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1、江水源热泵系统应用中江水温度的变化规律 丁勇贾遵锋 ( 重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆4 0 0 0 4 5 ) 摘要江水温度的分布对江水源热泵空调系统的容量选择、设备配置具有直接影响。研究针对 重庆地区长江和嘉陵江两江的江水温度开展了全年逐月的测试。测试结果表明两江水温全年的温 度分布分别在1 0 4 6 2 5 3 2 和8 9 4 2 9 7 5 ；为了系统分析的方便，通过测试数据，研究对江 水温度的分布规律开展了数学模型的回归分析与验证，所得到的四阶拟合方程的平均计算误差在 1 0 范围内，具有较好的工程应用价值。通过实测与分析的结果，基本掌握了重庆地区两江水的温 度全
2、年分布，为江水源热泵空调系统的应用提供了必要的基础数据。 关键词江水源热泵江水温度实测变化规律 在浅层地热资源热泵系统应用技术中，作为地 表水资源的代表，江水源热泵系统近年来受到了工 程界的关注 1 ，国家也在可再生能源示范应用项目 中予以推广，这一方面是由于江水的资源分布较为 广阔，应用更为便捷；另一方面则是由于江水的热容 量要较一般的水库、湖水的热容量大，而且由于江水 具有流动性，因此不存在冷热堆积的情况，这就使得 江水源热泵系统的应用节能效果更为明显E 2 - 1 2 ，系 统运行对水体几乎不会造成取水水体温度变化，因 而使得机组的能效可维持在相对稳定的较高值。 由于江水具有水体面积大、
3、流量大的特点，因此 江水较之空气源而言具有热容量大、温度波动小的 特点，但与岩土源热泵系统相比，由于江水温度受气 候的影响较大，江水温度又随空气温度的变化存在 较为显著的变化。而在系统的设计中，江水温度直 接影响系统主机的工作能效，从而对系统容量、设备 配置的选择产生影响。因此，在江水源热泵系统的 应用过程中，对于江水温度的掌握是确定系统设计 的根本条件，研究针对重庆的嘉陵江和长江的水体 温度分布情况，开展了数据测试和分析，为江水源热 泵空调系统的设计提供了基础数据。 1 江水温度的测试 江水源热泵系统的江水取水温度是一个既受气 国家自然科学基金项目( 5 0 8 3 8 0 0 9 ，5 0
4、 6 7 8 1 7 9 ) ；“+ 一五”国家 科技支撑重大项目课题( 2 0 0 6 B 舢2 A 0 9 ) ；重庆市重大科技专 项( C 朗。2 0 0 8 船7 1 1 0 ) 。 1 6 6 给水排水V 0 1 3 6N o 92 0 1 0 候影响，又作用于机组运行能效的参数。由于江水 具有流动特性，并且其温度受气候条件和水体热容 量等多因素的影响，因此要从理论上得出水体温度 的分布几乎是不可能的。但是，为了充分了解江水 温度的分布规律，课题组对长江、嘉陵江等水体进行 了全年的不同深度的水温数据测试，测试以月为时 间间隔，每月测试一次，同时记录测点的空气温湿 度、水面空气温湿度、
5、水面温度、水下0 5 9r f l 不同 深度的温度。其中长江选择了朝天门码头、寸滩码 头的水温观测点取样测试；嘉陵江选择了磁器口码 头、朝天门码头、相国寺码头、北碚朝阳码头的水温 观测点取样测试。测试数据见图1 、图2 。 由图2 可见，江水温度除江面温度外，江面以下 0 5 9m 范围内，温度变化甚小，基本可以认为江水 温度不随深度发生变化；从江水温度的逐月变化趋势 可见，江水温度整体呈现冬季低、夏季高的变化趋势。 在实际工程的应用，由于受时间、空间等因素的 限制，不可能随时拥有江水的温度变化规律，但这一 4 - 0m- - I - 0 5 m - 1 m - 3 m 3 5 3 0 2
6、5 芝2 0 簧1 5 1 0 5 O l23 4 567891 0 1 1 1 2 月份 图1 长江水温度分布曲线 万方数据 3 5 3 0 2 5 芝2 0 髫1 5 1 0 5 O m m 图2 嘉陵江水温度分布曲线 变化数据却对系统的节能效果分析至关重要。因 此，在系统应用中，有必要对江水水温的全年变化情 况进行了解。根据前述江水温度的全年变化趋势， 可设想其与空气温度的关联程度。但因江水温度较 空气温度变化具有显著的延迟，江水温度与测试当 日空气温度并无显著的关联度，而与全年温度分布 具有显著关联度，据此，选择藿庆市典型年的逐月温 度分析江水温度与空气温度的关联度，图3 表示由 气象
