节能减排示范项目空气源热泵技术在港口中的应用精修订

节能减排示范项目空气源热泵技术在港口中的
应用
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节能减排示范项目——空气源热泵技术在港口中的应用
项目实施单位南通港口集团有限公司
综合点评：南通港是国家一类开放口岸，国家主枢纽港，上海国际航运中心组合港的主要成员。

自改革开放以来，南通港的生产和建设得到了快速发展，2006年迈入亿吨大港行列。

南通港口集团有限公司是江苏省重点物流企业。

为响应国家节能减排的号召，集团坚持实施可持续发展战略，树立科学的发展观，加强节能管理和节能新产品、新技术的推广应用。

加大清洁和可再生能源的利用，尤其是将空气源热泵热水机组应用于职工洗浴，取得了良好的效果，达到了节能减排的目的。

空气源热泵热水机组是利用设备内的吸热介质（冷媒）从空气中采集热能制取热水的装置。

集团根据港口自身的特点，结合当地的气候条件，在对原有燃煤锅炉房及浴室进行技术改造中使用了该装置，并不断扩大使用范围。

在应用和推广空气源热泵热水机组的过程中全面分析、实事求是、由点到面、循序渐进，保证了应用新技术的成效。

南通港地处长江流域，且装卸货品中包括硫磺等散货，腐蚀性较大，在应用空气源热泵热水机组时，对解决机组防腐和融霜等技术难题方面做了一些有益的探索，为全国气候条件相似的港口推广应用空气源热泵热水系统提供了一些可借鉴的经验。

南通港应用空气源热泵热水机组改变了传统的职工洗浴用能模式，有效降低了能耗，减少了污染气体的排放，实现了可再生能源的有效利用，在港口行业起到了带头和示范的作用。

该项目具有较好的经济效益和社会效益，在气候条件相似的地区具有广泛的推广价值。

“空气源热泵技术在港口中的应用”推广材料
——交通部节能减排专家工作组一、概况
南通港地处江苏省南通市境内，东临黄海、南临长江，是长江北翼最临近海域的港口。

南通港是国家一类开放口岸，国家主枢纽港，上海国际航运中心组合港的主要成员。

1982年批准对外国籍船舶开放，现与世界上75个国家和地区的312个港口通航。

南通港海、江、河交汇贯通，交通便利，是理想的物资中转地。

水路与京杭大运河、通吕及通扬运河贯通；陆路与204、318国道、宁通高速、沿海高速公路及苏通大桥连接。

具有百年历史的南通港随着港口新一轮的开发建设，特别是狼山港区三期2座15万吨级深水泊位和通州港区扩建二期工程的相继投产，通过能力得到极大提高，进一步满足客户高效、优质、便捷的服务要求，为南通港迈入亿吨大港提供了保障。

2005年香港保华集团有限公司、南通国有资产投资控股有限公司、国投交通公司共同出资亿人民币实行资产重组，成立中外合资大型港口企业——南通港口集团有限公司。

该港拥有长江岸线4150米；千吨级以上公用生产泊位23座，其中万吨级以上13座，最大靠泊能力为15万吨；堆场面积57万平方米，仓库面积4.5万平方米。

集团公司主要从事港口经营和建设、货物装卸、堆存、客货运代理、理货、港内船舶拖带服务、船舶航修等业务。

近年来集团公司努力塑造服务规范、优质高效的港口形象，先后荣获全国口岸工作先进单位、全国卫生港、全国集装箱运输最佳集疏运港口等荣誉称号。

集团公司领导十分重视节能减排工作，认为这项工作是落实科学发展观的具体体现。

它不仅是国家的要求，更是企业生存和发展的需要，同时也是企业应当承担的社会责任。

因此根据节能法的要求，集团公司成立了相应的领导机构，建立完善了三级节能管理体制，制订了能源消耗考核指标，建立了一套较为完整的统计体系和管理网络，采取相应措施把好能源消耗关。

