海水源热泵系统和海水提取利用形式的对比分析

牟俊豪 王欣

青岛能源设计研究院有限公司 山东青岛 266000

海水源热泵是以浅层海水作为热源，并对其能量进行转换的热能供应系统。海水源热泵技术的研究与应用在国外主要集中在欧洲中、北部地区；国内近些年对海水源热泵的研究蓬勃开展，在青岛、大连、天津等地也做出了较多成功的尝试[1]。有效对比热泵系统和主要工艺的优势与不足，是因地制宜合理利用海水源热泵的基础。

1 海水源热泵系统比较

1.1 集中式热泵系统

大型的热泵机组布置在一个集中式热泵站内，热量和冷量通过换热站送到末端建筑。海水水源由水泵直接送入热泵机组，水源流经热泵机组的蒸发器，放热后集中排放。

集中式热泵系统特点：①可根据实际在满足需要的基础上合理配置总装机容量，降低初投资；②大型机组的COP较高，能够提升系统的工作效率，具有节能优势；③集中布置、节省用地；利于规模化噪声处理，环保性能突出；④集中运维管理，保障机组运行可靠，提升安全性；但同时，集中式系统的灵活性较差，系统运行调节相对复杂。

1.2 分散式热泵系统

海水水源由管道输送至各分项区域热泵站或单体建筑内，经热泵后将热量或冷量传递至用户侧系统循环水，并送至末端建筑，出热泵机组的海水就近排入雨水系统。

分散式系统的特点：

①可以结合分区末端设施确定系统参数，降低热泵出口参数要求，机组分散；②热泵机组调节控制方便，灵活性大；用户可根据特定需要调节进出水温度；

同时，分散式系统由于各区域分设热泵站，总体负荷无法调配，设备配置总负荷能力需加大；系统缺乏事故保障，安全隐患较大[2]。热泵机组用电负荷高，住宅小区供电困难。热泵机组噪音大，热泵站选址困难。

2 海水源热泵的海水提取利用形式比较

2.1 直接抽取海水换热

此形式包括两个子模式，一是直接抽取海水后通过海水防腐换热器与中间充满低凝固点换热媒介的中间循环系统换热，作为海水源热泵机组的热源。二是直接抽取海水进热泵机组，海水直接进入机组蒸发器或冷凝器，取消中间换热的环节。

优点主要包括：冬季海水表面温度较低，深水温度相对较高，可直接从深水处抽取海水，输送能耗降低，机组效率提升。且比较方便，造价较低，前期海水源较多采用此方式。

缺点主要包括：海水具有强烈的腐蚀作用，需要加装有强耐腐蚀性材质制成的换热器，但耐腐蚀性强的钛合金不锈钢换热机组造价高昂，初投资高，并且运行效率较低。

2.2 直接放管换热

此形式与土壤源热泵的地埋管换热类似，将换热盘管直接铺设到海底，管道成为热交换器，管内充注凝固点较低的介质形成闭式循环与海水换热后作为海水源热泵的热源。

优点主要包括：一是海水与热泵设备不直接接触，热泵系统的换热器不必选用耐腐材质或进行防腐处理，换热器的选型范围大大增加；二是热泵系统为闭式，可省去抽取海水到热泵机组这一过程，所“额外”消耗的电能，耗电量降低；三是盘管内介质可保持单一、纯净，适于长期安全稳定运行。

缺点主要包括：一是冬天海水温度较低，高密度聚乙烯塑料管换热效率较低，热泵所获取的热量有限；二是盘管铺设投资大、占地面积广，环绕较长，管内介质的流动阻力大；三是对水下盘管的定置有要求，若盘管分布的海域有捕鱼、打捞、船舶停靠等有人类活动的情况，可能会对管道造成破坏[3]。四是盘管造价较高，在海水中发生破损时，不易被发现，即使发现破损情况存在，也很难排查漏点，维修维护难度大。

2.3 在近海沙滩打井取水换热

利用海洋沿岸附近地下土壤等介质的渗透性，通过打井的方式得到海水与地下水的混合水源，直接进入热泵机组。海岸井取水系统通过渗透取水，既利用海水热能，又利用浅层地热能，而且海水也得到了过滤和净化。

优点主要包括：冬天，获取的海水温度较高、稳定，相比前两种方式，对供热比较有优势，热泵效率也随之提高；而且海水清洁度高，不必添加药剂，对海水水质没有影响，此方式是目前海水源利用的发展方向。

缺点主要包括：该形式需要打井，前期地质勘测，分析计算比较繁琐，取水井和回水井一般要同时考虑，打井费用相对较高，整体造价相较高。

3 结语

海水源热泵技术成熟可靠、节能高效环保，应予大力支持和推广应用。其系统及主要工艺形式的选择，应当根据实际的地形地貌、水文条件、社会环境和生产生活所需等因素合理确定，才能有效提高海水源热泵的实际利用成效。