某營區海水源熱泵系統方案設計與比選分析

龐 治 邦

(中國人民解放軍91184部隊，山東 青島 266400)

海洋是一個儲量巨大、可再生的清潔能源庫，進入海洋中的太陽輻射能大部分以熱能的形式儲存在海水中，而且海水的單位體積熱容又比較大[1]。隨著熱泵技術的發展以及國家對清潔能源的重視支持，將海水作為熱源和冷源代替傳統化學能、電能的鍋爐和制冷機進行區域性供熱和制冷，成為利用新能源的實用方式之一。

某些營區駐地位置較為偏僻，市政基礎設施建設相對滯后，冬季供暖主要依靠本單位的燃煤或燃氣鍋爐，運行成本較高，供暖效果難以保證。而營區緊靠大海，可充分利用海洋取之不盡的冷熱可再生資源，節省運行成本、改善生活條件。

1 工程概況、系統原理及工藝流程

1.1 工程概況

某營區瀕臨黃海，屬暖溫帶沿海季風氣候，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穩定。當空氣溫度-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，東海南海沿海岸夏季水溫在27 ℃～28 ℃。根據當地的氣候條件，冷熱負荷相差不大，適合應用海水源熱泵[2,3]。

營區緊鄰大海，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，鍋爐型號為：DZL28-0.7/95/70-Aii，制熱量為2.8 MW，實際進出水溫度為65 ℃～40 ℃。計劃采用海水源熱泵系統替代原有燃煤鍋爐為基地建筑冬季供熱。

1.2 系統工作原理

海水源熱泵系統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，實現低位熱能向高位熱能轉化的技術。在冬季把儲存在海水中的低位熱能 “提取”出來，為用戶供熱。其能量流動是利用熱泵機組所消耗能量(電能)吸取的全部熱能(即電能+吸收的熱能)一起排輸至高溫熱源，而其所消耗能量作用的是使介質壓縮至高溫高壓狀態，從而達到吸收低溫熱源中熱能的作用。

1.3 工藝流程

該項目的冷熱源為海水，無法達到直入熱泵機組的要求，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，海水先將熱量傳遞給清潔水(起中介導熱作用，又稱中介水)，中介水再進入熱泵機組進行冷熱量轉換。

2 方案設計

本方案設計采用海水源熱泵系統為項目建筑冬季供熱，供應日常生活熱水。

海水源熱泵機房沿用原鍋爐房，該鍋爐房建筑面積約為180 m2，機房緊鄰海邊，海水低潮時海平面距機房不超過100 m，高差不超過6 m，具備引用海水作為熱泵低溫熱源的實施條件。

海水源熱泵機房建設設計方案根據需求不同共可分為兩套方案。方案一(單供熱系統)：采用海水源熱泵系統替代現有鍋爐，為營區建筑集中供熱，末端系統沿用現有鋼制散熱器。方案二(單供熱系統+生活熱水)：采用海水源熱泵系統替代現有鍋爐，為營區建筑集中供熱，末端系統沿用現有鋼制散熱器，并增加一套生活熱水循環系統，以海水源熱泵作為熱源。

3 設備選型與初投資

岸邊取水點到海水取水管線、熱泵站及其配套設施，兩種方案的設備選型和投資估算具體數據見表1，表2。

表1 方案一的設備選型和投資估算表

表2 方案二的設備選型和投資估算表

4 運行費用估算

熱泵系統的年耗電費用按照滿負荷運行時間法來計算，冬季當量滿負荷運行時間為1 680 h。主要設備耗電量計算表見表3，設備運行費用估算表見表4。

表3 主要設備耗電量計算表

表4 設備運行費用估算表 萬元

5 經濟性分析

通過表5分析可知，熱泵系統的初期投資較大，且系統越復雜初期投資越高。根據年節省費用和靜態投資回報分析，綜合考慮方案二海水源熱泵供熱+生活熱水系統經濟性最高。

表5 各方案費用估算及經濟性分析

6 結語

1)利用海水源熱泵技術為冬季供熱，降低運行成本，有利于在基礎設施建設滯后的臨海營區推廣。2)海水源熱泵相比燃煤鍋爐供熱，初期投資較高，但在能源可持續利用、能源利用率、環保等方面具有優勢。政府如能給予一定的政策扶持，比如電價按民用電價收取等政策，運行成本會大大降低。把海水作為熱源，可以說是取之不盡用之不竭的，海水源熱泵技術對無市政集中供暖的分散臨海營區具有很好的實際意義和廣闊的應用前景。