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海水源热泵的研究现状和发展趋势


1.海水源热泵的概念和工作原理 
    海水源热泵技术是利用地球表面浅层水源(海水)吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源,并采用热泵原理,通过少量的高位电能输入,实现低位热能向高位热能转移的一种技术。 
    海水吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量,并且海水的温度一般都十分稳定。海水源热泵机组工作原理就是以海水作为提取和储存能量的基本“源体”,它借助压缩机系统,消耗少量电能,在冬季把存于海水中的低品位能量“取”出来,给建筑物供热;夏季则把建筑物内的能量“取”出来释放到海水中,以达到调节室内温度的目的。这种机组的最大优势在于对资源的高效利用,首先它虽然以海水为“源体”,但不消耗海水,也不对海水造成污染;其次它的热效率高,消耗1千瓦的电能,可以获得3千瓦至4千瓦的热量或冷量,从根本上改变了传统的能源利用方式。 
    2.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,这在国内尚属首例。 
    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。 
    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。 
    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。 
    4.结束语 
    海水源热泵是适应创建资源节约型、环境友好型社会的要求而发展的一种新兴集供暖/制冷于一体的空调系统。在未来的几年中,中国面临着巨大的能源压力。一方面,中国的经济要保持较高速度的增长,另一方面,又必须考虑环保和可持续发展问题。所以加快中国品牌的海水源热泵的产业化研究开发势在必行。
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