本文以重庆市彩云湖为研究对象，从水温，水质方面，对重庆市典型代写论文湖库水源特性，适宜于重庆市湖库水源热泵系统取水技术进行了分析，得出了重庆市彩云湖夏季月平均水温在26~30℃，冬季月平均水温在11~15℃，是一种具有良好品质的冷热源等结论。
关键词： 湖库水源;水源热泵;水温;水质;时空分布;取水构筑物;取水方式
0 引言
建设资源节约型和环境友好型社会是我国的基本国策，为国民经济与社会发展中长期规划的一项战略任务。当前我国建筑的运行能耗大约为全社会商品用能的三分之一，而建筑采暖和供冷的使用能耗是建筑能耗的主体，达到了建筑总能耗的50%以上，是节能潜力最大的用能领域[1]。开发利用江、河、湖、海等天然水体中蕴含的大量的冷热源的地表水水源热泵系统既具有节能优势、又具有环保效益[2]，是当前建筑节能与建筑新能源开发利用的热点和前沿课题[3]。
湖水源热泵是以湖水或水库水等非流动水体作为热泵的低位冷热源，是地表水水源热泵的一种。夏季通过热泵将室内侧的热量置换到水体中，冬季将室内的冷量置换到水体中;由于夏季水体的水温低于空气温度，而冬季水温高于空气温度，且水的比热容比空气大，故其是一种较好的节能系统，该系统用在美国、欧洲等国家广泛应用[2, 4, 5]，在我国湖水源热泵的应用尚处于起步阶段，但发展迅速[3, 6]。
重庆地区夏季酷热、冬季湿冷，对于夏季供冷，冬季采暖有很大的需求。据2008 年度《重庆市水资源公报》[7]显示重庆市大中型水库年末总蓄水量21.3924 亿m3，比上年末增加8.02%，丰富的湖库水水资源，以及重庆的许多建筑临湖泊、水库等水体修建，为湖库水水源热泵技术在重庆市的应用提供了广阔的市场需求和优越的自然资源条件。目前重庆市已经开展一些湖库水水源热泵系统工程项目，例如重庆希尔顿体育设施水源热泵项目、重庆市开县某水源热泵项目等。
水温、水质和水量(水体热容量)是影响湖(库)水源热泵系统运行能效的重要因素，而湖(库)水的水温、水质受湖库形态、地理位置以及取水与水处理技术的影响很大。目前，国内对湖库水水源热热泵系统的研究主要集中于机组和水体热容量方面，对水源水温、水质和取水—水处理技术未引起充分的重视，未有过专门针对湖库水取水进行试验研究。现有的湖(库)水源热泵工程一般采用简单的直接取水方式[8]，未考虑实际水源地的特征以及取水水温水质的品质，使水源热泵系统达不到最优的节能效果。本文以重庆市典型湖(库)——彩云湖为对象，开展湖库水水温、水质的时空分布和规律特征等水源特性研究，并根据重庆市湖(库)水特征提出水源热泵系统适宜的取水技术。本研究为湖(库)水水源热泵系统设计提供了基础数据以及科学依据，也为重庆市湖(库)水源热泵系统高效应用与推广提供技术支撑。
1 实验方法与材料
本文主要选取重庆市典型湖库水彩云湖为研究对象，同时对重庆市其他湖库水双龙湖和开县的安康水库水质进行水源特性研究分析，并根据其监测结果提出适宜重庆市湖库水源热泵系统的取水技术。
彩云湖位于重庆市，长江一级支流上，106°28'33.92"E ~ 106°29'02.71"E，29°30'39.01"N ~ 29°30'56.06"N。彩云湖控制流域面积12.00km2，为小(1)型水库，正常高水位272.00m 时水库容积168.00 万m3，设计洪水273.26m 时相应库容196 万m3，校核洪水位273.63m 时相应库容204.00 万m3。正常蓄水位水库面积20.38 万m2，多年平均入库径流量为1116.94 万m3，由和β指数法[9]可判定彩云湖属于分层型水库。
