地表水换热特点

地表水属于非清洁水范畴,与之相似的还有原生污水、已处理污水、工业污废水等等,在采用非清洁水为低温热源的热泵系统中,防堵塞和防污垢是需要解决的核心问题,但此外还有小温差、大流量等显著特点,这对换热都是不利的,会严重影响到换热设备的投资、运行能耗和占地等。

为更清楚地认识非清洁水的换热问题,将其总结为三个特点,即“防堵塞”、“非清洁”和“小温差”换热[1～3]:

(1)防堵塞。

未处理原生污水中含有大尺径悬浮物,包括纤维状的发丝类、纸屑类、藻状类,普通的换热设备是根本无法承受的。

而实践证明:已处理污水和地表水中的悬浮物含量相对较少,尽管与未处理原水不在同一数量级,但随着运行时间的增加,堵塞问题也是严重的,原水的堵塞时间为1～3d,已处理污水或地表水则为7～10d。

(2)非清洁。

污水(未处理原生水)中含有大量的小尺径悬浮固体、油类,以及溶解与非溶解化合物,易造成换热面的“瞬时污染”(2～3d),换热器内换热面上的软垢增长速度快,成分复杂(油膜、生物膜、颗粒等黏泥),严重地增大热阻,降低传热效果,并增大流动阻力,使流量减少,换热工况严重恶化。

已处理污水与地表水(江河湖海水)属同类,与未处理原水相比,相对清洁,但水源的利用为开式循环,小时流量数百至上千立方米,杂质成迅速的累积过程,易“短时污染”(7～10d),因此对热泵系统或换热过程也是“非清洁”的水源。

(3)小温差。

我国大部分地区的冬季时段,污水水温15℃以下,地表水水温7℃以下,渤海与黄海近海域水温3℃左右,提取水源的显热热能温差在2～6℃范围内。这使得换热设备的传热温差很小,例如污水15℃降至10℃,中介介质由6℃升至11℃,则平均传热温差4℃左右;若海水由3℃降至0℃,中介介质由－2℃升至1℃,则平均传热温差2℃左右。小的取热温差,则要求水源水量大,对“非清洁”引起的污染问题更不利。而更小的传热温差,则需要增大换热面积或换热设备的数量,势必加大系统的建设投资和运行维护量。

上述三个特点严重影响到系统的运行效果、投资、运行费和节能潜力,如何有效地解决地表水高效换热问题是保证地表水源热泵空调系统高效应用的关键问题之一,也是一般换热过程节能的一个共性问题。