集团加大对节能工作的资金投入，启动了空气源热泵工程、RTG油改电、装卸机械变频驱动、优化装卸工艺、采用智能化计算机管理系统、港口谐波治理等项目，提高了能源利用率，减少了污染物排放。

集团原来使用6台煤锅炉制备热水，日洗浴人次在2200人次左右。

由于港口作业的连续性和货种的复杂性，码头扬尘大，因此一线职工洗澡用水量大，锅炉耗煤量多，易产生烟尘、二氧化硫、氮氧化物等污染物。

2007年集团对小型燃煤锅炉的替代方案进行了广泛的市场调研，对燃油锅炉、太阳能机组、热水外购和空气源热泵机组四种方案，进行经济性、适应性、环保性等方面的分析。

分
析结果显示：燃油锅炉运行成本高，需配备专业操作人员，安全管理难度大；太阳能机组受当地气候影响较大，具有不稳定性的缺点；热水外购主动性差，运输易损耗；空气源热泵机组虽一次性投资较高，但运行成本低，且不需专人管理，性能稳定、高效、环保，是利用清洁可再生能源的一项新技术，符合国家“节能减排”政策，因此集团决定采用空气源热泵机组替代煤锅炉的方案。

自2008年在姚港港务分公司首次使用以来，取得了良好的节能、环保及社会效益，并将在集团内部进一步推广使用。

二、项目原理及特征
空气源热泵热水机组是利用设备内的吸热介质（冷媒）从空气中采集热能的一种装置。

其制取的热水通过水循环系统送入用户用于热水供应。

机组内专置一种吸热介质——冷媒，它在液化的状态下低于零下20℃，与外界温度存在着温差，因此，冷媒可吸收外界的热能，在蒸发器内部蒸发汽化，通过热泵机组中压缩机的工作提高冷媒的温度，再通过冷凝器使冷媒从汽化状态转化为液化状态，在转化过程中，释放出大量的热量，传递给水箱中的储备水，使水温升高，达到制备热水的目的。

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空气源热泵热水机组具有以下特征：
1.节能：机组在当地使用其能效比（COP）一般在2～6之间，平均可达到3以上，而普通电热水锅炉的能效比（COP）不大于，燃气、燃油锅炉的能效比（COP）一般只有～，燃煤锅炉的能效比
（COP）更低，一般只有～。

因此空气源热泵热水机组较电热水锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉、燃煤锅炉等有更为明显的优势。

2.环保：机组通过吸收环境中的热量来制取热水，所以与传统型的煤、油、气等燃烧加热制取热水方式相比，它利用清洁可再生能源，无燃烧外排物，是一种低能耗的环保产品，具有良好的社会效益。

3.安全：热水系统无传统热水器（燃油、燃气、燃煤）中可能存在的易燃、易爆、中毒、腐蚀等危险，是一种安全的热水系统。

4.维护费用低：机组性能稳定，全自动化智能程序控制，可实现无人操作。

5.全天候运行：机组无论白天、黑夜，不管晴天、阴雨天甚至于下雪天气都能照常工作。

三、实施方案
（一）工程概要
集团从2007年下半年开始，为解决员工洗浴，率先在姚港港务分公司采用6台空气源热泵热水机组为该港区三班职工600人提供洗浴热水。

2009年3月在通州分公司又有7台机组投入使用，为700人提供洗浴热水。

并拟近期内在狼山分公司采用9台机组为900人提供洗浴热水。

（二）具体内容
一期工程主要是对姚港港务分公司原有燃煤锅炉房及浴室进行的技术改造，用6台KRS-960/G-A空气源热泵热水机组替代原有的2台燃煤锅炉。

按照每人80L的用水量提供600人次的洗浴热水。

工程利用原有的热水管线和蓄水箱，增设了循环加热水箱、电辅助加热系统、智能控制系统等。

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图1 循环加热水箱
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当水箱温度探测点探测到低温信号，热泵启动开始循环加热，当加热到设定温度，热泵自动停机。