考虑典型性和代表性的要求，根据彩云湖的大致形状，以及取水口位置选择要求，选取以下5 个监测断面：1 点为大坝;2 点是宽阔区域的湖东岛;3 点为湖心岛;4 点为库尾补水工程进水区;5 点为湖湾，是滞留区。具体布置如图1 所示。
根据水源热泵系统对水源水温和水质的要求，在2009 年1 月 ~ 2009 年12 月期间，采用综合现场测试、采样、实验室鉴定、监测和试验分析相结合的方法，对重庆市彩云湖水温、pH、浊度、硬度、矿化度和藻类进行监测，并分表层(水面下0.5m)、上层(5m 左右)、中层(10m 左右)和下层(湖底上1.0m)采集水样进行分析，采样和测定方法均按湖泊采样法中常规方法[10]。
数据处理与统计采用统计分析软件SPSS(Statistical Product and Service Solution)16.0，利用独立样品t 检验方法来检验监测数据，彩云湖水温、水质浓度的等值线图使用软件Sufer8.0(Golden Software)来整合逐月的测定值。
2 重庆市典型湖库水源特性
2.1 水温的时空分布
2.1.1 彩云湖水温时间变化分析在 2009 年1 月—2009 年12 月期间，对重庆市彩云湖气温与上层水温监测结果见：由可以看出彩云湖水夏季月平均温度26~30℃，冬季月平均水温11~15℃;一般情况下，水源热泵系统在制热运行工况时，水源水温应为12~22℃;在制冷运行工况时，水源水温应为18~30℃[11]，湖库水水温满足水源热泵对水源水温的要求。同时可以看出，夏季水体温度比环境空气温度低大约3~5℃，故制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式热泵;冬季水体温度比环境空气温度高大约2~3℃，故热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高，因此机组效率得以提高。从监测的一年内月平均气温和月平均水温变化趋势上看，水温随着气温的升高而升高，但由于水的比热容较空气大，水温相比于气温的变化具有一定的迟滞性，从而形成了夏季水温低于气温冬季水温高于气温的现象。
2.1.2 彩云湖水温时空分布分析在 2009 年1 月至2009 年12 月期间，每月分2 次对重庆市彩云湖各监测点现场进行监测，监测时水深分别为-0.5m、-1 m、-2 m、-4 m、-6 m、-8 m、-10 m、-12 m、-14 m、-15m。
彩云湖水温时空变化情况监测结果见图3，彩云湖各监测点的冬季与夏季水温分布情况的监测结果见。
由可以看出，在夏季水温出现明显分层现象，随着水深增加，水温逐渐降低，表层水温和底层之间相差9~11℃;冬季水温分层现象消失，形成较均匀的水体温度，表层水温和底层之间相差不足1℃;夏季与冬季各监测点之间的温差相差不大。造成这种现象主要原因[12]：3 月份进春季后，天气开始转暖，随着气温的升高，表层水的温度也跟着升高，而底部的水温变化较慢，表层水温度大于底部，出现了表层水和底层水的明显温差。
这种趋势可能一直延续到11 月份，特别是7、8 月份表层水温和底层之间形成明显分层。冬季(12 月、1 月、2 月)随着气温的不断降低，表层水不断被冷却，较重冷水沉人下层，水体温暖的底层水开始上翻，上下水体混合，分层现象消失，表层水和底层水的温差不超过1℃，形成较均匀的水体温度。因此3~11 月期间相对稳定的“上高下低”水温分层结构一定程度限制上下层水团的交换。大多数深水库区都有热分层现象，只是有强有弱。对于这种深水型湖库水，具有水温分层现象，分层比较稳定，夏季深层水温与气温相差可达到10℃以上，甚至更高，故在夏季采用湖库水水源热泵空调系统相对于风冷热泵来说存在着巨大的节能优势，是较优品质的空调系统。
