海水源热泵在船厂节能中的应用

　　【摘要】海水源热泵技术在2008年已成功应用于青岛奥帆中心，取得了明显的成效。我国大型造船厂都濒海，有着巨大的海水能开发利用前景。应用海水源热泵技术，建造海水源热泵的空调、采暖和生活热水系统，一方面可吸取空压站冷却水和海水中的热量来制热，同时可通过排出热量到海水中来制冷，既节能又环保，是船厂节能的重要发展方向，本文就海水源热泵在船厂节能中的应用展开探讨。
　　【关键词】海水源热泵，船厂节能，应用
　　海水储存着巨大的天然的自恢复能力和巨大的低能蕴藏量，自平衡能力强，因此可说是大自然馈赠的一种绿色、可再生能源，也是能源应用的巨大市场。海水温度相对稳定的作冷热源，提供制冷、供暖和生活热水所需的能量。
　　1.水源热泵的概念和工作原理
　　水源热泵技术是利用地球表面浅层水源吸收的太阳能、地热能和其它能量而形成的低温低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。
　　水源热泵机组工作原理就是以水作为提取和储存能量的基本“源体”，它借助压缩机系统，消耗少量电能，在冬季把存于水中的低品位能量“取”出来，给建筑物供热；夏季则把建筑物内的能量“取”出来释放到水中，以达到调节室内温度的目的。这种机组的最大优势在于对资源的高效利用，首先它虽然以各种水为“源体”，但不消耗水，也不对水源造成污染；其次它的热效率高，消耗1千瓦的电能，可以获得3千瓦至4千瓦的热量或冷量，从根本上改变了传统的能源利用方式。如图一所示。
　　2.国内外研究现状和发展趋势
　　国外有很多应用海水做水源热泵冷热源的实例。如20世纪70年代初建成的悉尼歌剧院，日本20世纪90年代初建成的大阪南港宇宙广场区域供热供冷工程，利用海水为23300kW的热泵提供冷热源。北欧诸国在利用海水热源方面具有丰富的实践经验，其中瑞典就是一个典型应用海水源热泵集中供冷/暖的国家。瑞典首都斯德哥尔摩建设了总能力为180MW的世界上最大的海水热泵站，用于区域供热，占城市中心网输送总量的60%。热泵站由6台供热能力为30MW／台热泵机组组成，1984-1986年调试完成，投入运行。
　　我国第一个海水源热泵项目于2004年在青岛发电厂建成使用。该厂总面积达1871平方米的职工食堂，成为我国第一个供热不需要煤炭、油料，只使用海水提供采暖的建筑。此外，大连市星海假日酒店海水源热泵中央空调工程也已正式启动，此项目中海水源热泵中央空调将为4万平方米的建筑提供制冷和采暖，这在国内尚属首例。
　　值得一提的是，青岛奥帆基地采用了最新科技的海水源热泵空调系统，用冬暖夏凉的海水来调节室内温度。比如，奥帆基地媒体中心建筑面积为8138平方米，海水源技术系统建设共花了576万元，若采用传统空调，则需425万元，两相对比，前者多出150万元。多花的部分可在运行中省下，按目前试运行的数据，每年可收回投资12万元，而且产生的环保节能效应是难以用金钱衡量的。
　　3.海水源热泵整体系统的设计
　　根据系统特点以及所带负荷类型不同，将水源热泵系统分为三个互相独立而又相互关联的系统，分别为：用户末端系统、水源热泵系统、水源水系统。
　　
　　4.海水源热泵在船厂节能的应用分析
　　按照国家《建筑节能实施方案》要求，“十一五”期间，示范城市的水源热泵供热、制冷面积要达到500万平方米以上。示范内容包括水源热泵供热、供冷和相关的技术研发集成及产业化。对示范城市的示范项目，国家将提供专项资金，用于补贴70％的增量成本。
