海水源热泵系统夏季工况实测及相关问题分析

海水源热泵系统夏季工况实测及相关问题分析
康熙;康侍民
【摘要】对青岛地区某海水源热泵夏季工况的机组制冷性能系数、系统能效比进
行实测计算.测试期平均制冷性能系数为5.2,平均能效比为2.3,能效比偏低的原因
为系统存在小温差、大流量运行.对海水源热泵应用中有待解决的问题进行了探讨.【期刊名称】《煤气与热力》
【年(卷),期】2013(033)005
【总页数】3页(P6-7,14)
【关键词】海水源热泵;制冷性能系数;能效比
【作者】康熙;康侍民
【作者单位】重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆400045;重庆大学城市建设
与环境工程学院,重庆400045
【正文语种】中文
【中图分类】TU995
一定深度的海水温度受大气温度影响小，全年较为稳定，是比较理想的热泵冷热源。

近年来，海水源热泵技术在我国得到应用［1－3］，大连、天津、青岛等试点城
市正在大力发展海水源热泵。

但海水的腐蚀性及海水热泵对海水热污染等问题，限制了海水源热泵的推广［4］。

本文对青岛某海水源热泵系统夏季运行工况进行实测分析，对海水源热泵应用中有待解决的问题进行探讨。

1 基本情况
① 工程概况
青岛某海水源热泵示范项目空调面积为11.9×104m2，主要包括会所、四星级酒店及酒店式公寓。

其中，酒店式公寓采用4台螺杆式压缩机海水源热泵机组，额定制冷量为970 kW，额定输入功率为192 kW，夏季冷水供、回水温度为7、12℃。

测试针对夏季工况酒店式公寓的2号热泵机组。

夏季工况海水源热泵系统流程见图1。

② 海域情况
海水取水区域位于薛家岛与灵山卫间的唐岛湾。

唐岛湾为浅海湾，海底为大面积滩涂和淤泥，因此无法采用沙层渗透及深水取水，只能采用浅表层水。

该海域基本特征为:波浪:唐岛湾为倒U形湾，由于通道缩窄和唐岛湾遮掩，湾内波高较小，在7级大风时，湾内波高一般为1.5 m。

潮汐:属正规半日潮。

潮流:该海域潮流基本为往复流型，最大流速方向与海岸线平行。

水温:夏季平均水温约22℃，冬季平均水温约5℃。

图1 夏季工况海水源热泵系统流程
③ 测量对象
测量对象包括冷凝器海水流量及进出水温度、蒸发器冷水流量及进出水温度、热泵机组耗电功率、海水循环泵耗电功率、冷水循环泵耗电功率、室内外空气温湿度。

2010年8月31日对以上参数进行了实测。

2 海水源热泵系统运行状况分析
热泵机组瞬时制冷性能系数ICOP的计算式为:
式中 ICOP——热泵机组的瞬时制冷性能系数
Φ——热泵机组的瞬时制冷量，kW
P1——热泵机组的瞬时耗电功率，kW
热泵系统瞬时能效比IEER的计算式为:
式中 IEER——热泵系统的瞬时能效比
P2——海水循环泵瞬时耗电功率，kW
P3——冷水循环泵瞬时耗电功率，kW
测试日室外干球温度为28℃、相对湿度为74%，当地夏季空调室外计算干球温度为29℃，相对湿度为79%，因此测试日可视为典型运行日。

由实测数据计算得到的，ICOP、IEER随测试时间的变化见图2、3。

由图2、3 可知 ICOP最小值约4.9，最大值约6.0，平均值约 5.2;IEER最小值约 2.1，最大值约2.6，平均值约
2.3，且二者具有类似的变化趋势。

图2 ICOP随测试时间的变化
图3 IEER随测试时间的变化
由测试日冷凝器、蒸发器进出水温度的实测结果可知，冷凝器海水进水温度变化范围为30.3～30.9℃，平均温度为30.6℃;海水出水温度变化范围为31.8～32.6 ℃，平均温度为32.2 ℃。

