【摘要】海水源熱泵技術(shù)在2008年已成功應(yīng)用于青島奧帆中心，取得了明顯的成效。我國大型造船廠都瀕海，有著巨大的海水能開發(fā)利用前景。應(yīng)用海水源熱泵技術(shù)，建造海水源熱泵的空調(diào)、采暖和生活熱水系統(tǒng)，一方面可吸取空壓站冷卻水和海水中的熱量來制熱，同時(shí)可通過排出熱量到海水中來制冷，既節(jié)能又環(huán)保，是船廠節(jié)能的重要發(fā)展方向，本文就海水源熱泵在船廠節(jié)能中的應(yīng)用展開探討。
　　【關(guān)鍵詞】海水源熱泵，船廠節(jié)能，應(yīng)用
　　海水儲(chǔ)存著巨大的天然的自恢復(fù)能力和巨大的低能蘊(yùn)藏量，自平衡能力強(qiáng)，因此可說是大自然饋贈(zèng)的一種綠色、可再生能源，也是能源應(yīng)用的巨大市場(chǎng)。海水溫度相對(duì)穩(wěn)定的作冷熱源，提供制冷、供暖和生活熱水所需的能量。
　　1.水源熱泵的概念和工作原理
　　水源熱泵技術(shù)是利用地球表面淺層水源吸收的太陽能、地?zé)崮芎推渌�能量而形成的低溫低位熱能資源，并采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。
　　水源熱泵機(jī)組工作原理就是以水作為提取和儲(chǔ)存能量的基本“源體”，它借助壓縮機(jī)系統(tǒng)，消耗少量電能，在冬季把存于水中的低品位能量“取”出來，給建筑物供熱；夏季則把建筑物內(nèi)的能量“取”出來釋放到水中，以達(dá)到調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的目的。這種機(jī)組的最大優(yōu)勢(shì)在于對(duì)資源的高效利用，首先它雖然以各種水為“源體”，但不消耗水，也不對(duì)水源造成污染；其次它的熱效率高，消耗1千瓦的電能，可以獲得3千瓦至4千瓦的熱量或冷量，從根本上改變了傳統(tǒng)的能源利用方式。如圖一所示。
　　2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
　　國外有很多應(yīng)用海水做水源熱泵冷熱源的實(shí)例。如20世紀(jì)70年代初建成的悉尼歌劇院，日本20世紀(jì)90年代初建成的大阪南港宇宙廣場(chǎng)區(qū)域供熱供冷工程，利用海水為23300kW的熱泵提供冷熱源。北歐諸國在利用海水熱源方面具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，其中瑞典就是一個(gè)典型應(yīng)用海水源熱泵集中供冷/暖的國家。瑞典首都斯德哥爾摩建設(shè)了總能力為180MW的世界上最大的海水熱泵站，用于區(qū)域供熱，占城市中心網(wǎng)輸送總量的60%。熱泵站由6臺(tái)供熱能力為30MW／臺(tái)熱泵機(jī)組組成，1984-1986年調(diào)試完成，投入運(yùn)行。
　　我國第一個(gè)海水源熱泵項(xiàng)目于2004年在青島發(fā)電廠建成使用。該廠總面積達(dá)1871平方米的職工食堂，成為我國第一個(gè)供熱不需要煤炭、油料，只使用海水提供采暖的建筑。此外，大連市星海假日酒店海水源熱泵中央空調(diào)工程也已正式啟動(dòng)，此項(xiàng)目中海水源熱泵中央空調(diào)將為4萬平方米的建筑提供制冷和采暖，這在國內(nèi)尚屬首例。
　　值得一提的是，青島奧帆基地采用了最新科技的海水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，用冬暖夏涼的海水來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。比如，奧帆基地媒體中心建筑面積為8138平方米，海水源技術(shù)系統(tǒng)建設(shè)共花了576萬元，若采用傳統(tǒng)空調(diào)，則需425萬元，兩相對(duì)比，前者多出150萬元。多花的部分可在運(yùn)行中省下，按目前試運(yùn)行的數(shù)據(jù)，每年可收回投資12萬元，而且產(chǎn)生的環(huán)保節(jié)能效應(yīng)是難以用金錢衡量的。
　　3.海水源熱泵整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
　　根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)以及所帶負(fù)荷類型不同，將水源熱泵系統(tǒng)分為三個(gè)互相獨(dú)立而又相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，分別為：用戶末端系統(tǒng)、水源熱泵系統(tǒng)、水源水系統(tǒng)。
　　
　　4.海水源熱泵在船廠節(jié)能的應(yīng)用分析