7、资料获取的重庆地区全年逐月温度平均值 1 3 和江水温度逐月温度实测值的变化趋势。 3 5 3 0 2 5 量z o 赠1 5 l O 5 O 罔3 空气逐月平均温度与江水温度的变化趋势 由图3 可见，空气温度与江水温度的全年变化 具有相同的变化趋势，并且关联度较强。但江水与 空气之间存在复杂的质交换和热交换过程，因此要 严格推导二者之间的变化关系几乎不可能。但为了 揭示江水温度与空气温度之间的关系，根据所测试 得到江水温度和气象资料的空气平均温度，进行了 江水温度与逐月空气平均温度之间建立回归模型的 尝试。 2 江水温度变化规律探索 为了将江水温度与空气温度这两者的变化关联 起来，形成江水温
8、度变化的变化规律，根据图3 中数 据，按照回归分析的方法，研究空气温度变化与江水 温度变化之间的关系，从而寻找两变量之间的变化 关联，寻求经验公式 1 4 3 。 2 1 数据整理 利用对重庆两江沿岸的6 个观测点的水温测试 数据，按流域分长江、嘉陵江两部分分别进行了各月 份水温数据分析，分别整理得到了算术平均值、各测 定值的均方误差、最大可能误差、剔除坏值及算术平 均值的均方误差。以测试得到的嘉陵江2 0 0 8 年1 月份各测点的测试数据为例，计算如下： ( 1 ) 平均值： 弘晋- - - - 8 9 4 2 ( 1 ) ( 2 ) 各测试值的均方误差： 丐- 盯一兰等一2 8 0 5
9、( 2 ) 。、行一1 式中t 。f 某水体某月份第i 个测点歹m 深处的水温。 ( 3 ) 确定最大可能误差。为了计算简便，以 3 仃为最大可能误差，则一个误差出现在3 口之外 的概率只有0 3 。在此，单个数据的最大可能误 差应为3 a = 3 2 8 0 5 - - - - 8 4 1 5 ，将此数据与T 。一瓦i 对比，对大于该值的数据予以剔除。依据上述方法 进行嘉陵江其他月份数据、长江各月份数据的处理， 其整理的结果详见文献E 1 5 。 为便于江水温度变化规律的探索，根据经剔除 坏值后整理得到的两江江水的水温数据，以同一 水体、相同深度为原则，对不同测点的江水温度进 行了再次整理得
10、到各测点的平均水温，以代替各 测点实测水温进行江水温度变化规律的探索。经 对相同流域、相同深度不同测点的江水温度进行 统计计算，得出嘉陵江、长江江水温度的最大标准 偏差分别为0 3 4 、0 8 1 ，相对两江江水温度 较小，由此可见，以各测点的平均水温替代其实际 水温值，既有工程意义，又利于江水温度变化规律 的探索。 2 2 数据方程建立 由于针对的是江水温度的变化规律，而直接引 起其变化的诱因是空气温度，因此，结合实测数据与 气象参数，针对空气温度与江水温度进行了数据的 回归分析。根据回归分析原理，采用最小二乘法分 别对三阶曲线、四阶曲线和五阶曲线进行了回归 分析。 给水排水V 0 1 3
11、 6 N o 92 0 1 01 6 7 万方数据 对于一元非线性回归，回归方程的表达式为： 歹= 口+ 6 1 z + b 2 x 2 + + 6 。z ” ( 3 ) 按最小二乘法计算回归系数a ，b 。，6 2 等时，可依 据式( 3 ) 推导出正规方程组，如式( 4 ) ，计算回归参数。 f y 一撇+ 6 l z + 6 2 z 2 + + 阮 I y x = a y , x - - b 1 z 2 + 6 2 z 3 + + 6 。z 抖1 y x 2 一口z 2 + 6 l z 3 + 6 2 E x 4 + + 6 。E x n + 2 J l y x ”一口+ 6 1 z 玎
12、+ 1 + 6 2 + 2 + + 以z 2 一 ( 4 ) 按式( 4 ) 列出相关方程分别计算出回归系数，再 对回归方程进行相关性检验。 以嘉陵江数据的三阶方程模型为例，分析如下： 令空气温度T a z ，江水温度T s y ，分别计算 出y x 、y x 2 、y x 3 、z 2 、2 7 3 、一、z 5 、z 6 ，并求出各项之和， 其具体计算结果见文献 1 5 3 。 根据文献E 1 5 3 计算结果，求得方程组式( 4 ) 的解为： r a 一4 5 0 08 1 6 l 一一o 0 5 54 l b z 一0 0 8 73 L b 3 一一0 0 0 20 则得到的三阶回归方
13、程为： 歹= 4 5 0 08 一O 0 5 54 z + 0 0 8 73 x 2 - - 0 0 0 20 为了检验方程的显著性，进行了空气温度与江 水温度的相关性检验。计算过程如下： 样本标准差计算： s 穿孔2 4 9 估计量的标准差计算： 李百战;单金龙 重庆地区地表水用于水源热泵空调系统的分析会议论文 2008 2.Ding Y;Li B Z;Liu H Current application of geothermal heat pump system 2006(06) 3.丁勇;李百战;罗庆 重庆市自然资源在改善室内热湿环境中的作用分析期刊论文-重庆大学学报(自然科学版) 20
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