江水源热泵对环境的影响评价及应对措施

■■＿ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＥｘｃＨＡＨＧＥ【技术交流　江水源热泵对环境的影响评价及应对措施　南京法斯克能源科技发展有限公司　张巍巍　马宏权郁松涛　摘要　目前，大型江水源热泵空调系统在长江中下游地区得到越来越多的应用。本文以南京国际服务外包产业园江水源热泵区　域供冷供暖项目为例，分析了江水源热泵造成水体水质和热污染的可能性及其预防措施。分析认为，通过采取适当措施和总量适度控　制，江水源热泵系统的推广应用，对环境不会造成实质性的影响，并且通过科学的规划设计，对江水退水的综合利用还能够对城市环境　带来一定的改善。　关键词江水源热泵环境水质泥砂热污染　Ｙａｎｇｔｚｅ　ｒｉｖｅｒ　ｗａｔｅｒ　ｓｏｕｒｃｅ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ　ｆｏｒ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｉｍｐａｃｔ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　毋Ｚｈａｎｇ　Ｗｅｉｗｅｉ　，Ｍａ　Ｈｏｎｇｑｕａｎ　ａｎｄ　Ｙｕ　Ｓｏｎｇｔａｏ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ａｔ　ｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　ｗａｔｅｒ　ｓｏｕｒｃｅ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ　ａｉｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ａ　ｌａｒｇｅ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｔｈｅ　ｍｉｄｄｌｅ　ｒｅａｃｈｅｓ　ａｒｅａ　ｏｆ　Ｙａｎｇｔｚｅ　ｉｖｅｒＲ　ｉｓ　ｇｅｔｔｉｎｇ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｔａｋｅ　ｔｈｅ　Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｅｒｖｉｃｅ　Ｏｕｔｓｏｕｒｃｉｎｇ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｐａｒｋ　ａｒｅａ　ｏｆＹａｎｇｔｚｅ　ｉｖｅｒＲ　ｗａｔｅｒ　ｓｏｕｒｃｅ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｎｄ　ａｈｅａｔｉｎｇ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，ａｎａｌｙｚｅｓ　ｈｅ　ｔｃａｕｓｅｓ　ｏｆｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆＹａｎｇｔｚｅ　ｉｖｅｒ　Ｒｗａｔｅｒ　ｓｏｕｒｃｅ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ　ａｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｈｅａｔ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｈｅ　ｔｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｓ．　ｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｔｈｉｎｋｓ，ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ　ｍｅａｓｒｅｓ　ａｕｎｄ　ｇｒｏｓｓ　ｍｅａｓｕｒａｂｌｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　ｗａｔｅｒ　ＳＯｕｒＣｅ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｄｏｅｓ　ｎｏｔ　ｃａｕｓｅ　ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌ　ｅｆｆｅｃｔｓ，ａｎｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ｐｌａｎｎｉｎｇ　