重庆市某酒店水源热泵对长江水环境影响的模拟

重庆市某酒店水源热泵对长江水环境影响的模拟分析重庆大学城市建设与环境工程学院吴浩王勇李文摘要是否具备合适的水源以及排水对水环境的影响有多大，是建造地表水源热泵工程前必须解决的两个问题。本文从水温和水质两方面研究了长江水作为地表水源热泵空调系统冷热源的可行性；对重庆某酒店水源热泵空调系统排水对长江水的影响进行了模拟分析，根据模拟结果得到结论：该工程从长江取、回水是可行的，不但满足工程需要，而且排水只在较小的区域内对江水水体有程度很小的影响，在该区域以外，江水水温都能得到恢复。最后本文展望了地表水源热泵空调系统在长江流域的应用前景。关键词地表水源热泵长江水环境CFD模拟1引言地表水源热泵就是利用地球表面的江、河、湖、海等地表水作为热泵机组的热源和热汇。当建筑物的周围有大量的地表水可以利用时，可通过水泵和输配管路将水体的热量传递给热泵机组或将热泵机组的热量释放到水体中。重庆境内江河纵横，水网密布，水资源十分丰富，全市年平均水资源总量超过5000亿m3，其中地表水资源占绝大部分，由长江、嘉陵江、乌江等流经重庆地区的入境水形成的地表水约4600亿m3，其中长江占80％以上，嘉陵江占9.9％，其它河流约占10％[1]。重庆地区丰富的地表水资源，为水源热泵技术在重庆地区的应用提供了得天独厚的自然资源条件。2工程概况该酒店位于重庆市江津区，建筑总面积为102628m2，地上39层，建筑高度为148.6米，为集商业、办公、酒店客房、休闲会所、会议为一体的超高层五星级酒店综合体，是城市重要的标志。酒店紧靠长江，故拟采用水源热泵空调系统，利用长江水作为低位冷热源通过热泵提升能量为建筑进行供冷和供热。酒店总冷负荷约为12000KW；总热负荷约为6000KW。3长江水利用的自然条件3.1水温参数由文献[1]的统计数据可知：长江水最低温度出现在1月份，为10.30C，最高温度出现在8月份，为24.70C。为进一步摸清长江江津段水温情况，课题组于07年1月份和8月份分别对长江江津段水温进行了测试，测试结果如下图1、图2所示：图2夏季水温测试情况(图2夏季水温测试情况(07-8-7)（07-8-7）图1冬季水温测试情况(07-1-13)测试结果与文献[1]中统计数据非常接近。课题组于06年8月份和08年2月份分别对极端条件下的长江水温进行了测试：06年8月份最高水温为28.50C，08年2月最低水温为7.00C，根据美国制冷学会ARI320标准，即使在百年不遇的连续高温天气和五十年不遇的严寒天气情况下，长江水仍然适合水源热泵，长江水的这种温度特性使其成为水源热泵良好的冷热源。3.2水质参数水质的好坏直接关系到机组的运行效果和使用寿命，地表水的水质指标包括水的浊度、硬度以及藻类和微生物含量等。《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019—2003)中第条和《地源热泵系统工程技术规范》（GB50366—2005）中第5.2.8条和第6.2.4条对采用地下水、地表水的水源热泵机组的水质指标进行了规定，表1是长江江津段的各项水质指标测试结果与允许值的对比：允序号凑水质度指标倡测试卸结果翁允许完值塑备注胆1望PH纺值写6.怀42殖～8走.2殃1肆6.肃5~困8.尝5程满足诱要求社2慨Ca拼2+昆(素mg恨/技l)宋38罚.5瘦～8瓦2.揉23牵<2变00攀满足迈要求链3蹄矿化告度角(局g/掉l泽)巾＜1庭.3败0赏<3节满足裕要求狭4姿Cl坊-听(死mg奇/l椒)尺8.充23竭～1火3.鞋16库<1麻00燃满足铸要求蝇5兆SO个4挡2-贵(颜mg脾/l店)乏24争.1丽2～化32恒.2吨0海<2斩00睁满足躁要求闻6倘Fe里2+当(先mg至/l回)县0.皇06贵～0惨.2介0恨<1爷满足赠要求采7搅H功2套S照(额mg秤/l较)判0.衣17崇～0腥.3色2小<0搅.5逆满足样要求允8揭浊度窜(浴NT敢U历)织62转0～莫12呜70浇6.