地源海水源熱泵在天津港建筑中的應用

天津港（集團）有限公司

天津港是我國最大的人工海港，現有陸域面積107km2。港區分為南疆、北疆、東疆和臨港產業四個港區。其中，北疆港區以集裝箱和件雜貨作業為主；南疆港區以干散貨和液體散貨作業為主；臨港產業區以公用碼頭為主；東疆港區將建成10km2的保稅港區，總規劃面積為33km2。

作為北方的綜合性港口，我們始終堅持可持續發展道路，在節能管理中充分認識到節能減排工作不僅是政府的責任，也是企業的重要責任和歷史使命。我們通過優化港口產業結構，合理配置作業工藝，調整用能結構，提高全港能源利用效率。2009年，全港吞吐量達到3.81億t，能源消耗總量為11.8萬t標準煤，綜合能源單耗3.72t標準煤/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，取得了顯著的經濟效益和社會效益。

1 天津港建筑供能現狀及特點

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

小型燃煤鍋爐污染大、能耗高，隨著國家環保要求越來越嚴格，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，尋找節能環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。

天津港集團歷來高度重視節能減排工作，早在《天津港節能工作“十五”規劃綱要》中確定了：大力推廣應用節能新產品、新技術，開展太陽能、土壤能、海水能、風能等清潔可再生能源的應用研究工作的總體思想。為此，我們通過深入細致的調研、論證、試驗和推廣，確定了適用于天津地區地質、氣候條件的地源熱泵海水源熱泵可再生能源利用技術。

2 地源熱泵海水源熱泵技術簡介

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定，冬暖夏涼，其溫度遠高于冬季的大氣溫度，低于夏季的大氣溫度。地源熱泵系統正是利用土壤常溫的特點，借助壓縮機系統，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，實現對建筑物供冷。地源熱泵系統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，降低了系統一次能源的消耗。它是一種高效、節能、冷暖兩用、運行靈活且無污染的可再生能源利用技術。

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

2.2 地源熱泵海水源熱泵技術的優點及局限性

1）地源熱泵海水源熱泵技術的優點突出表現在三個方面：

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

（2）清潔環保，它只與土壤（或海水）進行能量交換，沒有物質交換，所以對周圍環境沒有污染。

（3）系統使用壽命長，換熱管系統壽命可以達50年以上。

2）在具有節能減排的突出優點的同時，地源熱泵系統應用也受到一定的制約，主要是：

（1）由于需要設置地埋管換熱器，系統的初投資較常規空調系統稍高，每平方米空調面積的投資約增加50~100元。

（2）需要一定的土地用于設置地埋管換熱器，周圍可利用場地有一定要求。當然，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，土壤源熱泵系統的應用有地域上的限制，在北方嚴寒地區和南方沒有供熱需求的地區其經濟性方面就會受到影響。

（4）與地源熱泵系統不同，海水源熱泵系統主要的技術障礙是海水對設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在我港的應用情況

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，嘗試應用地源熱泵技術取得了成功，從中積累了一定的使用和管理經驗，為此后同類項目的推廣起到了很好的示范效應。之后，在2006年，我們在設施中心船閘處開展海水源熱泵技術應用研究，克服了天津港淤泥質海岸泥沙大、以及海水腐蝕等不利因素，在1400多m2建筑上應用海水源熱泵，取得了成功。這不僅是天津地區第一個海水源熱泵工程，也是國內首次在淤泥質海岸應用海水源熱泵技術的工程。

多年的應用實踐證明，地源（海水源）熱泵技術是一項適用于我港的節能環保技術，并得到了越來越廣泛認同。從2002年至今,我們始終遵循實事求是、循序漸進的工作思路，穩步推進地源熱泵和海水源熱泵應用工作。

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

“地源（海水源）熱泵節能項目”2007年獲得交通行業首批節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建筑上應用的地源熱泵項目、東疆港區郵輪母港客運大廈5.9萬m2建筑上應用的海水源熱泵項目還分別獲得天津市財政節能專項資金獎勵。

這些節能項目的應用，每年可節約能源1200t標煤，節約運行費用1000多萬元，減少CO2排放3000t，取得了明顯的經濟和社會效益。

推廣利用節能新技術新方法是當前港口企業節能發展的方向之一。地源熱泵海水源熱泵技術作為一項可再生能源利用的技術，是《國家節能技術政策大綱》中明確鼓勵推廣的節能技術，符合中央提出建設和諧社會的總體要求。近年來，我們在建筑節能方面，除了地源熱泵海水源熱泵應用外，還在30萬m2辦公建筑上安裝了能量自動監控系統，利用發電余熱對20萬m2建筑進行集中供暖改造，并在建筑節能新材料新技術推廣上做出了很多有益的嘗試。在有效節約能源的同時，減少了污染物的排放，保護了環境，體現了一個大型國有企業對社會負責任的態度。

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