ｏｆ　ｈｅ　Ｙａｔｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　ｗａｔｅｒ，ｒｅｔｕｒｎ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｉｓ　ａｌｓｏ　ａｂｌｅ　ｔｏ　ｂｒｉｎｇ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｏｆ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｃｉｔｙ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｗａｔｅｒ　ｓｏｕｒｃｅ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ，Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｗａｔｅｒ，Ｍｕｄ　ｎｄ　ａｓａｎｄ，Ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　＊ＮａｎｊｉｎｇＦａｒｓｅｅｋｅｒＥｎｅｒｇｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｌｉｍｉｔｅｄＣｏｍｐａｎｙ　０引言　随着国家节能减排政策的不断落实　和深入，作为可再生能源利用的水源热泵　空调技术得到了逐步的应用和推广。江水　水作为冷却水直接排放，虽然不像湖泊等　进行水体循环使用，但其对局部水体的温　升也要引起重视。另外经过抽取的长江水　南京市的过境水资源主要是长江。长　江大通水文站多年（１９５０￣２００６年）平均径　流量为９０３０亿ｍ　，大通站至南京之间的　在经过热泵机组后，如果首先排放至城市　区间来水量多年平均为２０６．４亿ｍ］左右，　内河或其他水域，其水质特别是所含泥沙　约占大通站径流量的２．２８％，径流量年内　源热泵为地表水源热泵的重要组成部分，　都应　分配不均，其分配基本上与降水量相似。　近年在长江中下游地区也得到了因地制　是否会对内河或其他水域造成污染，　从来水来沙的年内分配看，大通水文站年　宜的大规模发展，江水源热泵的区域集中　进行充分的调查论证。大规模应用，可消除夏季空调系统向空气　排热造成的城市热岛效应，冬季可消除锅　内来水来沙主要集中在汛期（５～１０月），其　１长江南京段概况　来水量约占全年的７０．７％，以１月份为最　小。汛期来沙量约占全年的８７．３％，沙峰　略滞后于洪峰。　１水文　炉燃煤或燃气造成的大量碳排放及有害　１．长江水系是南京市境内的主要水系，　气体排放，并且利用长江水作为优质的冷　３ｋｍ　，占南京市土地总面　热源，热泵效率大为提高，具有良好的节　流域面积６２８５．能效果。与此同时，对水源热泵的快速发　积的９５．４９％。　展所带来的问题应该引起注意。近年来频　长江南京段江面比较宽阔，—般都在　涨巍巍．１９７３年９月生人，　工程师　水深超过１５ｍ，水流较平缓，江面　发的海水赤潮、湖泊蓝藻爆发性增长、水　２ｋｍ以上，生生物多样性减少等水体自然危害多与　从不封冻，四季皆可通航，享有“黄金水道”　水体温升有关。江水源热泵夏季抽取长江　的盛誉。长江南京段属半日潮型，潮差明显。　地址：南京市雨花台区软件　大道１８８寸　６０　２０１２年０６月　■■■ｌ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＥＸＣＨＡＮＧＥ　ｌ技术交流　３．３退水水质对环境的影响分析　江水最大流量为１２０００ｍ３／ｈ，以全年运行　浮水植物甚至会全部消失，而藻类则会　２００天，每天运行１０小时计算，全年排放　发生种群替代。不同藻类对水温由低到　Ｏ．１７９ｋｇ／ｍ３，即使全部泥沙都沉积在秦淮　在水温为２５￣Ｃ时，即会被绿藻代替，水温　河内，每年沉沙量约为４２９６吨，秦准河宽　为３３￣３５℃时，绿藻又会被大多数鱼类所　回避的蓝藻所代替｛４１。水体温升加速了有　南京国际服务外包产业园江水源热　用，其余全部排入内河用于改善水环境。　根据上述对长江水质的实测及分析，江水　质不会产生任何变化，基本可达到ＩＩ类水　泵系统的退水除３％经过综合处理后利　江水量为２４００万ｍ３，按江水平均含沙量　高的适应顺序是：硅藻、绿藻、蓝藻。硅藻　经过江水源热泵后除略有温升温降外，水　９６ｍ，项目排放流程为３．２５ｋｍ，泥沙按均　匀沉积计算，则每年泥沙沉积可使河床抬　机物的分解而造成水体富营养化，厌氧　质标准，远优于现状内河Ⅳ～Ｖ类水质标　高约Ｏ．００５ｍ（泥沙的体积质量按　菌类大量繁殖，引起鱼虾等水生动植物死　准，完全可用于改善内河水环境。