某營(yíng)區(qū)海水源熱泵系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與比選分析

龐 治 邦

(中國(guó)人民解放軍91184部隊(duì)，山東 青島 266400)

海洋是一個(gè)儲(chǔ)量巨大、可再生的清潔能源庫，進(jìn)入海洋中的太陽輻射能大部分以熱能的形式儲(chǔ)存在海水中，而且海水的單位體積熱容又比較大[1]。隨著熱泵技術(shù)的發(fā)展以及國(guó)家對(duì)清潔能源的重視支持，將海水作為熱源和冷源代替?zhèn)鹘y(tǒng)化學(xué)能、電能的鍋爐和制冷機(jī)進(jìn)行區(qū)域性供熱和制冷，成為利用新能源的實(shí)用方式之一。

某些營(yíng)區(qū)駐地位置較為偏僻，市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對(duì)滯后，冬季供暖主要依靠本單位的燃煤或燃?xì)忮仩t，運(yùn)行成本較高，供暖效果難以保證。而營(yíng)區(qū)緊靠大海，可充分利用海洋取之不盡的冷熱可再生資源，節(jié)省運(yùn)行成本、改善生活條件。

1 工程概況、系統(tǒng)原理及工藝流程

1.1 工程概況

某營(yíng)區(qū)瀕臨黃海，屬暖溫帶沿海季風(fēng)氣候，冬季海水(水面以下5 m處)在1月15日～1月31日，其溫度不僅高于空氣溫度而且相當(dāng)穩(wěn)定。當(dāng)空氣溫度-6 ℃，海水溫度在6 ℃左右。在夏季7月16日～8月23日，海水溫度變化范圍不大，在20 ℃～25 ℃范圍內(nèi)，東海南海沿海岸夏季水溫在27 ℃～28 ℃。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，冷熱負(fù)荷相差不大，適合應(yīng)用海水源熱泵[2,3]。

營(yíng)區(qū)緊鄰大海，總建筑面積約為15 700 m2，共23座單體，建筑分布較分散。目前，冬季采用燃煤鍋爐供暖，鍋爐型號(hào)為：DZL28-0.7/95/70-Aii，制熱量為2.8 MW，實(shí)際進(jìn)出水溫度為65 ℃～40 ℃。計(jì)劃采用海水源熱泵系統(tǒng)替代原有燃煤鍋爐為基地建筑冬季供熱。

1.2 系統(tǒng)工作原理

海水源熱泵系統(tǒng)是利用海洋吸收太陽能而形成的低位能量資源，利用熱泵原理，消耗少量電能，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)化的技術(shù)。在冬季把儲(chǔ)存在海水中的低位熱能 “提取”出來，為用戶供熱。其能量流動(dòng)是利用熱泵機(jī)組所消耗能量(電能)吸取的全部熱能(即電能+吸收的熱能)一起排輸至高溫?zé)嵩矗渌哪芰孔饔玫氖鞘菇橘|(zhì)壓縮至高溫高壓狀態(tài)，從而達(dá)到吸收低溫?zé)嵩粗袩崮艿淖饔谩?/p>

1.3 工藝流程

該項(xiàng)目的冷熱源為海水，無法達(dá)到直入熱泵機(jī)組的要求，因此該能源站采用間接式換熱方式，采用間接式水源熱泵系統(tǒng)，海水先將熱量傳遞給清潔水(起中介導(dǎo)熱作用，又稱中介水)，中介水再進(jìn)入熱泵機(jī)組進(jìn)行冷熱量轉(zhuǎn)換。

2 方案設(shè)計(jì)

本方案設(shè)計(jì)采用海水源熱泵系統(tǒng)為項(xiàng)目建筑冬季供熱，供應(yīng)日常生活熱水。

海水源熱泵機(jī)房沿用原鍋爐房，該鍋爐房建筑面積約為180 m2，機(jī)房緊鄰海邊，海水低潮時(shí)海平面距機(jī)房不超過100 m，高差不超過6 m，具備引用海水作為熱泵低溫?zé)嵩吹膶?shí)施條件。

海水源熱泵機(jī)房建設(shè)設(shè)計(jì)方案根據(jù)需求不同共可分為兩套方案。方案一(單供熱系統(tǒng))：采用海水源熱泵系統(tǒng)替代現(xiàn)有鍋爐，為營(yíng)區(qū)建筑集中供熱，末端系統(tǒng)沿用現(xiàn)有鋼制散熱器。方案二(單供熱系統(tǒng)+生活熱水)：采用海水源熱泵系統(tǒng)替代現(xiàn)有鍋爐，為營(yíng)區(qū)建筑集中供熱，末端系統(tǒng)沿用現(xiàn)有鋼制散熱器，并增加一套生活熱水循環(huán)系統(tǒng)，以海水源熱泵作為熱源。

3 設(shè)備選型與初投資

岸邊取水點(diǎn)到海水取水管線、熱泵站及其配套設(shè)施，兩種方案的設(shè)備選型和投資估算具體數(shù)據(jù)見表1，表2。

表1 方案一的設(shè)備選型和投資估算表

表2 方案二的設(shè)備選型和投資估算表

4 運(yùn)行費(fèi)用估算

熱泵系統(tǒng)的年耗電費(fèi)用按照滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間法來計(jì)算，冬季當(dāng)量滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間為1 680 h。主要設(shè)備耗電量計(jì)算表見表3，設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用估算表見表4。

表3 主要設(shè)備耗電量計(jì)算表

表4 設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用估算表 萬元

5 經(jīng)濟(jì)性分析

通過表5分析可知，熱泵系統(tǒng)的初期投資較大，且系統(tǒng)越復(fù)雜初期投資越高。根據(jù)年節(jié)省費(fèi)用和靜態(tài)投資回報(bào)分析，綜合考慮方案二海水源熱泵供熱+生活熱水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性最高。

表5 各方案費(fèi)用估算及經(jīng)濟(jì)性分析

6 結(jié)語

1)利用海水源熱泵技術(shù)為冬季供熱，降低運(yùn)行成本，有利于在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后的臨海營(yíng)區(qū)推廣。2)海水源熱泵相比燃煤鍋爐供熱，初期投資較高，但在能源可持續(xù)利用、能源利用率、環(huán)保等方面具有優(yōu)勢(shì)。政府如能給予一定的政策扶持，比如電價(jià)按民用電價(jià)收取等政策，運(yùn)行成本會(huì)大大降低。把海水作為熱源，可以說是取之不盡用之不竭的，海水源熱泵技術(shù)對(duì)無市政集中供暖的分散臨海營(yíng)區(qū)具有很好的實(shí)際意義和廣闊的應(yīng)用前景。