萝5魔不满土足要祥求左表1喝长往江伟江津身段贪水质庄与水掩源热侄泵机楚组卖允许伴的水帝质要围求比仅较记由表谨1可牙以看曲出：因除浊杂度外向，其安他各裙项水被质指遥标均母能满赤足机拥组对嚼水质蓬的要参求。浆由此宏可见枪,利假用长帝江水末做水循源热李泵系洞统冷惠热源辞必须房解决作含沙张量大乌的问航题。绩本工败程采呼用天瓶然河伶底滤后床反垫向渗撑滤取顺水方博案，叶该方漂案利等用长盈江河邀床的黄卵石某层作乡为天裂然过色滤器能，通痰过渗冒透滤佛嘴在预河底沾硐室玩内汇值集江奶水，掘各个积硐室深内汇痛集的鲜江水搂通过尿江底探集水纯隧道革、导承井送轻至竖亡井，笔然后耀利用其水泵顺直接资抽往隔热泵炕机组壤使用宁。江鄙水通氏过河嗓床的贺卵石活层过读滤、公渗透瞒至酮崖室后唇，水誓中含靠沙量加将大堪幅度注降低春，经荣简单炕处理金后就培可以娃直接解进入愉机组忆，这材就解姑决了划江水纺含沙脑量大母的问塞题烂。耽4专水源许热泵销机组比排水颈对江钢水影扩响的欠模拟有分析童本文谈采用吊CF全D通泛用商逗业软治件P延HO裂EN失IC贫S来称对水悠源热芽泵从宜长江衰提取价冷、胞热量客后，仇回水帖对水棕体的道影响洪范围先、影氧响程欺度进男行模己拟分纠析。飞4.怒1怜江水毙水体浙“裁冷热恢收支讽”西情况军分析态水体倚的冠“搁冷热超收支毙”仰主要筐取决循于以缴下几服个部额分：齿(1撇)肌水面踪热交价换量乳；瞧(2顶)汤水体滑与河摇底、披河床怎的换疼热量壶；生(3铺)矿水源摄热泵篇系统宣对水配体的扒取宪热围或排武热借量。委4.沟1.朱1杏水面屯热交李换量花的计续算量[指2公]姥[姥3汇]无[幸4评]纤[淡5霸]貌水校面办热交兴换包凳括辐嗽射热遇流量畅、蒸功发热辣流量滑和对付流热植流量逝三个兴方面缸。具励体地椒，水做表面督层的燃热交锻换总镰量施（w雷/m损2盐）可励表示伟为：洽(1艳)胶式中冶：原为水皮表面棍吸收躲的太塞阳短巨波辐宰射量肉（w刻/m限2尿）；翼为水前表面外吸收杯的大宜气长壤波辐泪射量研（w捧/m脏2烧）；挠为水遗面长陆波辐贤射（拣w/光m串2悔）；气水表免面的勇净蒸宴发热取通量堆（w埋/m刘2车）；黑为水陕表面胳的热争对流续通量守（w足/m秃2倡）。凳(1粱)局水体忽吸收现的太肝阳短误波辐硬射墙太阳公的日舰照总喇辐射骡I经主过水领面反蓬射后陪，除勿表层转吸收心一部招分外尸，其怪余部甚分透泛射入品水体句内部何。因敌此水薪体素吸收而的太杜阳短顷波辐迁射量问（w躬/m枣2液）的露计算类公式拐如下昏，愚(2写)糕式中狗：类为平露均太杰阳总涉辐射和强度危（w粒/m惰2鹅），圈一般茧可引裁用现驻场或糟相邻循主要弟气象怪台所轰测饭得般的太艰阳辐谎射量神数据疾，重锻庆地罗区的哲平均吩太阳迹辐射王强度投按照信“炎中国加建筑洽热环庭境分肌析专森用气瓦象数锤据集笨”锻里面勤沙坪戴坝气妇象站梯的数绕据来肤取值跃，夏杀天取晒16统8.骡2w肤/m须2劝，冬迹天取脉49奏.9炊w为/m枯2绵；课为水梯表面涝对太点阳短警波辐侨射的炸反射荣率。义太阳撇辐射均在水及体中端的分傅布规未律是因随水呼深的塔增加脂呈指啦数规辛律衰职减榜，网即：矿(3挺)焰式中阅：手为高芳程为神z处尾吸收角的太镰阳辐卷射热胖；堵为水坛面表胆层对氏太阳狸辐射捧的吸袄收率副；签为太牧阳辐掠射在钱水体仗中的重衰减半系数挂m给-1搜；阳为水稍体的柏深度烛（m挨）。湾本文京在模软拟中圈根据糖水体张的实茫际情灶况选授定以班下数涝值矿＝0晚.4卵；腰=0干.1豆；刘=0帖.5席m溉-1大。掩(2揉)挑水表栋面吸盟收的腾大气伶长波促辐射纤量沿（w聪/m懂2知）听(4洪)剧式中肆：炼为水机表面泽对大柴气的裳长波桂反射劝率；怨为大松气的帆发射协率；拿是S兼te性fa独n－意Bo埋lt白zm狸an槐常数晕，为束；悠为水妥面称2m颜处的买空气窑温度土(雅0寿C简)，港根据斧测试胸数据鬼，比取值喜为夏怕天取袍32临.4兆0型C补，冬拦天取男7.呆4隙0穗C纯。本滋模拟蒜中取枪值待＝0李.0伏3；胶＝0拴.9制7枝。尺(3饿)状水面畜长波求辐射妨（w父/m涛2草）石水体镰吸收季的大堤气长系波辐配射能迷量会城向大产气进军行返悼回辐晚射配，是摇水体女热损从失的候很重菜要的缸一部故分。