地源海水源熱泵在天津港建筑中的應(yīng)用

天津港（集團(tuán)）有限公司

天津港是我國最大的人工海港，現(xiàn)有陸域面積107km2。港區(qū)分為南疆、北疆、東疆和臨港產(chǎn)業(yè)四個港區(qū)。其中，北疆港區(qū)以集裝箱和件雜貨作業(yè)為主；南疆港區(qū)以干散貨和液體散貨作業(yè)為主；臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)以公用碼頭為主；東疆港區(qū)將建成10km2的保稅港區(qū)，總規(guī)劃面積為33km2。

作為北方的綜合性港口，我們始終堅持可持續(xù)發(fā)展道路，在節(jié)能管理中充分認(rèn)識到節(jié)能減排工作不僅是政府的責(zé)任，也是企業(yè)的重要責(zé)任和歷史使命。我們通過優(yōu)化港口產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，合理配置作業(yè)工藝，調(diào)整用能結(jié)構(gòu)，提高全港能源利用效率。2009年，全港吞吐量達(dá)到3.81億t，能源消耗總量為11.8萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，綜合能源單耗3.72t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬t(按本港吞吐量計算)，較十五末期下降20%，萬元增加值能耗下降25%以上，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 天津港建筑供能現(xiàn)狀及特點

天津港現(xiàn)有辦公建筑面積約80萬m2，每年用于建筑上的能耗為2.7萬t標(biāo)煤，占全港總能耗量的23%左右。由于港區(qū)面積大，辦公建筑普遍存在單體面積相對較小、位置分散，距離集中供熱管網(wǎng)遠(yuǎn)的特點，這給供熱工作帶來很多的困難。傳統(tǒng)的解決方式是，冬季采用小型燃煤或燃油鍋爐進(jìn)行供暖（按公司分區(qū)域解決），夏季采用分體空調(diào)進(jìn)行制冷。

小型燃煤鍋爐污染大、能耗高，隨著國家環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，小型燃煤鍋爐已被禁止使用。燃油鍋爐消耗的是不可再生能源，且存在運行成本高，管理難度大的缺點。因此，尋找節(jié)能環(huán)保的采暖制冷方式解決這些小型分散建筑的供熱制冷問題就成為一項緊迫的任務(wù)。

天津港集團(tuán)歷來高度重視節(jié)能減排工作，早在《天津港節(jié)能工作“十五”規(guī)劃綱要》中確定了：大力推廣應(yīng)用節(jié)能新產(chǎn)品、新技術(shù)，開展太陽能、土壤能、海水能、風(fēng)能等清潔可再生能源的應(yīng)用研究工作的總體思想。為此，我們通過深入細(xì)致的調(diào)研、論證、試驗和推廣，確定了適用于天津地區(qū)地質(zhì)、氣候條件的地源熱泵海水源熱泵可再生能源利用技術(shù)。

2 地源熱泵海水源熱泵技術(shù)簡介

2.1 工作原理和特點

大地是個巨大的蓄能器，地表5米以下深層土壤常年溫度穩(wěn)定，冬暖夏涼，其溫度遠(yuǎn)高于冬季的大氣溫度，低于夏季的大氣溫度。地源熱泵系統(tǒng)正是利用土壤常溫的特點，借助壓縮機(jī)系統(tǒng)，完成制冷（制熱）。在冬季利用熱泵吸收土壤中熱量向建筑物供暖，在夏季熱泵吸收建筑物的熱量向土壤中排放，實現(xiàn)對建筑物供冷。地源熱泵系統(tǒng)由于利用地下的低品位熱能，因而大大提高了供熱和制冷的效率，降低了系統(tǒng)一次能源的消耗。它是一種高效、節(jié)能、冷暖兩用、運行靈活且無污染的可再生能源利用技術(shù)。

海水源熱泵系統(tǒng)，它把海水作為環(huán)境冷熱源，利用其中的低品位熱能，同樣具有節(jié)能減排的特點。

2.2 地源熱泵海水源熱泵技術(shù)的優(yōu)點及局限性

1）地源熱泵海水源熱泵技術(shù)的優(yōu)點突出表現(xiàn)在三個方面：

（1）節(jié)約能源，能源利用效率率高，是傳統(tǒng)方式的3~4倍。即投入1kW的電能可得到4~5kW以上的冷量或熱量。

（2）清潔環(huán)保，它只與土壤（或海水）進(jìn)行能量交換，沒有物質(zhì)交換，所以對周圍環(huán)境沒有污染。

（3）系統(tǒng)使用壽命長，換熱管系統(tǒng)壽命可以達(dá)50年以上。

2）在具有節(jié)能減排的突出優(yōu)點的同時，地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用也受到一定的制約，主要是：