蒸发器冷水进水温度变化范围为9.2～10.1℃，平均温度为9.7℃;冷水出水温度变化范围为7.9～8.8℃，平均温度为8.4℃。

由实测数据可知，海水、冷水的进出水温差均较小，结合海水、冷水循环泵流量实测数据，可判定热泵系统存在小温差、大流量运行，这是造成热泵系统能效比较低的主要原因。

在测试中，实测了412房间、420房间、1013房间、2109房间的室内温度。

室
内温度随测试时间的变化见图4。

由图4可知，4个房间的平均温度分别为24.5、25.1、22.3、24.0 ℃，满足空调房间室内设计温度(24～28℃)要求。

图4 室内温度随测试时间的变化
3 相关问题分析
① 海水特性分析
海水特性主要包括温度、盐度、密度、比热容、腐蚀等性质［5］。

不同海域海水温度差异较大，同一海域不同深度的海水温度也不同，适宜的海水温度是提高热泵性能的关键。

海水是自然界中腐蚀性较强的一种天然电解质溶液，大多数常用金属和合金在海水中会遭到不同程度的腐蚀。

目前，对于海水防腐问题国内外均有较成熟的经验，ABS工程塑料管、PVC塑料管、PP管及聚酯玻璃钢管已被广泛应用在海水利用工程中。

因此，海水的特性分析对海水源热泵系统的设计和运行管理具有重要意义。

② 输配能耗
海水输配形式、循环泵配置、管网布置等决定了热泵系统的输配能耗，从而影响海水源热泵的节能效果［6］。

海水输配管道越长，高差越大，流量越大，输配系统的能耗越高，热泵系统的能效比越低。

当海水输配系统能耗达到一定比例时，海水源热泵系统不再具有优势。

③ 海水热污染
海水源热泵造成的热污染是影响该技术大规模推广的关键技术问题［7］。

对于采用海水源热泵的海域，如果海水与外界环境直接相通，换热条件好，从长期运行来看，一般可以消除季节性热不平衡。

但海水能提供或容纳的热量也是有限的，在夏季，若向海水中排放过多的热量，易导致水体温度上升使得热泵系统的能效比大幅下降，也易破坏水体生态环境。

在冬季，若从海水中吸收过多的热量，易导致海水温度下降甚至结冰。

因此，海水源热泵对海水的热污染不仅会对热泵系统的运行造成影响，甚至会对生态系统造成破坏。

4 结论
对于该海水源热泵工程，夏季工况可满足室内设计温度，但热泵系统能效比较低，主要原因是系统存在小温差、大流量的运行方式。

目前，国内海水热泵空调的研究
工作尚处于起步阶段，很多技术问题还需要进一步研究。

参考文献:
［1］李金伟.海水源热泵特性分析及其在青岛地区的应用［J］.煤气与热力，2011，31(3):A07 －A11.
［2］赵麒，谭羽飞.吸收式海水源热泵系统工程设计优化研究［J］.煤气与热力，2011，31(10):A08－A11.
［3］邢秀强，王海英.海水源、地源热泵在青岛应用的可行性［J］.煤气与热力，2007，27(7):69－72.
［4］郭振江，钟晓辉，谷民安，等.海水源热泵系统的节能研究［J］.上海电力学
院学报，2010，26(4):331－334.
［5］乔木.海水源制冷热泵系统的理论与实验研究(硕士学位论文)［D］.天津:天
津科技大学，2006:36－54.
［6］白雪莲，张言军，王厚华.地表水水源热泵输配系统系统优化模型的研究［J］.热能与动力工程，2010，25(3):335－339.
［7］宋应乾，马宏权，范蕊，等.地表水源热泵系统的水体热污染问题分析［J］.
建筑热能通风工程，2011，30(3):50－54.。