海水源熱泵系統和海水提取利用形式的對比分析

牟俊豪 王欣

青島能源設計研究院有限公司 山東青島 266000

海水源熱泵是以淺層海水作為熱源，并對其能量進行轉換的熱能供應系統。海水源熱泵技術的研究與應用在國外主要集中在歐洲中、北部地區；國內近些年對海水源熱泵的研究蓬勃開展，在青島、大連、天津等地也做出了較多成功的嘗試[1]。有效對比熱泵系統和主要工藝的優勢與不足，是因地制宜合理利用海水源熱泵的基礎。

1 海水源熱泵系統比較

1.1 集中式熱泵系統

大型的熱泵機組布置在一個集中式熱泵站內，熱量和冷量通過換熱站送到末端建筑。海水水源由水泵直接送入熱泵機組，水源流經熱泵機組的蒸發器，放熱后集中排放。

集中式熱泵系統特點：①可根據實際在滿足需要的基礎上合理配置總裝機容量，降低初投資；②大型機組的COP較高，能夠提升系統的工作效率，具有節能優勢；③集中布置、節省用地；利于規模化噪聲處理，環保性能突出；④集中運維管理，保障機組運行可靠，提升安全性；但同時，集中式系統的靈活性較差，系統運行調節相對復雜。

1.2 分散式熱泵系統

海水水源由管道輸送至各分項區域熱泵站或單體建筑內，經熱泵后將熱量或冷量傳遞至用戶側系統循環水，并送至末端建筑，出熱泵機組的海水就近排入雨水系統。

分散式系統的特點：

①可以結合分區末端設施確定系統參數，降低熱泵出口參數要求，機組分散；②熱泵機組調節控制方便，靈活性大；用戶可根據特定需要調節進出水溫度；

同時，分散式系統由于各區域分設熱泵站，總體負荷無法調配，設備配置總負荷能力需加大；系統缺乏事故保障，安全隱患較大[2]。熱泵機組用電負荷高，住宅小區供電困難。熱泵機組噪音大，熱泵站選址困難。

2 海水源熱泵的海水提取利用形式比較

2.1 直接抽取海水換熱

此形式包括兩個子模式，一是直接抽取海水后通過海水防腐換熱器與中間充滿低凝固點換熱媒介的中間循環系統換熱，作為海水源熱泵機組的熱源。二是直接抽取海水進熱泵機組，海水直接進入機組蒸發器或冷凝器，取消中間換熱的環節。

優點主要包括：冬季海水表面溫度較低，深水溫度相對較高，可直接從深水處抽取海水，輸送能耗降低，機組效率提升。且比較方便，造價較低，前期海水源較多采用此方式。

缺點主要包括：海水具有強烈的腐蝕作用，需要加裝有強耐腐蝕性材質制成的換熱器，但耐腐蝕性強的鈦合金不銹鋼換熱機組造價高昂，初投資高，并且運行效率較低。

2.2 直接放管換熱

此形式與土壤源熱泵的地埋管換熱類似，將換熱盤管直接鋪設到海底，管道成為熱交換器，管內充注凝固點較低的介質形成閉式循環與海水換熱后作為海水源熱泵的熱源。

優點主要包括：一是海水與熱泵設備不直接接觸，熱泵系統的換熱器不必選用耐腐材質或進行防腐處理，換熱器的選型范圍大大增加；二是熱泵系統為閉式，可省去抽取海水到熱泵機組這一過程，所“額外”消耗的電能，耗電量降低；三是盤管內介質可保持單一、純凈，適于長期安全穩定運行。

缺點主要包括：一是冬天海水溫度較低，高密度聚乙烯塑料管換熱效率較低，熱泵所獲取的熱量有限；二是盤管鋪設投資大、占地面積廣，環繞較長，管內介質的流動阻力大；三是對水下盤管的定置有要求，若盤管分布的海域有捕魚、打撈、船舶停靠等有人類活動的情況，可能會對管道造成破壞[3]。四是盤管造價較高，在海水中發生破損時，不易被發現，即使發現破損情況存在，也很難排查漏點，維修維護難度大。

2.3 在近海沙灘打井取水換熱

利用海洋沿岸附近地下土壤等介質的滲透性，通過打井的方式得到海水與地下水的混合水源，直接進入熱泵機組。海岸井取水系統通過滲透取水，既利用海水熱能，又利用淺層地熱能，而且海水也得到了過濾和凈化。

優點主要包括：冬天，獲取的海水溫度較高、穩定，相比前兩種方式，對供熱比較有優勢，熱泵效率也隨之提高；而且海水清潔度高，不必添加藥劑，對海水水質沒有影響，此方式是目前海水源利用的發展方向。

缺點主要包括：該形式需要打井，前期地質勘測，分析計算比較繁瑣，取水井和回水井一般要同時考慮，打井費用相對較高，整體造價相較高。

3 結語

海水源熱泵技術成熟可靠、節能高效環保，應予大力支持和推廣應用。其系統及主要工藝形式的選擇，應當根據實際的地形地貌、水文條件、社會環境和生產生活所需等因素合理確定，才能有效提高海水源熱泵的實際利用成效。