但还有　２６５０ｋｇ／ｍ　计算）。　一亡和有机物腐败，会进一步刺激蓝藻的猖　獗繁殖并导致水质恶化，这在我国太湖等　ＧＢ３８３８—２００２（（地表水环境质量标准》　个问题不可忽视，那就是江水中含沙常　可见，即使该项目通过热泵机组后的　部均布沉积在秦淮河床上，每年也仅使秦　年累积是否会造成内河河床或秦淮河河　长江水退水全部排人秦淮河，所含泥沙全　水域已经严重发生。　床抬升，从而导致自然环境发生变化。　以前长江南京段江水含沙量较高，为　坝建成后，江水中含沙量减少，粒径减小，　泥沙分布变平缓，根据泥沙公报数据，江　水年平均含沙量下降为０．１　７９ｋｇ／ｍ　左右。　淮河河床抬高０．５ｅｍ，何况此为按最不利　中规定，人为造成的环境水温变化应限制　计算值。因此可知江水所含泥沙对内河造　功能区划》长江南京段的水功能区划分，退　Ｏ．４５５ｋｇ／ｍ３。从２００７年开始，长江三峡大　情况下的计算结果，实际发生值远远小于　在周平均最大温升　１℃。根据《江苏省水　成的沉积影响非常小，不用另外采取专门　的江水退水泥沙处理措施。　水所在的三汊河口是长江南京夹江饮用水　源区和长江南京工业用水区的过渡处。　由江水源热泵的工作原理可知，夏季　江水水流夹运的悬移质泥沙可分为　２部分组成，较粗的一部分泥沙在床沙中　大量存在，称为床沙质；较细的一部分泥　沙是床沙中少有或没有的，称为冲泄质。　在长江下游的悬移质泥沙中大于０．０５ｍｍ　４江水源热泵退水水温　长江水要承担机组排热冷却的作用，长江　对环境影响分析　水经过机组后将会产生５￣Ｃ左右的温升或　４．１　水温变化对环境的影响　温降。水温的改变，特别是温排水对内河　根据调查，水体热污染的危害不像排　水体及周边环境的影响必须进行分析。　２二维温排水数学模型　部分为床沙质，小于０．０２５ｍｍ部分为冲　放污水和排烟那样明显，在短时间内也看　４．泄质【”，目前的数据显示长江水下游所含　不出对气候的影响。水体热污染主要是影　因为计算河段水深相对于河面宽度　泥沙颗粒的中值粒径在０．０１３ｍｍ左右。　根据文献口】，天然泥沙的沉速如表４。　响直接或间接的对水生动植物和水体质　较小，因此水流运动可简化为沿水深平均　量带来危害，而热污染首当其冲的受害者　的二维恒定流动，采用平面二维数学模型　江水退水途经内河段河面宽度约　是水生物。水生动物绝大部分是变温动　进行温排水的计算研究工作。　体温不能自动调节，随水温的升高体　４．６￣１４ｍ，流程３．３５ｋｍ，秦淮河宽度９６ｍ，流　物，２．１计算区域及网格布置　程３．２５ｋｍ。以粒径０．０１５ｍｍ的颗粒计算，　流经全程该颗粒下沉距离为：Ｏ．１８７ｍｍ／ｓ￣　温也会随之升高，当其体温超过一定温度　根据研究目的、水文资料的完整性及　时即会引起酶系统失活，导致代谢机能失　模型计算的要求，计算范围选择自江水源　３２５０ｍ＋ｌｍ／ｓ＋１０００ｍｍ／ｍ＝０．６０８ｍ；各粒　调直至死亡，一般水生动物的耐温上限为　热泵排水口至秦淮河三汊河闸之间长约　Ｃ［３１。水温升高还会使水中的溶解氧　７ｋｍ的河段。　径颗粒在不同流速情况下可能的沉降深　３３￣３５＂度计算如表５所示。　减少，同时又会加速微生物对有机物的分　计算区域采用三角形单元剖分，共布　对于秦淮河的河水深度而言，江水中　解从而消耗大量的溶解氧，使水体处于缺　置了２７８９个节点，４４５７个单元。剖分的网　的大部分泥沙很难沉积在河床上，泥沙淤　氧状态。水体温升对大多数水生维管束　格间距一般在２０ｍ左右，其中对排水口至　积的现象很轻微。同时，按照该项目设计　表４天然泥沙的沉速　粒径／ｍｍ　Ｏ．Ｏ１　Ｏ．０ｌ５　０．Ｏ２　植物（俗称水草）有着不良的影响，某些　秦淮河之间的小河道网格进行局部加密，　最小网格间距约为６ｍ，得出计算区域及　沉速，（ｍｍ／ｓ）　其网格剖分示意图，见图１。　Ｔ＝３Ｏ℃　０．０８３２　０．１８７　０．３３３　Ｔ＝０℃　０．０３７９　０．０８５１　０．１５２　Ｔ＝１０℃　Ｏ．Ｏ５ｌ４　０．１ｌＯ　０．２０６　Ｔ＝２０℃　０．０６６７　Ｏ．１５０　０．２６４　Ｔ－－４０℃　Ｏ．１０２　０．２３０　０．４０９　４．２．２计算参数的选择　根据计算需要，在温排水计算时排水　口给定流量边界条件（３．３３ｍ３／ｓ），下游三　汊河闸给定叵定水位条件。　水流温升场数学模型中，主要包含　河床糙率ｎ、紊动粘性系数Ｖｌ、扩散系　数Ｅｘ和Ｅｖ、水面综合散热系数ｋ共５　个待定参数。　表５　￣／ａｒｍ　ｌ　０．０１　沉降　ｌ　０．Ｓｍ／ｓ　ｌ　０．５４　深度／ｍ　Ｉ　１．０ｍ／ｓ　ｌ　０．２７　６２　２０１２年０６月　１０　．０１５　Ｉ　１．２１４　１　０．６０７　０．２　２．１６　１．Ｏ８　『０．３　Ｉ　４．８６　ｌ　２．４３