浅析华北地区净水厂工程冷、热源选择

□黄 岗

净水厂是从河流或地下进行取水，对原水进行消毒、过滤等工艺处理，将优质水供给到用户，净水厂分为生活区和生产区，生活区的管理用房和生产区的制水车间均需要进行冬季供暖，夏季供冷。综合考虑水源和城市规划，净水厂选址一般距市中心较远，利用市政资源难度大，难以实现集中供热，需采用热泵系统进行供冷供热。常规净水厂内，需要供热的建筑物有管理用房、门卫、净水间、加药间、加氯及活性炭间、送水泵房等，需要供冷的建筑物有管理用房、门卫、生产用房值班室等。在华北地区，常规净水厂冬季供热负荷约为夏季供冷负荷的2～3倍。目前市面上比较常见的热泵系统有3种，水源热泵系统、土壤源热泵系统、空气源热泵系统。

1.水源热泵系统

水源热泵系统是一种以地下水、地表水、海水、城市污水等水体作为低品位热源，利用热泵机组进行换热，实现供热供冷的系统。水源热泵系统的特点见表1。

表1 水源热泵优缺点分析表

针对常规净水厂工程，水源热泵系统平稳性好，运行维护难度小，有较好的经济效益，有效降低了净水厂的运行成本。但同时存在一定的局限性

一是取水许可难度大。就华北地区而言，部分地区地下水超采严重，各级政府积极推进水源置换的进程，严格控制地下水开采，水源热泵系统使用地下水时应符合当地水资源管理政策并经水源主管部门批准，难度较大。

二是回灌水质隐患大。净水厂属于水源保护区，保护范围内不能进行污水排放。采用地下水作为水源时，在机组中进行循环换热过程中存在被污染的风险，对受污染的水体进行回灌会造成区域性地下水水质污染。

三是井群布置难度大。净水厂内建构筑物较多，且厂区内敷设有工艺、雨污水、电力、热力等管线，布置错综复杂。根据《供水管井技术规范》（GB50296-2014）中4.1.12要求“热源管井应布置在建筑物场地周边，与建（构）筑物、市政管网设施的距离不得小于10m。”，增加了井群布置及取水管网敷设难度，造成净水厂占地的增加。

综上所述，水源热泵系统不为常规净水厂最佳的冷、热源选择。

2.土壤源热泵系统

土壤源热泵系统是利用地下土壤温度相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统与建筑物内部完成热交换的装置。冬季从土壤中取热，向建筑物供暖，夏季向土壤排热，为建筑物制冷。它以土壤作为冷、热源，通过高效热泵机组向建筑物供冷或供热。土壤源热泵系统的特点见表2。

表2 土壤源热泵系统优缺点分析

较水源热泵系统，土壤源热泵系统同样具备运行平稳性好，运行维护难度小，绿色环保等优点，但初期投资较大，会增加净水厂的建设成本，同时也存在一定的局限性。

一是地埋管占地大、投资高。地埋管单管换热量较小，为达到较好的换热效果，满足净水厂冬季供热，夏季供冷的要求，需建设几十眼甚至上百眼换热井，增加了净水厂的建设成本，同时增加了净水厂的征迁量。

二是地层热平衡难度大。根据常规净水厂供热供冷特点，冬季供热负荷约为夏季供冷负荷的2～3倍。全年冷、热负荷平衡失调，长期运行会导致地埋管区域的地层温度持续降低，从而影响地埋管换热器的换热性能，降低系统的换热效率。

综上所述，与水源热泵系统相同，土壤源热泵系统亦不为常规净水厂最佳的冷、热源选择。

3.空气源热泵系统

空气源热泵系统采用逆卡诺循环原理，利用室外空气的能量通过机械做功，使能量从低位热源向高位热源转移，它以冷凝器放出热量来供热，以蒸发器吸收热量来供冷。空气源热泵系统的特点见表3。

表3 空气源热泵系统优缺点分析表

空气源热泵系统在实用中，存在因外界环境温度较低，机组结霜的问题，所以在选用时，要充分考虑到使用地冬季温度，必要时选用自带除霜功能的超低温机组。

空气源热泵系统较水源、土壤源两种热泵系统能效比略低，但远优于传统燃煤、燃气取暖方式的能效比。同时就华北地区常规净水厂而言，适用性优于其他两种热泵系统，没有明显的局限性，投资小，安装周期短，运行维护难度小。

4.结语

综上所述，常规净水厂工程在选择冷、热源时，要充分分析和结合外界因素，因地制宜，综合考虑适用性、经济性、安全性、可靠性，做出最优选择。