2.2 水质的时空分布水源的水质对水处理方式和机组的稳定运行有很大影响[13]，如果进入热泵机组的水质不好，可能将引起机组结垢、腐蚀或由微生物不断繁殖而产生的生物粘泥，将造成机组管道堵塞、污垢热阻增大，能耗增大以及机组使用寿命减短等。对开式地表水源热泵系统的水质要求，目前国内尚无专门标准与相关规定，实际工程以《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003)、《浅层地热勘查评价技术》(征求意见第二稿)中地下水地源热泵水质要求和《工业循环冷却水处理设计规范》(GB50050-2007)中循环冷却水水质标准等作为参考选定的。实际工程中进入开式地表水源热泵系统的水质详见中允许值。
从中可看出，代写论文调查重庆市三个湖库水，除pH 值和浊度在某些季节超过允许值外，其他水质指标基本能满足水源热泵机组对水质要求。pH 和浊度在某些季节超过允许值，主要是因为水体中pH 值的变化主要与藻类生长过程中的光合作用有关，由于藻类的光合作用，消耗水中的CO2，破坏了CO2/CO32- /HCO3-的平衡，使水体pH 值呈弱碱性，同时藻类大量繁殖，悬浮于水中，使水体浊度大大增加。藻类过量繁殖，易在机组管道形成生物粘泥，堵塞管道，影响机组运行效率。故对于湖(库)水作为水源热泵机组的取水时，要尽量避开藻类。以下是重庆市彩云湖 2009 年1 月 ~ 2009 年12 月期间水质监测结果分析。
2.2.1 藻类重庆市彩云湖 2009 年1 月 ~ 2009 年12 月期间藻密度时空变化情况和绿素a 各监测点逐月变化情况见。从知，叶绿素a 在一年变化中出现了三个高峰分别是2009 年2～3 月、7 月和9月，主要是这三个月温度比较适宜、营养盐充裕、N/P 比合适、光照充足，非常有利于藻类生长，造成水华爆发。同时叶绿素a 在垂直方向上从上到下浓度依次变小，主要原因是表层水具备浮游藻类生长所适宜的光照、温度等生长繁殖条件，而随水深增加，光照减弱，不利于藻类的光合作用。从而导致叶绿素 a 浓度降低。从图6 显示，中层和底层叶绿素a 含量较低，主要是因为中层与底层光照强度弱，藻类不易生长。
从可以看出，彩云湖全年藻类密度几乎都大于104 个/L，根据彩云湖各参数的实测值，对照《湖泊富营养化调查规范》(第2 版)中的湖泊、人工湖富营养化评分标准，彩云湖总评分标准为65.3，表明彩云湖已经处于富营养化水平，并且从调查优势种来看，蓝藻和绿藻居占较大优势，特别是蓝藻中的颤藻，绿藻中的纤细席藻和衣藻，其主要原因是蓝绿藻生长适宜温度范围较大。
2.2.2 pH 值和浊度重庆市彩云湖 2009 年1 月 ~ 2009 年12 月期间pH 时空变化情况和浊度时空变化情况见。
从可知，彩云湖pH 值全年在7.40~9.50 之间变化，浊度全年在2.90~108.0NTU之间变化。彩云湖在2009 年2 月、3 月、7 月和9 月出现pH 值大于8.5 和浊度大于20NTU，其原因主要这四个月正是藻类大量繁殖的，发生水华的时节，由于藻类的光合作用，消耗水中的CO2，是水中CO2 浓度降低，导致pH 值浓度显著升高;同时藻类大量繁殖悬浮于水中，导致水中浊度显著升高。彩云湖pH 值和浊度都具有垂向分层特点，在水华爆发的时期分层特点更加明显，在秋冬季10、11、12、1 月份分层不是很明显。pH 值随着水深增加逐渐降低，湖底最小，最小值为7.41。浊度随着水深增加逐渐降低，有时会出现底层浊度大于中层浊度现象，主要由于悬浮物浓度的变化在近底层受沉降-再悬浮作用控制，所以会出现高于中层的情况。从全年表层、上层、中层和下层pH 值和浊度变化趋势看，中层和下层变化曲线相对较缓，即中层和下层较稳定，并且pH 值与浊度较小，水源热泵系统取水口位置可考虑设于此附近，可减小对机组的磨损以及堵塞的影响。
