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1.海水源熱泵的概念和工作原理
海水源熱泵技術(shù)是利用地球表面淺層水源(海水)吸收的太陽能和地熱能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,實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。
海水吸收了太陽進入地球的相當?shù)妮椛淠芰浚⑶液K臏囟纫话愣际址(wěn)定。海水源熱泵機組工作原理就是以海水作為提取和儲存能量的基本“源體”,它借助壓縮機系統(tǒng),消耗少量電能,在冬季把存于海水中的低品位能量“取”出來,給建筑物供熱;夏季則把建筑物內(nèi)的能量“取”出來釋放到海水中,以達到調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的目的。這種機組的最大優(yōu)勢在于對資源的高效利用,首先它雖然以海水為“源體”,但不消耗海水,也不對海水造成污染;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。
2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
國外有很多應用海水做熱泵冷熱源的實例。如20世紀70年代初建成的悉尼歌劇院,日本20世紀90年代初建成的大阪南港宇宙廣場區(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踐經(jīng)驗,其中瑞典就是一個典型應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臺供熱能力為30MW/臺熱泵機組組成,1984-1986年調(diào)試完成,投入運行。
我國第一個海水源熱泵項目于2004年在青島發(fā)電廠建成使用。該廠總面積達1871平方米的職工食堂,成為我國第一個供熱不需要煤炭、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,此次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。
日前,經(jīng)過申報和專家評審等程序,大連市被國家選為全國唯一的水源熱泵技術(shù)規(guī)模化應用示范城市,這標志著大連市今后將有望以海水為能源,進行室內(nèi)空氣的冷熱調(diào)節(jié)。
按照國家《建筑節(jié)能實施方案》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、供冷和相關的技術(shù)研發(fā)集成及產(chǎn)業(yè)化。對示范城市的示范項目,國家將提供專項資金,用于補貼70%的增量成本。目前,大連市正積極推進小平島新區(qū)、星海灣商務區(qū)、軟件產(chǎn)業(yè)帶等區(qū)域?qū)嵤┖K疅岜眉夹g(shù)的前期工作。以水源熱泵技術(shù)供熱(制冷)主要是利用大型熱泵對事先抽取的海水進行處理,將其中的熱量提取出來,用于供熱和制冷,并將能量通過城市原有的供熱(制冷)系統(tǒng)輸送到戶,這就完成了原先需要用煤作為燃料才能完成的供熱過程。冬天,大型熱泵可以被用來進行區(qū)域內(nèi)的集中供熱;夏天,大型熱泵依靠類似的原理又可完成以海水為能源的制冷供冷過程。水源熱泵由電力驅(qū)動,由于其發(fā)熱效率為電力消耗的4倍,加上它同時可以制冷,能源轉(zhuǎn)換效率會進一步提高。
3.目前海水源熱泵系統(tǒng)工程應用中存在的問題
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,尤其是熱泵機組的角度上看是相當成熟的。但考慮到中國的國情,以及將海水源熱泵制冷供暖作為一個整體的系統(tǒng)工程來推廣應用時,還存在一些問題:
3.1水源系統(tǒng)方面
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,以指導實際工程上敷設供回水管道。
3.2投資的經(jīng)濟性
由于受到不同地區(qū)、不同用戶及國家能源政策、燃料價格的影響,水源的基本條件不同;一次性投資及運行費用會隨著用戶的不同而有所不同。雖然總體來說,海水源熱泵的運行效率較高。但與傳統(tǒng)的空調(diào)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)濟性會有所不同。尤其是在前端的水源系統(tǒng)方面,海水供回水管道的敷設位置(距海岸距離及距海底深度)及敷設方式(垂直于海流方向及與海流同向)與其在工程投資方面的實際造價之間的經(jīng)濟性問題值得深入研究。
3.3整體系統(tǒng)的設計
海水源熱泵的節(jié)能作為一個系統(tǒng),必須從各個方面考慮,如果水源熱泵機組可以做到利用較小的水流量提供更多的能量,但系統(tǒng)設計對水泵等耗能設備選型不當或控制不當,也會降低系統(tǒng)的節(jié)能效果。同樣,若機組提供了高水溫,但設計的空調(diào)系統(tǒng)的末端未加以相應的考慮,也可能會使整個系統(tǒng)的效果降低,或者使得整個系統(tǒng)的初投資增加。所以,水源熱泵的推廣應用,需要更多的各個專業(yè)各個領域的人來共同努力共同配合,從政府政策、機組的設計制造、系統(tǒng)的設計和運行管理等各個方面來共同考慮。
4.結(jié)束語
海水源熱泵是適應創(chuàng)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的要求而發(fā)展的一種新興集供暖/制冷于一體的空調(diào)系統(tǒng)。在未來的幾年中,中國面臨著巨大的能源壓力。一方面,中國的經(jīng)濟要保持較高速度的增長,另一方面,又必須考慮環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展問題。所以加快中國品牌的海水源熱泵的產(chǎn)業(yè)化研究開發(fā)勢在必行。
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