　　按照國家《建筑節(jié)能實(shí)施方案》要求，“十一五”期間，示范城市的水源熱泵供熱、制冷面積要達(dá)到500萬平方米以上。示范內(nèi)容包括水源熱泵供熱、供冷和相關(guān)的技術(shù)研發(fā)集成及產(chǎn)業(yè)化。對(duì)示范城市的示范項(xiàng)目，國家將提供專項(xiàng)資金，用于補(bǔ)貼70％的增量成本。
　　海水源熱泵作為一種新型的制冷供暖方式，從技術(shù)的角度，尤其是熱泵機(jī)組的角度上看是相當(dāng)成熟的。清潔節(jié)能是這一技術(shù)的最顯著特點(diǎn)，有條件的船廠可以先期加大投入和建設(shè)的力度。有以下優(yōu)點(diǎn)：一是工業(yè)余熱利用高。隨著我國船廠造船量提高，壓縮空氣的使用也提高很快，一些大型船廠的壓縮空氣消耗總量已經(jīng)達(dá)到2500~3000m3/min。相應(yīng)的電消耗量約為15000kw~18000kw，成為船廠用電的大戶。空壓站的電能消耗約占船廠電能消耗的30~40%，而其中約70%的能量又變成熱量通過冷卻水帶出。船廠空氣壓縮機(jī)站產(chǎn)生的大量32℃-38℃低溫?zé)崴�，若利用水源熱泵技術(shù)，將這些低溫?zé)崴�的能量提取出來，生產(chǎn)成55~65℃熱水，就能解決了船廠的洗浴用水，甚至可以用這些熱水解決其他生產(chǎn)和生活上的熱水源。二是就近使用海水能。可以這么講，海水有取之不盡的能源，因?yàn)楹Ｄ苁强梢匝杆倩謴?fù)的。海水源熱泵技術(shù)，可以在冬季采用空壓機(jī)站的低溫?zé)崴�作熱源，提取高溫�(zé)崴�供暖，夏季則直接用海水作熱源，制取冷水供室內(nèi)制冷。三是高效節(jié)能，運(yùn)行費(fèi)低。海水源熱泵屬于水冷式空調(diào)系統(tǒng)，作為熱源的冷卻水的溫度在冬季也相對(duì)穩(wěn)定，且較一般水源溫度高，是很好的熱泵熱源，使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性，其運(yùn)行費(fèi)用僅為普通中央空調(diào)的50%－60％，與傳統(tǒng)供熱方式相比，海水源熱泵供熱要比電鍋爐供熱節(jié)省三分之二以上的電能，比燃煤鍋爐節(jié)省二分之一以上的能量。四是綠色環(huán)保。過去船廠的空壓機(jī)站產(chǎn)生的大量低溫?zé)崴�，作為廢熱通過冷卻塔排掉，而同時(shí)使用熱水卻要用鍋爐來提供，造成二個(gè)方面的浪費(fèi)和污染。同時(shí)按慣例冬季靠燃油、燃煤取暖，夏季靠電力缺點(diǎn)冷，既污染又占地，還大大增加了各方面的開支。使用海水源熱泵技術(shù)，機(jī)組效率非常高，并且省卻冷卻塔、鍋爐等，又沒有任何污染，兩相對(duì)比，節(jié)能環(huán)保經(jīng)濟(jì)，有著巨大的市場(chǎng)和前景。五是機(jī)組全年運(yùn)行，系統(tǒng)可利用率高。由于海水源系統(tǒng)既可供熱又可制冷，冬夏季采用同一套系統(tǒng)，而且熱泵系統(tǒng)以海水作為冷熱源，可實(shí)現(xiàn)全年運(yùn)行，利用率較高。
　　將海水源熱泵制冷供暖作為一個(gè)整體的系統(tǒng)工程應(yīng)用于船廠節(jié)能方面來推廣應(yīng)用時(shí)，還存在一些問題：一是水源取水優(yōu)化。水源系統(tǒng)的取水量、取水溫度、水質(zhì)和供水穩(wěn)定性是影響水源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行效果的重要因素。就水源取水這方面來說:供回水口位置的優(yōu)化選擇問題亟待研究，以指導(dǎo)實(shí)際工程上敷設(shè)供回水管道，但在這方面，由于船廠本身臨海建造，若在規(guī)劃方案階段就予以考慮，還是比較容易解決。二是前期投入過大。這個(gè)是最關(guān)鍵的問題，海水源熱泵技術(shù)一次性投入較大，與傳統(tǒng)空調(diào)加采暖系統(tǒng)比較，投資額可能達(dá)到1.5~2倍。雖然總體來說，海水源熱泵的運(yùn)行效率較高。但與傳統(tǒng)的制冷取暖方式相比，在不同地區(qū)不同需求的條件下，海水源熱泵的投資經(jīng)濟(jì)性會(huì)有所不同。
　　海水源熱泵在船廠的應(yīng)用已經(jīng)初露端倪了，2008年夏季，青島北海船廠的海水源熱泵系統(tǒng)已開始投運(yùn)，經(jīng)過一年的運(yùn)行，系統(tǒng)安全可靠，節(jié)能效益顯著。今年，大連船舶重工集團(tuán)船務(wù)工程有限公司的修船項(xiàng)目規(guī)劃中也已經(jīng)設(shè)計(jì)了采用海水源熱泵的生活熱水、采暖和空調(diào)系統(tǒng)。
　　船廠靠海，有著取之不盡的海水能，且能耗巨大，相對(duì)經(jīng)濟(jì)實(shí)力雄厚，海水源熱泵技術(shù)在船廠節(jié)能中占盡天時(shí)、地利、人和之因素，值得大力推廣和摸索。
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