2.2.3 CaO 硬度和矿化度对于水源热泵系统而言，含钙盐、镁盐的水会在机组换热管道中结垢，造成机组的污垢热阻增大，影响机组换热效果，严重的情况还会造成水流、汽流堵塞，对管道造受损，影响机组的使用寿命。图10 知，彩云湖CaO 硬度全年在130~203mg/L 之间变化，除2009 年2月份硬度最高出现203/L mg 外，硬度基本上能满足水源热泵系统对水中硬度<200 mg/L 要求。主要原因水中硬度变化与水中pH 值和CO2 浓度变化密切相关。从图11 知，彩云湖矿化度全年在350~550mg/L 之间变化，满足水源热泵系统对水源矿化度<3 g/L 要求。CaO 硬度和矿化度分布规律没有显示出有明显的垂向分层特点，各层间变化不大，同时可以看出彩云湖夏季的矿化度略高于冬季。
3 适宜于重庆市湖库水源热泵系统取水技术分析
3.1 取水构筑物位置选择综上所述，湖库水作为水源热泵系统的冷热源，具有非常大的前景。监测的重庆市彩云湖水温全年变化12~30℃，冬季月平均水温为11~15℃，夏季月平均水温为26~30℃，满足水源热泵系统对水源水温的要求，夏季江水温度较空气温度低，冬季较空气温度高，适合作为水源热泵的冷热源,相比于空气具有更高的能源品质。
由彩云湖水温时空分布特点可知，在夏季水温在垂向上存在明显分层现象，随着水深增加，水温逐渐降低，表层水温和底层之间相差9~11℃，深度在6 米以下时，常年水温均处于25℃以下，根据机组能效COP 随进水温度的变化[14]，进水水温降低，可以显著提高热泵机组的COP，节约能耗。由彩云湖水质时空分布特点可知，pH 值、浊度和叶绿素a 随着水深呈现逐渐降低的规律，且中层和底层全年变化较小，较稳定，都有利于水源机组稳定运行，但底层由于泥沙悬浮作用可能导致浊度增大。
由上分析可知，对于这种较深型的(深度>6m)湖(库)水取水时，取水口设于湖(库)中下层处，夏季可以取到温度较低、冬季水温较为稳定的水，而且出水水质较优，是水源热泵良好的冷热源。对于较浅的(深度<6m)湖(库)水，水温和水质垂向分布不是很明显，取水口应尽量设置在水深较大的区域。对于湖(库)水源热泵系统取水时，取水构筑物位置选择时应注意以下几点。
(1)湖(库)水取水构筑物应设置时应在淤积范围以外，远离入湖污水口、天然湖岸和支流汇入口，尽量抽取湖心区或宽阔水域深层的水。对于水库的取水口设置可尽量靠近大坝的深水区，因为该处水深大，水的浊度小，不易出现淤塞现象[15]。
(2)湖(库)水取水构筑物应避免设在芦苇丛生区及其附近，以防止螺、蚌等软体动物吸入。富营养化湖泊的取水口位置应根据污染发展、底泥淤积和水质变化的预测结果进行确定，离湖岸距离一般宜于设计得长一些。在容易出现湖靛的高藻湖泊中，取水口位置不应设在藻类繁殖季节主导风向下风侧的湖湾和凹岸区。
(3)湖(库)水取水构筑物最底层进水孔下缘距湖、库底部的高度，应根据湖、库底部泥砂沉积和变迁情况等因素确定，但一般不宜小于1.0m;当水深较浅、水质较清，且取水量不大时，其高度可减至0.5m。
(4)湖(库)水取水构筑物设置时还应考虑取水口位置能保证枯水流量满足项目需水要求，在水体功能区划所规定的取水地段，具备施工条件，取水、输水等设施的安全性与方便维护性等。
