海水源热泵工程案例

海水源热泵的现状及工程案例

1、国内外研究现状和发展趋势

国外有很多应用海水做热泵冷热源的实例。如20世纪70年代初建成的悉尼歌剧院，日本20世纪90年代初建成的大阪南港宇宙广场区域供热供冷工程，利用海水为23300kW的热泵提供冷热源。北欧诸国在利用海水热源方面具有丰富的实践经验，其中瑞典就是一个典型应用海水源热泵集中供冷/暖的国家。瑞典首都斯德哥尔摩建设了总能力为180MW的世界上最大的海水热泵站，用于区域供热，占城市中心网输送总量的60%。热泵站由6台供热能力为30MW／台热泵机组组成，1984-1986年调试完成，投入运行。

我国第一个海水源热泵项目于2004年在青岛发电厂建成使用。该厂总面积达1871平方米的职工食堂，成为我国第一个供热不需要煤炭、油料，只使用海水提供采暖的建筑。此外，大连市星海假日酒店海水源热泵中央空调工程也已正式启动，此次海水源热泵中央空调将为4万平方米的建筑提供制冷和采暖。

日前，经过申报和专家评审等程序，大连市被国家选为全国唯一的水源热泵技术规模化应用示范城市，这标志着大连市今后将有望以海水为能源，进行室内空气的冷热调节。

日照港青岛千禧龙花园居民小区7.2万平米，冬夏收费标准22元/平方米，青岛的采暖标准30.4元/平方米；青岛海天大酒店周围海水源热泵区域供热供冷站。和瑞典AF公司合作，承担山东路以西约100万平方米的区域供热供冷站作更深一步的可研。小港湾和记黄埔93万平方米已确定用海水源热泵。

2、政策支持

按照国家《建筑节能实施方案》要求，“十一五”期间，示范城市的水源热泵供热、制冷面积要达到500万平方米以上。示范内容包括水源热泵供热、供冷和相关的技术研发集成及产业化。对示范城市的示范项目，国家将提供专项资金，用于补贴70％的增量成本。目前，大连市正积极推进小平岛新区、星海湾商务区、软件产业带等区域实施海水热泵技术的前期工作。以水源热泵技术供热（制冷）主要是利用大型热泵对事先抽取的海水进行处理，将其中的热量提取出来，用于供热和制冷，并将能量通过城市原有的供热（制冷）系统输送到户，这就完

成了原先需要用煤作为燃料才能完成的供热过程。冬天，大型热泵可以被用来进行区域内的集中供热；夏天，大型热泵依靠类似的原理又可完成以海水为能源的制冷供冷过程。水源热泵由电力驱动，由于其发热效率为电力消耗的4倍，加上它同时可以制冷，能源转换效率会进一步提高。

青岛由建设主管部门牵头，会同环保、能源、规划、公共事业、物价等有关职能部门，制订针对企业和用户的相关的引导、扶持和优惠政策，积极推广以海水、土壤、太阳能等清洁能源的大面积使用。同时借助实验基地的建设，国外大型海水源热泵设备的引进，消化吸收大型海水源热泵设备的生产技术。

3. 目前海水源热泵系统工程应用中存在的问题

海水源热泵作为一种新型的制冷供暖方式，从技术的角度，尤其是热泵机组的角度上看是相当成熟的。但考虑到中国的国情，以及将海水源热泵制冷供暖作为一个整体的系统工程来推广应用时，还存在一些问题：

3.1 水源系统方面

水源系统的取水量、取水温度、水质和供水稳定性是影响水源热泵系统运行效果的重要因素。就水源取水这方面来说: 供回水口位置的优化选择问题亟待研究，以指导实际工程上敷设供回水管道。

