合条件。总体来讲，我国夏热冬冷地区和夏热冬暖地区比较适合使用，如长江、珠江流域；严寒地区，如东北三省的松花江流域虽然水量丰富，但由于夏季负荷不大，冬季水温过低，水源热泵能效不高，可以考虑地下水水源热泵，还有这一地区是工业基地，存在大量污水，排放出的污水水温、水量较为稳定且赋存大量热能，也可考虑使用污水水源热泵[11]。处于严寒地区的西北地区地表水资源贫乏，也不适合；寒冷地区的海河流域夏季水温与气温差距小，而且严重缺水，也不太适合地表水水源热泵。
以上仅仅是对各气候区地表水水源热泵适用性的粗浅认识，具体分析还应具备比较全的基础材料，这在下步的工作中继续深化。 参考文献
⒈ 雷雅玲. 水源热泵系统. 低温建筑技术, 2005年第3期: 100-101 ⒉ 孙殿军, 郄振生，刘春旭. 水源热泵在实际应用中的浅析. 黑龙江电力, 2005年4月第27卷第2期：125-126
⒊ 付圣东，刘金祥，陆桂良等. 地表水源热泵若干常见问题分析. 制冷空调, 2007年:64-66 ⒋ 中国水资源质量年报2002
⒌ http://baike.baidu.com/view ⒍ GB50178-93建筑气候区划标准 ⒎ GB50176-93民用建筑热工设计规范
⒏ 中华人民共和国《水文年鉴》第三卷 海河流域水文资料，第1册 滦河流域，河北沿海诸小河; 第2册 潮白蓟运河流域及北运河水系（1991年）
⒐ GBJ19-87采暖通风与空气调节设计规范（2001年版）
⒑ 徐金泉, 陈国义, 中华人民共和国工程建设行业标准《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》实施指南. 北京：中国计划出版社2005
⒒ 廖吉香, 刘兴业, 马庆艳，等. 东北地区污水水源热泵现状分析. 节能技术 2005年，第6期: 539-542
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