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2019年11月12日 星期二
技术论坛
海水源热泵技术的研发和应用———————国家示范项目总结报告
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一、海水源热泵技术的应用
1、海水源热泵技术发展现状
     海水源热泵技术始于20世纪70年代,是在水源热泵技术的基础上发展而来的,具有可利用资源丰富、高效节能、经济环保、安全可靠等特点。
其基本原理是:利用海水作为热泵的冷、热源进行冷热交换。冬季以海水为热源,将海水中的热量取出来,给建筑供暖;夏季以海水为冷源,将建筑内热量取出来,释放到海水中。
     海水源热泵技术是一项较为成熟的技术,在我国尚处于起步阶段。但因其符合国家可?#20013;?#21457;展战略要求,在解决临海建筑冬季供暖、夏季制冷,以及节能环保方面,比传统的空调系统优势明显,因此发展潜力巨大。
2、 海水源热泵技术在大连市的应用
     2006年6月,大连市被国家建设部列为全国唯一的海水源热泵技术规模化应用示范城市。
     2007年,大窑湾集装箱码头三期工程辅建区单体海水源热泵暖通工程、2010年长兴岛公共港区1~3#通用?#27425;唬?#33719;评国家可再生能源示范项目。
3、海水源热泵技术在大连港大窑湾港区的应用
     大连港大窑湾港区是大连港建设东北亚区域性的航运中心的核心港区之一,海水源热泵技术在港口建筑供暖和制冷方面的开发和应用,开创了我国北方沿海港口采用空调采暖节能环保新技术的先河。
海水源热泵技术在大连港大窑湾港区应用起步最早,且空调系统整体技术水平处于国内领先地位。

大窑湾港区海水热泵应用案例

     2004年6月,大连港三十万吨矿石码头建筑面积2万平方米的生产辅助建筑成功运行海水热泵空调系统,该项目是当时国内第一个,也是面积最大的海水热泵系统。
                       

                   大连港大窑湾矿石码头办公楼

     2004年11月大连港散粮码头4800平方米业务楼成功应用海水源热泵,该项目的特别之处是由燃油锅炉供热改造实施的。同比节能达2/3以上。
 
               大连港大窑湾散粮码头办公楼

     2005年6月,大连港集装箱二期码头5600平方米业务楼成功运行海水热泵空调。该项目在总结上述工程经验基础上,对海水井壁腐?#30784;?#33258;吸泵替代潜水泵、设置装机容量不等的两台机组等专业课题进行了创新研究,进一步完善了海水热泵系统,提高了使用寿命;减少了维护费用;降低了电能损耗。
 
             大连港大窑湾集装箱二期码头业务楼

     2007年10月大连港集装箱三期辅建区单体,共五个单体成功运行海水热泵空调。总建筑面积16000平方米,项目在?#28508;?#23433;装改进、自动化控制、过滤器研制、回灌水截流等内容上取得了一系列创新成果。被国家批准为示范工程。
 
   大连港大窑湾集装箱三期辅建区单体DPCE、机修车间
 
           大连港大窑湾集装箱三期辅建区单体侯工楼

     2008年10月大连港集装箱码头三期业务楼成功运行海水热泵空调,建筑面积5000平方米。该项目在合理分配地下海水资源,软启动解决水锤效应,监测水泵电流防止潜水泵空载及变频技术等方面取得突破性进展。
 
              大连港大窑湾集装箱三期业务楼

 2009年11月开始施工的大连长兴岛公共港区1#~3#通用?#27425;?#28023;水源热泵空调工程。总建筑面积21800㎡。该项目因海水?#25913;嗌安?#36739;多,设计在竖井壁上安装60目过滤网,并密封泥?#23433;?#31561;方面取得了一定实效。本项目仍被国家评为示范项目。
 
         大连长兴岛公共港区1#~3#通用?#27425;?#21150;公楼

                       机?#21487;?#22791;?#35745;?BR> 
 大窑湾集装箱码头三期辅建区单体侯工楼机房水泵群
 
 大窑湾集装箱码头三期辅建区单体侯工楼机房钛板换热器
 
大窑湾集装箱码头三期辅建区单体侯工楼机房专用除砂器


大窑湾集装箱码头三期辅建区单体侯工楼机房水源热泵机组
各项目情况详见应用实例一览表:


大连港大窑湾港区海水源热泵技术应用实例一览表


二、海水源热泵技术简介
1、海水源热泵技术基本原理
     水源热泵技术是利用少量的电能,将低位热能向高位热能转移的一种技术,其工作原理就是热力学?#31995;摹?#36870;卡诺”循环原理。水源热泵机组就是利用这一循环原理设计而成。
     制冷?#20445;?#20174;取水井取出的水做为冷却水,流经冷凝器,带走热量,温度升高后,排至回水井;空调系统循环水流经蒸发器,温度降低后,流向空调系统。
     取暖?#20445;?#20174;取水井取出的水做为热源水,流经蒸发器,释放热量,温度降低后,排至回水井;空调系统循环水流经冷凝器,温度升高后,流向空调系统。


 
水源热泵原理及流程图


     水源热泵制热的能效比COP值可?#28304;?#21040;4,即消耗1KW的电能可以产生4KW的热量。制冷时COP值则更高。
2、海水源热泵系统基本原理
     海水源热泵技术是水源热泵技术的发展,其工作原理与水源热泵技术基本相同,不同之处在于使用的是地下海水。由于浅表层地下海水温度与气温的相关性较大、海水的腐蚀性及生物滋生的影响,海水不能直接进入空调机,致使海水源热泵系统的设计更具有特殊性。
     设计前提?#21644;?#36807;水文地质勘察,以获取供暖项目周边半径500m范围内的水文地?#26159;?#20917;,包括含水层地?#20351;?#36896;、水深、水量、水温、水质等,?#28304;?#20316;为判断能否采用海水源热泵技术。
     海水源热泵系统,采用钛板换热器换热,组成一个取排海水的载冷系统;由一个水源水系统通过换热后的淡水与机组换热器交换,组成一个水源水载冷系统;通过热泵机组的制冷系统将空调水系统排入末端设备组成空调水载冷系统。
     海水源热泵系统由四部分组成,即取排水系统,水源水系统、主机系统和末端系统。
 