3.2 投资的经济性

由于受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响，水源的基本条件不同；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同。虽然总体来说，海水源热泵的运行效率较高。但与传统的空调制冷取暖方式相比，在不同地区不同需求的条件下，海水源热泵的投资经济性会有所不同。尤其是在前端的水源系统方面，海水供回水管道的敷设位置（距海岸距离及距海底深度）及敷设方式(垂直于海流方向及与海流同向)与其在工程投资方面的实际造价之间的经济性问题值得深入研究。

3.3 整体系统的设计

海水源热泵的节能作为一个系统，必须从各个方面考虑，如果水源热泵机组可以做到利用较小的水流量提供更多的能量，但系统设计对水泵等耗能设备选型不当或控制不当，也会降低系统的节能效果。同样，若机组提供了高水温，

但设计的空调系统的末端未加以相应的考虑，也可能会使整个系统的效果降低，或者使得整个系统的初投资增加。所以，水源热泵的推广应用，需要更多的各个专业各个领域的人来共同努力共同配合，从政府政策、机组的设计制造、系统的设计和运行管理等各个方面来共同考虑。

3.4 海水源热泵系统形式

3.4.1 分散式海水热泵空调系统

此种海水热泵空调系统的形式如图3所示：所有的海水热泵机组都分散至各用户，室外管网系统只为各用户机组提供所需的海水。

与集中式海水热泵空调系统相比，该系统的热泵机组分散，容量相对较小，初投资会相应增加，机组的COP值也会比集中放置的大型机组的略低，并且各用户仍然要有冷热源机房；但该系统中各用户的热泵机组相对独立，增大了用户的灵活性，如各用户可根据自身的特定需要来调节热泵的进出水温度的高低，或如稍后将提到的可用作水环热泵空调系统的辅助冷热源。

图3 分散式海水热泵空调系统图4 带冷却塔的用户与海

水外网的连接

3.4.1.1 冬季系统运行模式分析

对于冬季只有热负荷的建筑来说，热泵机组按制热工况运行；如果同一建筑内既有热负荷，又有冷负荷，可以考虑在建筑内部采用水环热泵系统以实现节能，此时，海水热泵机组只作为辅助的冷热源设备来调节建筑内部不平衡的冷、热负荷。

3.4.1.2 夏季系统运行模式分析

（1）室外管网中的海水作为循环冷却水，提供给各用户的热泵机组，以制备用户自身需要的冷冻水，虽然此时用户机组的COP值会比集中的大型机组的要略低，但仍然会比用户使用冷却塔时的COP值略高。

（2）各用户仍然保留冷却塔，外网内的海水提供冷却塔的冷却循环水及其补水，如图4所示。

尽管用户仍然使用冷却塔，但海水冷却塔仍然节约了大量的淡水资源，而且只为冷却塔服务的外网内的海水流量要远比用海水直接冷却热泵机组时所需的水量少，因而可以最大限度地降低海水的输送能耗。

3.4.2 双级耦合式海水热泵空调系统

该系统的示意图见图5。此系统的突出特点就是既有集中热泵站，又有分散至各用户的热泵机组，所以也可称之为联合式海水热泵系统。很明显，这样设计会提高系统的初投资，但它有一个最大的优点：当冬季海水的温度过低（如北方寒冷地区的近海水温度接近0℃）时，仍可以完全由此系统为各用户供热（详见下述），而无需额外的辅助热源（鉴于目前的热泵技术，前面的两种系统形式遇到此情形时，须有辅助热源），真正实现单独由海水热泵为建筑提供冷热源。

3.4.2.1 冬季系统运行模式分析

该系统冬季可能会有四种运行模式：

（1）在海水温度很低时（通常此时的室外气温也很低，用户热负荷较大），集中海水热泵站内的一级海水热泵机组制备15~20℃的温水，通过外网输送至各用户，然后每个用户内的二级热泵机组再把水温提升到用户实际所需的温度。（2）当海水温度较高时，可由集中热泵站一次制备各用户可直接用于供热的热水，用户内的热泵机组不工作，此时的工作模式与2.1节的集中海水热泵空调系统的运行模式相同。