倒水泵将循环加热水箱中加热至设定温度的水送至原水箱。

倒水泵的启停根据循环加热水箱的水温和原水箱的液位控制。

当循环加热水箱的温度达到设定要求且原水箱的水位低于设定值时，开启倒水泵。

原水箱采用电辅恒温控制，当水箱中的水长时间不用时，水箱会有热损，这时采用电辅助加热对原水箱中的水进行加热。

图2 智能控制系统终端仪表
图3 姚港港务分公司热水系统图
四、关键技术
（一）室外气候条件影响的分析
空气源热泵热水机组利用电能驱动提取大气中的低品味热能，因此室外气温对热泵机组的运行效率影响很大。

室外气温过低，将使得蒸发温度变低，压缩机入口压力降低，工质比容增大，压缩机的吸气量变小，如果仍要求与传统机组同样的冷凝温度，则会导致压缩比过大，压缩机过热，甚至烧坏。

目前市场上的空气源热泵机组的运行低限一般在－10℃左右，大多数机组在－5℃时，机组的COP值已降至以下（而机组的COP值在以下时相对电加热热水器已无优势）。

集团根据南通地区历年气象资料分析，本地区年平均气温15℃左右，每年室外气温低于－5℃的天数不超过15天。

在本地区采用空气源热泵加电辅助加热装置可保证系统全年正常运行。

因此本方案是科学合理的。

（二）解决结霜问题
南通地区滨江临海，室外空气相对湿度大，冬季气温较低时结霜问题不可避免。

本工程采用了PID 专利化霜技术对时间、翅片温度、环境温度三态进行比例积分微分的分析，考察机组在冬季不同环境温度下翅片的变化趋势，进行逻辑运算分析,可以较为准确的判断出机组结霜和化霜的情况。

高效
四通阀化霜，有效解决冬季机组蒸发器结霜封堵使主机“死机”问题，蒸发器选用优质材料，减少结霜概率，保障机组即使在寒冷的冬季照样稳定运行。

（三）防腐
本港区装卸货品包括硫磺，因此机组的防腐处理将很大程度上影响机组的使用寿命。

本项目在机组及相关附件的材料选择上进行了充分考虑。

机组蒸发器的铝翅片采用高氧化铝箔涂层，有效降低了腐蚀。

五、项目成效
（一）节能效益
以2007年数据为例，全集团日均用热水量在180t以上，燃煤锅炉全年耗原煤量为970t（以系数0.7143kg标准煤/kg计算，折成标准煤692t），每吨水的能耗为10.54 kg标准煤。

空气源热泵系统制备每吨热水耗电量为h/t，折合标准煤5.18kg。

计算能源节约率达到50％左右。

以每天制备180t温度55℃的热水计算，该项目全部投入使用后，全年集团在职工浴室热水供应这一项，可节约标准煤352t。

（二）社会效益
空气源热泵热水供应系统项目充分利用清洁能源空气的热量和少量电能，并且热泵机组在运行过程中，没有任何污染物排放，符合国家对能源利用、环保的要求。

该项目实施后，仅一期工程（姚港项目）每年减排烟尘、二氧化硫、氮氧化物。

(按污染物排放系数及污染物排放量计算方法计算，每吨煤烟尘排放量5kg、二氧化硫16kg、氮氧化物7.6kg)。

预期整个项目完成后，每年可减排烟尘、二氧化硫、氮氧化物，减排效果显着。

空气源热泵热水系统大大降低了安全隐患，不需专业操作人员，免去了锅炉年检，司炉工培训等工作。

（三）经济效益
以姚港港务分公司为例，空气源热泵热水系统比改造前燃煤锅炉系统每年节约能源费用约16万，节约人工费约28万。

空气源热泵热水系统一次性投资为80万，其静态投资回收期约为2年。

空气源热泵热水系统的维护成本低，无需专人看守，节约占地空间。

经济效益比较明显。