心基于祸水面驰为绝廊对黑攻体的翼假设灰，水阶面长拆波辐冈射量贿的计顽算公羽式如热下，页(5捉)什式中朴：疲为水格表面睛的温的度轨(渔0麻C裁)，端根据疏对重哪庆地欲区长逢江水变温的茧测试荷数据倘，拼取值厉为夏两天取窃24坦.4炭0掩C拒，冬凯天取挖9.移6误0恳C锤；摆为水学表面堡的长竿波发蹈射率戏，由笋于水杠并非专绝对穿黑体傅，取础0.殊97梳；牵是S纠te驴fa成n－饮Bo净lt党zm说an药常数撒。狂(4记)之水表财面的寄净蒸感发热居通量够（w脸/m第2菠）鹅估计游蒸发却量的辆方法澡很多揉，其鹿中大冈多数季是经勒验性米的，市水表染面蒸倍发热嚼通量棍的计樱算公努式为角，理(6漠)窃式中骂：条表示即水面抖上z责（m站）处本的风迷速，近是用斗水面肾上凯z（速m）煤处风滤速表公示的户风函屡数（尝w/师m缎2绒*柄mm睛Hg嫁），怒=迎；右为水译面上滔空气抓的蒸附发压捆力逃(博mm它Hg斗)捏；尼为对蒜应于套水面抚温度级(诚0迷C伪)的挠空气瞒饱和鞭蒸发捷压力拥,叔=凳，津重庆欠地区吹夏季彼、冬旺季室晴外平降均风俭速宰按以商下取临值是：夏罪季总2.尤1m肆/s腹，冬猎季0爬.8异m/学s。稿(5流)秀水表筹面的球热对酿流通贪量隶（w有/m疾2艘）连当气留温不工等于揪水面衰温度仰时，飘水汽远交接酷面上睛会发驰生对巾流传将热过近程，肢其计带算公呢式为羞，埋(7掏)声式中码：锤为经除验系险数条，取户0.顽47董；由是用盐水面瓶上方今z（榴m）积风速逼表示慰的风培函数逮（w舱/m缺2扔*究m啦mH丹g）利；倡为水向表面候温度乎(救0训C堂)；抢为水糕表面案上方饿2m铜处空渣气温冰度(妙0帅C问)。磨4.守1.迫2斧水体贼与河弓底、甘河床我的换主热量坝(w浩)裙根据增J.腔R.修Hu常ll垄[讯6六]得青到的秘半经洲验公尺式，杂水底末以及丹底水隔层壁兽面的同热损建失量堵(w战)发计算冷式为注(8影)速式中能：购为池寸底面的积（宫m绿2巾）；兰为水童体的倡温度勇；衡为土脏壤远听边界靠的温潮度黄(重另庆地汉区土格壤的饰年平削均温毒度为替19颤0促C勉)毯；吊为池辈底周仙长（呜m）映；堆为经润验系殖数（据w/诊m秋2麻），暴与土浙壤的税传热缩系数晌K(俊w/烂m斤2轧.k窝)成笼正比塔，与龟池底贸和土龟壤远苹边界舌之间菌的距陪离(贝m)贷成正箱比；密为经离验系艳数（伍w/咽m）件，包灾括池冈底热鹅损失法以及摄底水佩层壁外面热请损失幅的影破响，枯与土冤壤的派传热巾系数煮K成溪正比组关系浮。盆4.滋1.胞3牙水源洗热泵彻系统营对水锹体的难取热乡或排牛热量省制冷营工况贷运行文时，泄水源羡热泵偿系统钳排入油到水脆体中和的热体量卧为：踩(液w幅)介(9篇)晒式中笛:械为夏饭季空堪调冷泻负荷兄(诱w黑)；最为制丙冷能续效比倚。染制热肝工况济运行灶时，揭水源存热泵匠系统座从水谢体中钟吸取奶的热售量临为：厨厘烧(稼w纪)拌(1觉0)黄式中匠:拴为冬窝季空籍调热冠负荷番(胡w袄)；春为制灭热性腰能系龙数。星4.昂2融模型犬的建荣立含从江姜水取济回水胃的结絮构模腊型如造下图似3妈：貌图3杆从途江水赔取回纤水的隆结构口模型浅模型科尺寸池：夏撕季，匠长8高00酸m，探宽乡30肯m税，水测深掩7.披5m甚；冬魄季，骑长塞80堡0m午，宽掌30棕m筋，水州深丰4m滤。取紧水口币位于呜排水壮口上词游按10贴0m隙，排贤水管贸直径电1m莫，排闸水口窜位于貌上游夺x=夏30答m胁处，谱管上预边沿瓶与水耽表面姜齐。岛4.寇3腐边界刘条件拔的确畅定嫩长江性水缴为乐流动旺水体旷，释干放到腥水体膝的冷撤热量场会及非时被用水流抓带走察，不顿会在不当地事的水伯体中混聚集回，且俭江水智流动送速度贪较大杂，上福下层弦对流绣强烈级，水疏体内么在不央断地怖进行崭热量毙交换瞧，因穿此沿贩水深许方向彼不形线成温止度分芒层，疼整个租水体区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