　　海水源热泵作为一种新型的制冷供暖方式，从技术的角度，尤其是热泵机组的角度上看是相当成熟的。清洁节能是这一技术的最显著特点，有条件的船厂可以先期加大投入和建设的力度。有以下优点：一是工业余热利用高。随着我国船厂造船量提高，压缩空气的使用也提高很快，一些大型船厂的压缩空气消耗总量已经达到2500~3000m3/min。相应的电消耗量约为15000kw~18000kw，成为船厂用电的大户。空压站的电能消耗约占船厂电能消耗的30~40%，而其中约70%的能量又变成热量通过冷却水带出。船厂空气压缩机站产生的大量32℃-38℃低温热水，若利用水源热泵技术，将这些低温热水的能量提取出来，生产成55~65℃热水，就能解决了船厂的洗浴用水，甚至可以用这些热水解决其他生产和生活上的热水源。二是就近使用海水能。可以这么讲，海水有取之不尽的能源，因为海能是可以迅速恢复的。海水源热泵技术，可以在冬季采用空压机站的低温热水作热源，提取高温热水供暖，夏季则直接用海水作热源，制取冷水供室内制冷。三是高效节能，运行费低。海水源热泵属于水冷式空调系统，作为热源的冷却水的温度在冬季也相对稳定，且较一般水源温度高，是很好的热泵热源，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性，其运行费用仅为普通中央空调的50%－60％，与传统供热方式相比，海水源热泵供热要比电锅炉供热节省三分之二以上的电能，比燃煤锅炉节省二分之一以上的能量。四是绿色环保。过去船厂的空压机站产生的大量低温热水，作为废热通过冷却塔排掉，而同时使用热水却要用锅炉来提供，造成二个方面的浪费和污染。同时按惯例冬季靠燃油、燃煤取暖，夏季靠电力缺点冷，既污染又占地，还大大增加了各方面的开支。使用海水源热泵技术，机组效率非常高，并且省却冷却塔、锅炉等，又没有任何污染，两相对比，节能环保经济，有着巨大的市场和前景。五是机组全年运行，系统可利用率高。由于海水源系统既可供热又可制冷，冬夏季采用同一套系统，而且热泵系统以海水作为冷热源，可实现全年运行，利用率较高。
　　将海水源热泵制冷供暖作为一个整体的系统工程应用于船厂节能方面来推广应用时，还存在一些问题：一是水源取水优化。水源系统的取水量、取水温度、水质和供水稳定性是影响水源热泵系统运行效果的重要因素。就水源取水这方面来说:供回水口位置的优化选择问题亟待研究，以指导实际工程上敷设供回水管道，但在这方面，由于船厂本身临海建造，若在规划方案阶段就予以考虑，还是比较容易解决。二是前期投入过大。这个是最关键的问题，海水源热泵技术一次性投入较大，与传统空调加采暖系统比较，投资额可能达到1.5~2倍。虽然总体来说，海水源热泵的运行效率较高。但与传统的制冷取暖方式相比，在不同地区不同需求的条件下，海水源热泵的投资经济性会有所不同。
　　海水源热泵在船厂的应用已经初露端倪了，2008年夏季，青岛北海船厂的海水源热泵系统已开始投运，经过一年的运行，系统安全可靠，节能效益显著。今年，大连船舶重工集团船务工程有限公司的修船项目规划中也已经设计了采用海水源热泵的生活热水、采暖和空调系统。
　　船厂靠海，有着取之不尽的海水能，且能耗巨大，相对经济实力雄厚，海水源热泵技术在船厂节能中占尽天时、地利、人和之因素，值得大力推广和摸索。
　　【参考文献】
　　1.李欣;水环热泵空调系统设计[J];制冷空调与电力机械;2004年06期
　　2.龙激波,裴清清;水环热泵空调系统在夏热冬暖地区应用经济分析[J];建筑热能通风空调;2004年06期
　　3.王言英;韩国的造船厂及其建造能力简析[J];船舶;1996年03期;55-58+3