221地表水源热泵对环境的影响分析.doc

地表水源热泵对环境的影响分析 上海建筑科学研究院 张文宇 同济大学 龙惟定 摘要 基于Fluent流体力学软件，以2010年上海世博会为例，通过数值模拟，预测以黄浦江水作为冷热源的水源热泵温排水的扩散范围，重点探讨了温排水对水环境的热影响。 关键词 水源热泵 水环境 热影响 Fluent 1 前言 水源热泵在夏季使用过程中冷却水排放会对水域产生温升影响，出于生态学方面的考虑，人们对加热或冷却河水在许可性方面仍然存在很多争议，因此本文以2010年上海世博会为例，针对水源热泵在黄浦江流域的用进行分析。 2 黄浦江概况 2.1 水文 世博会围栏区内黄浦江总长5800m，河床断面呈U型河床形态，江水系正规的半日潮，每日有两次涨落。涨潮时潮水从长江口经过吴淞口向上涌进，平均历时4小时48分，最大涨潮流速1.81m/s；接着落潮水流转向长江口流出，平均历时7小时38分，最大落潮流速1.51m/s，潮汐曲线近似正弦曲线。据历年潮位特征数值统计，千年一遇高潮位5.30m，大汛低潮位1.18 m，平均潮位2.2 m，历史最低潮位0.32 m。年平均净径流量315.7m3/s。 .2 水温 根据黄浦公园水文站1959～1993年早上8时实测水温资料，黄浦江历年最高日均水温33.4℃（1983年8月5日），最低日均水温1.7℃（1963年1月17日），历年平均水温18.3℃各月平均水温见下表1。 表1黄浦公园淞浦大桥历年各月平均水温（℃） 月份 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7 8 9 10 11 12 黄浦公园 6.0 6.7 10.2 15.6 21.2 25.4 29.3 30.3 27.3 21.9 16.1 9.4 淞浦大桥 4.6 7.1 10.2 16.3 20.7 25.1 30.1 30.8 28.6 20.2 14.5 7.4 .3 水质 根据1999年东海监测中心对黄浦江（松江－吴淞口段）水系表层沉积物的物理指标测定结果：黄浦江底泥的平均相对密度2.29，平均固体百分比52.37％，PH平均值为7.85，最低值6.82出现在南浦大桥附近 [1]。有机污染综合评价大部分在Ⅳ劣Ⅴ之间，黄浦江干流水质综合评价为Ⅲ劣Ⅴ类。 .4 温排水排放状况 目前黄浦江沿岸已有近一百家较大企业单位，分属电力、冶金、交通等部门由电厂排进江中的废热主要以循环冷却水的方式带入。其中闵行、吴泾、南市、杨树浦、高桥和闸北等电厂，水资源总利用量约为35.692×108m3(统计日取水量2×104m3以上的取水口)，约占黄浦江枯水年（保证率为97％）水资源量的7.5％左右，热量排放占总排放量的86％，成为影响江水水温的主要人工热源。从现有红外航测和现场实测资料分析，在某些河段中水温已升高约0.5℃～1℃[2]。 上海世博会概况 上海世博园区位于南浦大桥与卢浦大桥之间的黄浦江两岸，规划控制面积约6.68平方公里，黄浦江江面平均宽度约400m，深度7～9m。估算在极端最高人流量80万人/日，同时在场系数0.7下的空调负荷，根据“位置相近、规模相近、功能相近”的原则，设立5个分布式能源站，为整个园区提供冷量。假定各能源站均利用黄浦江水作为冷却水源，按5℃温差计算得出最大用水量28.73 m3/s（见下表2），占黄浦江枯水年水资源量的1.8%，可见黄浦江水资源在数量上是可以保证的。 表2 各能源站空调负荷、冷却水量汇总 统计量 能源站1 能源站2 能源站3 能源站4 能源站5 合计 空调负荷(kW) 40459 42317 38615 99274 67577 288242 冷却水量(m3/s) 4.03 4.22 3.85 9.89 6.74 28.73 二维数学模拟 .1 模型设计 围栏区范围内黄浦江的特点是：①水面开阔，河道宽深比较大，温度较易在垂直方向上达到均匀分布；②水流流向不单一根据以上特点，首先进行二维模拟，预测园区整体空调负荷下的影响范围基于流体力学软件fluent建立模型5个能源站点取、排水口间距全部设定为400m在模型中创建了四边形结构性网格，网格尺寸8m×8m，计算时间步长2s。 .2 参数设置 水面综合散热系数采用Gunnerberg经验公式[3]代入上海2005年7月逐时气象数据得到平均值41.4/m2.℃。 边界条件和初始条件对黄浦江实际潮流进行等振幅等周期简化，采用涨潮、落潮各6小时周期为12小时的三角函数来定义速度边界条件。以入海口方向为正，流动曲线与实际监测数据对比见图。下游设定自由出流边界条件，取水口进水流速0.6m/s。初始条件初始水温的设定依据表1按7、8月水面温度30℃、取水口处温降1℃设置(302K），取排水5℃温差计算。河流初始流速1.51m/s。 图图潮流监测数据与自定义流动方式对比.