海水源热泵供热技术在我国沿海海域应用适宜性评价方法

我国东临太平洋，大陆海岸线长达18000多公里，有6500多个岛屿和半岛，包括渤海、黄海、东海和南海，海域总面积470多万平方公里。

我国的近海水深大都比较浅，除南海外，其他海区水深只有几十米，为我国沿海地区利用海水源热泵供热供冷提供得天独厚的优势。

众所周知，空气源热泵受室外温度影响大，而以海水作为冷热源时，室外温度对海水温度的影响缓慢，与当地空气的最高和最低温度存在差别，这对热泵的工作非常有利。

在夏季，海水的温度低于室外空气温度，可降低热泵的冷凝温度；在冬季，海水的温度高于室外空气温度，可提高热泵的蒸发温度。

因此，以海水作为冷热源的海水源热泵比空气源热泵节能。

随着海水源热泵技术的发展，防腐、防海生物附着和除砂过滤等技术已相对成熟，随着近年工程实践的摸索,海水取水问题得到合理解决，即采用打海水井提取海水的方式较为科学合理，能够有效解决寒冷地区制约海水源热泵应用的瓶颈。

沿海建筑利用海水源热泵供热供冷具有天然的优势。

因此，当前进行海水源热泵的适宜性研究，有助于推动沿海城市对可再生能源的利用。

海水源热泵供冷运行工况时，我国全程海域水温均适于做冷水机组的冷源，所以，笔者只讨论我国沿海区域海水源热泵供热应用的适宜性。

南海海域均处于海水源空调区，本文不作考虑。

因此，选取渤海、黄海、东海海域的典型代表城市依次为：大连、天津、青岛、上海和温州。

1 海水源热泵应用概况
大连市星海湾海水源热泵供热工程，是国家可再生能源利用的示范项目，规划供热面积200万平方米，热泵设计规模为3台10MW、9台16MW热泵机组，项目总投资6.5亿元，分三期建设。

天津市地处中国华北平原的东北部，西北背枕燕山，东南面临渤海，海岸线长约133公里。

渤海是中国最大的内海，其平均水深只有18米。

海水深度为1～6m的表层面水体，受泥沙、鱼、
根据海域特点选取5个沿海城市，首先从水温、水质和潮差3个海水资源的适宜性方面阐述其差异性，然后结合模拟得到的各城市冬季的COP数值，运用一种新的权重向量确定方法，建立适宜性综合评价模型，从而得出海水源热泵供热技术在5个沿海城市的适宜性排序。

并且初步制定海水源热泵供热技术在我国沿海海域应用适宜性分区标准。

海水源热泵供热技术
在我国沿海海域应用适宜性评价方法
海军工程设计研究院/刘宏昌
华中科技大学环境学院/胡平放
2018年10月
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海草和海藻、水母和海蜇以及其它海生生物高度污染，不宜直接抽取使用。

文章从技术、经济、环境影响3个方面分析海水源热泵在天津的可行性，同时指出，海岸井取水系统通过渗透取水，既利用海水热能，又利用浅层地热能,为在天津沿海推广使用海水源热泵空调系统提供新思路。

青岛市地处胶东半岛，三面环海，海岸线总长为730公里，海水资源极为丰富，具有利用海水源热泵技术的自然条件得天独厚。

青岛属暖温带沿海季风气候，空气湿润，气候温和，雨量较多，四季分明，具有春迟、夏凉、秋爽、冬长的气候特征。

青岛春夏秋冬的海水平均温度分别为14、16、13、3℃。

据研究，当冬季热源水温低于15℃或夏季冷源水温高于35℃时，都将使海水源热泵机组的运行能效大幅度降低，很难达到节能目的。

因此，为保证冬季海水源热泵的性能，必须设置辅助加热装置(可采用太阳能加热器)，使海水进水温度升至15℃以上。

2 海水资源适宜性分析
2.1 水温
12
10
8
6
4
2 0
1
大连青岛
天津上海温州
0.5
2
6
10.5图 1 各城市海域 2 月份海面平均水温（℃）
在冬季，作为低位热源的海水温度越高，越有利于海水源热泵运行，在海水温度低于3℃的时候，考虑到热泵蒸发器侧出口已经接近海水冰点，有保护停机的可能，因此，低于3℃不适宜应用海水源热泵。