（1）由于需要設(shè)置地埋管換熱器，系統(tǒng)的初投資較常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)稍高，每平方米空調(diào)面積的投資約增加50~100元。

（2）需要一定的土地用于設(shè)置地埋管換熱器，周圍可利用場地有一定要求。當(dāng)然，這些土地在施工完畢后還可以用作綠地或停車場等。

（3）地埋管換熱器冬季從土壤中吸收熱量與夏季向土壤釋放熱量需要大體平衡。因此，土壤源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用有地域上的限制，在北方嚴(yán)寒地區(qū)和南方?jīng)]有供熱需求的地區(qū)其經(jīng)濟(jì)性方面就會受到影響。

（4）與地源熱泵系統(tǒng)不同，海水源熱泵系統(tǒng)主要的技術(shù)障礙是海水對設(shè)備的腐蝕和海洋生物滋生造成在換熱器中的污垢和堵塞。

3 地源熱泵海水源熱泵技術(shù)在我港的應(yīng)用情況

2002年，我們首次在建筑面積為46.5m2的第一港埠公司集裝箱檢查橋處，嘗試應(yīng)用地源熱泵技術(shù)取得了成功，從中積累了一定的使用和管理經(jīng)驗，為此后同類項目的推廣起到了很好的示范效應(yīng)。之后，在2006年，我們在設(shè)施中心船閘處開展海水源熱泵技術(shù)應(yīng)用研究，克服了天津港淤泥質(zhì)海岸泥沙大、以及海水腐蝕等不利因素，在1400多m2建筑上應(yīng)用海水源熱泵，取得了成功。這不僅是天津地區(qū)第一個海水源熱泵工程，也是國內(nèi)首次在淤泥質(zhì)海岸應(yīng)用海水源熱泵技術(shù)的工程。

多年的應(yīng)用實踐證明，地源（海水源）熱泵技術(shù)是一項適用于我港的節(jié)能環(huán)保技術(shù)，并得到了越來越廣泛認(rèn)同。從2002年至今,我們始終遵循實事求是、循序漸進(jìn)的工作思路，穩(wěn)步推進(jìn)地源熱泵和海水源熱泵應(yīng)用工作。

截止目前，全港應(yīng)用面積已達(dá)17萬m2，占全港總建筑面積的20%以上。該技術(shù)在天津港的成功應(yīng)用改變了傳統(tǒng)的港口建筑采暖空調(diào)模式，有效降低了港口建筑采暖空調(diào)的能耗，減少了污染氣體及粉塵的排放，實現(xiàn)了可再生能源的有效利用，為我港合理調(diào)整用能結(jié)構(gòu)，提高以土壤能、海洋能、電能等清潔可再生能源應(yīng)用比重起到了極大的促進(jìn)作用。

“地源（海水源）熱泵節(jié)能項目”2007年獲得交通行業(yè)首批節(jié)能減排示范工程榮譽稱號。國際物流集裝箱驗放中心2.2萬m2建筑上應(yīng)用的地源熱泵項目、東疆港區(qū)郵輪母港客運大廈5.9萬m2建筑上應(yīng)用的海水源熱泵項目還分別獲得天津市財政節(jié)能專項資金獎勵。

這些節(jié)能項目的應(yīng)用，每年可節(jié)約能源1200t標(biāo)煤，節(jié)約運行費用1000多萬元，減少CO2排放3000t，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

推廣利用節(jié)能新技術(shù)新方法是當(dāng)前港口企業(yè)節(jié)能發(fā)展的方向之一。地源熱泵海水源熱泵技術(shù)作為一項可再生能源利用的技術(shù)，是《國家節(jié)能技術(shù)政策大綱》中明確鼓勵推廣的節(jié)能技術(shù)，符合中央提出建設(shè)和諧社會的總體要求。近年來，我們在建筑節(jié)能方面，除了地源熱泵海水源熱泵應(yīng)用外，還在30萬m2辦公建筑上安裝了能量自動監(jiān)控系統(tǒng)，利用發(fā)電余熱對20萬m2建筑進(jìn)行集中供暖改造，并在建筑節(jié)能新材料新技術(shù)推廣上做出了很多有益的嘗試。在有效節(jié)約能源的同時，減少了污染物的排放，保護(hù)了環(huán)境，體現(xiàn)了一個大型國有企業(yè)對社會負(fù)責(zé)任的態(tài)度。

隨著國家能源發(fā)展戰(zhàn)略的確立，人們節(jié)能意識的不斷增強(qiáng)，以地源（海水源）熱泵技術(shù)為代表的清潔可再生能源應(yīng)用必將在港口行業(yè)迎來更廣闊的發(fā)展空間，我們的節(jié)能管理工作必將取得更大的成績！