(5)对于较深型的湖(库)水取水时，可将取水口形式设成支状或网状型的多点式取水方式代替传统的点式取水方式，有条件是还可以设置倒流板，保证水源热泵夏季能够取到深层低温水，冬季取到水温相对稳定的水，以及现有湖(库)水源热泵系统无法持续取到深层水的问题[16]。
3.2 取水方式的选择开式水源热泵系统取水时应根据水体的实际特征，在保证取水安全可靠的前提下，合理的选择取水方式，做到初投资少，水温水质品质高，对环境影响尽量小，最大限度的节能。
对于重庆市湖(库)水源特征，水源热泵系统适宜的取水方式有以下几种。
(1)渗滤取水渗滤取水是利用湖(库)底部的卵石层作为天然过滤器，通过渗透嘴在湖底的硐室内汇集湖水，各硐室内汇集的湖水通过湖底集水隧道、导井送至竖井，然后利用竖井直接供给热泵机组使用，其示意图见图13[17]。其具有取水水质水温品质好、可以省去后续的水处理系统，其取水可靠性高，对环境影响小的特点，但一般初投资高，取水能耗较大，一般在江水源中水厂的取水中常用。对于水源热泵系统取水工程渗滤取水应用时，如果取水经换热后能够二次利用于建筑中的中水系统，渗滤取水技术可行经济效益良好时，其具有推广应用价值，可以达到较好的节能减排效果。
(2)泵车(缆车)取水对于水位变幅比较大的湖(库)，泵车取水方式是根据取水点处地形设置两根导轨和泵车(潜水泵安装在泵车上)，利用导轨安装定位泵车，达到潜水泵直接置于固定取水的目的。
检修、维修时，先关闭支线上的旋切阀，随即拆开波纹管，通过卷扬机沿导轨将泵车拉至检修平台。为避免取水泵车的摆动，在导轨的末端设置车挡，在岸上设置拉环，达到固定取水的要求;为阻止水中的较大悬浮颗粒进入潜水泵，在取水泵车四周装设可开启的细格栅网箱。
泵车取水方式柳州市文吕综合楼空调系统水源热泵取水工程中成功应用[18]，其示意图见图14。
(3)浮船取水浮船取水方式是利用水面上的船体作为取水构筑物，将取水装置安装船体底部，通过摇臂式或阶梯式连接管道将水供给热泵系统。该取水方式取水头部位于船体底部，船体随水位变幅，可以保证取到一定深度的水，供给可靠性高，且可以避免湖(库)水面的藻类等，出水水质较好。但浮船取水的投资较高，若能够利用废钢船或将浮船设置成餐饮娱乐场所，减少初投资，其具有良好的推广应用价值。目前，湖(库)水源热泵运用浮船取水方式的方式已有成功的工程实例[19]。
对于三峡库区成库以后，三峡库区上游段河道呈现出湖(库)的特征，其水位变幅大，冬季与夏季水位相差30m 以上，泵车(缆车)取水方式和浮船取水方式是比较适宜的取水方式。
(4)自流管(虹吸管)式取水自流管(虹吸管)式取水[15]一般采用自流管(虹吸管)把水引到岸边的吸水井内，然后用水泵的吸水管直接从吸水井中抽水，吸水井与泵房可以合建也可以分建，其示意图见图16。该取水方式应用范围广，技术成熟，可适宜重庆市湖(库)水源热泵系统的取水要求。
4 论文代写结论
重庆市彩云湖夏季月平均水温在26~30℃，冬季月平均水温在11~15℃，是一种具有良好品质的冷热源。对于重庆市较深型的湖(库)，夏季水温在垂向上具有明显的分层现象，冬季水温垂向分层不明显，水质基本满足水源热泵机组对水质的要求，其中pH、浊度和叶绿素a 具有垂向分布特征，而硬度和矿化度无明显垂向分布特征，对于重庆市较浅型的湖(库)，水温与水质垂向分布不明显。根据水温、水质时空分布特征，得出湖(库)水取水取水口宜设于湖(库)中下层处。对重庆市湖(库)热泵系统的取水方式可采用渗滤取水、泵车(缆车)取水、浮船取水和自流管(虹吸管)式取水等;实际取水工程应用时应因地制宜，做到初投资少，水温水质品质高，对环境影响尽量小，最大限度的节能。
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