三、海水热泵系统的应用和创新
     实际上,只要满足了海水源的各项充要条件,也即保证了热泵系统的正常运行。但是由于浅层地下海水在热泵系统的应用中涉猎较多技术领域,例如:传热技术、热功技术、制冷技术、气象资料、潮汐变化、绝热技术、流体力学、防腐技术以及水文地?#39318;柿系齲?#22312;相当?#21697;?#30340;技术领域里,如何针对各种复杂的技术难题攻关?#22235;眩?#24050;经成为我们必须正视而不容回避的重要课题。
     几年来,我们在海水热泵技术领域,从理论到实践,深入研发了十余项创新成果。
     1、确立了海水源热泵技术的最佳应用方式—海水+地温耦合式海水热泵系统。经过九年的工程实践,充分证明了其科学性、先进性、合理性、经济性、可靠性及可复制性。
     2、它是集水文地质、海洋微生物、耐海水腐?#30784;?#20256;热学、空调热泵及系统自动化等各学科之大成,为寒冷地区推广应用海水热泵技术提供了通过整合形成的一整套可资借鉴的成功经验。
     3、明确了浅表层回灌海水是地下热资源的主要组成部分。即满足海水用量应以浅表层水为主,从而打破了以往水文地?#39318;?#19994;的传统观念。
     4、建立分析模型,解析回填层深度与相对海岸的井距对应井水温度的关系,为方案的立项和扩初设计提供理论依据。
     5、成功地研发了新型海水专用除砂器,提高了滤砂效果,荣获国家发明专利。
     6、成功地采用间接式测压方式,解决了海水对测试元件的腐蚀难题。
     7、成功地研发了海水井专用井壁,改善?#21496;?#27700;质量,提高?#21496;?#30340;使用寿命。
     8、成功地采用自吸技术,简化了海水的提取过程。
     9、成功地实施了海水“直供”系统,取得事半功倍地制冷奇效。
     10、成功地实施了对地下热资源的保护,将供暖初始相对温度较高的海水截流回灌,防止热资源前期无端地消耗和浪费。
     11、成功地研发了排水井雨水大线的止回阀(荣获国家专利),有效阻隔了冬季低温海水倒灌影响取水井的海水温?#21462;?BR>     12、成功地运用自控技术,在海水流量的控制,海水温度的保持,克服“水锤”效应,规避海水泵空载,“机泵”联动设计,GPRS远程监控,防冻报警装置等方面取得多项创新成果。
     鉴于以上成果的取得,从而使海水热泵空调系统在大连港六个码头成功运行?#21496;?#24180;之久。其中两个码头被国家认定为示范项目,并在国内首次通过国家验收。
四、国家示范项目专家组验收意见
     2009年12月9日,大连市财政局、城乡建设委?#34987;?#22312;大连市召开由大连港集装箱股份有限公司承担的大连港大窑湾港区三期集装箱码头辅建区单体海水源热泵可再生能源建筑应用示范项目验收会。专家组听取了示范项目申报单位对项目实施情况、实施质量、实施效果的工作汇报,查阅了中国建筑科学研究院出具的该项目能效测评报告,同时进行了实地考察和质询。经过充分讨论,形成以下验收意见:
     1、 该项目是国?#19994;?#20108;批可再生能源建筑应用示范项目,建设程序合法、资料齐全、数据详实、符合验收要求,项目实施情况达到申报要求,建筑节能率超过《公共建筑节能标准》(GB50189),实施量1.6万平方米,系统能效比均达到了申报指标,部分参考指标超过了申报要求。
     2、 该项目从设计、施工、调试、试运行、系统维护运行各阶段遵守了国家规范和规程,同时采用了施工单位自主研发的专利技术,如海水除沙、排水管防海水倒灌措施等,保证了冬季系统的正常运行;夏季部分时段采用了海水直接供冷等技术,节省能源显著。
     3、 该项目对于远离热源、近海边、低密度建筑的类似工程具有推广意义及可复制性。
     4、 该项目对于财政部下发的中央财政专项拨款实现了专款专用。
专家组一致认为该项目完成了财政部、住房和城乡建设部下达的任务,同意通过大连港大窑湾港区三期集装箱码头辅建区单体海水源热泵可再生能源建筑应用示范项目的验收。
五、海水热泵技术的经济、环境和社会效益
     1、经济效益:以示范项目为例,采用海水源热泵机组在供热方面运行费用是油锅炉的1/3;是电锅炉的1/4;与煤锅炉相同。例如:国家示范项目——大窑湾三期集装箱码头,总建筑面积16000㎡,每年采暖所需热负荷180万KWh,仅耗电80万KWh,折合标煤291吨。在供冷方面运行费用是电制冷的50%;是吸收式制冷的40%。其中三期业务楼整个夏天全部用海水直供,节能超过正常电制冷的63%,足见其节能的可观效益。
     2、环境效益:采用海水源热泵机组供热制冷最重要的意义在于节能减排的社会效益。海水热泵空调系统不消耗一次性不可再生能源(如煤、油、天然气等);有害物质为“零”排放,不污染生存环?#24120;?#19981;污染海水,不产生温室效应。因此是一项节约能源、保护环境的绿色环保技术,其无可估量的社会效益将对现?#30340;酥两?#21518;相当长时间内产生深远的积极影响。
     3、社会效益:海水源热泵技术在大连港大窑湾港区应用起步最早,且空调系统整体技术水平处于国内领先地位。其在港口建筑供暖和制冷方面的开发和应用,开创了我国北方沿海港口采用空调采暖节能环保新技术的先河。在能源供应成为制约发展的瓶?#20445;?#29615;境保护成为企业的社会责任?#20445;?#28023;水源热泵技术较好地解决了节能和环保的实际问题,足见采用海水源热泵技术从节能环保的意义上讲,对于建设资源节约型和环境友好型的港口,具有功在当代利在千秋的不可估量的深远意义,为我国沿海发达地区的可?#20013;?#21457;展提供了可行的成功经验。

海水热泵介绍.ppt

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