故将冬季采暖期内，海水温度高于3℃的小时数作为衡量条件，高于3℃的时间越高，海水资源适宜性条件越好。

图1显示，大连、天津和青岛2月份海面平均水温(亦称海温,即海水表层的温度)均低于3℃，需要加装辅助热源配合海水源热泵进行供热。

图2显示，从水温角度看，青岛海域供暖期海水表面平均温度大于3℃的小时数最高,较利于使用海水源热泵进行冬季供热。

600
500
400
300
200
100
364
大连青岛
天津上海温州
200
502
223240
图2 各城市海域供暖期海面平均水温大于 3℃的小时数（h）
2.2水质
近岸海水一般比较浑浊，其中杂质主要有泥沙、海藻及各种海生动植物。

如果距离生活污水排水口较近，还会有较多大肠杆菌及其它污物和细菌。

泥沙的含量受天气变化影响很大，风平浪静时，海水比较清澈，而在波涛汹涌时，泥沙含量急剧上升，会有很多泥土和污染物被吸进热泵系统，当这些东西粘附在泵体内时，必将增大运动部件间的磨损和密封件的损伤。

海水中的泥沙和污染物沉积在冷凝器和蒸发器管壁上，会降低换热效果。

所以，在有条件的情况下，应尽量利用海岸井取水。

既过滤海水，同时还可以利用部分地下岩土的热量。

从图3中可以看到，上海海域的海水水质较差，主要原因是长江入海口污染较大。

清洁清洁
轻度污染
重度污染
中度污染
大连青岛
天津上海温州
图 3 各城市海域污染程度
2.3 潮差
4
3
2
1
大连青岛
天津上海温州
1.7
2.8
2.5 2.5
3.9
图 4 各城市海域平均潮差（m）
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沿海城市一般是重要的旅游观光胜地，海水源热泵取、排水管道系统设置不合理，会影响沿海一带的风景。

如果潮差太大，取、排水口高度设置不合理，在低潮位时，取水口会吸不上水，或勉强能吸上的海水污泥较多。

所以，潮差太大不利于海水源热泵的取、排水。

3 海水源热泵供热技术应用适宜性评价
有学者研究认为，当海水输送距离超过2km 以上，由于海水输送能耗的增加，海水源热泵将不再具有节能优势。

所以，本文的近海海域限定为海岸线以内2km 范围内的建筑。

因此，引用文献4中的距离海岸线2000m 的海水源热泵供暖期内的系统COP 数值作为适宜性评价指标。

利用文献5中的权重向量的一种新求法，首先建立差异矩阵见图5～
6：
差异向量（3,1.5,0,4.5）加向量（1,1,1,1）得（4,2.5,1,5.5），各分量之和为13，从而得到权重
向量为（0.31,0.19,0.08,0.42）。

综上所述,海水源热泵供热技术在我国沿海海域的适宜性排序依次为：青岛，大连，温州，天津，上海。

由于海水源热泵系统还没有统一的适宜性分区标准，根据以上计算得到的方案层海水源热泵适宜性指标分布情况，初步制定海水源热泵供热技术在我国沿海海域的应用适宜性分区标准，如表1所示,
供读者参考。

图 5 海水源热泵适宜性分布示意
4 结语
综上所述，选定水温、水质、潮差和系统 COP 数值等4个指标作为矩阵元素，赋值于5个选定城市，建立一个5x4的方案差异矩阵，运用一种新的权重向量的确定方法推导出各指标的权重向量，进而得出海水源热泵供热技术在5个沿海城市应用适宜性排序为：青岛、大连、温州、天津和上海，并初步制订了海水源热泵供热技术应用适宜性分区标准，为我国海水源热泵供热技术应用的适宜性评价提供了一种新思路。

本文选
自暖通学会论文集。

参考文献
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