某营区海水源热泵系统方案设计与比选分析

庞 治 邦

(中国人民解放军91184部队，山东 青岛 266400)

海洋是一个储量巨大、可再生的清洁能源库，进入海洋中的太阳辐射能大部分以热能的形式储存在海水中，而且海水的单位体积热容又比较大[1]。随着热泵技术的发展以及国家对清洁能源的重视支持，将海水作为热源和冷源代替传统化学能、电能的锅炉和制冷机进行区域性供热和制冷，成为利用新能源的实用方式之一。

某些营区驻地位置较为偏僻，市政基础设施建设相对滞后，冬季供暖主要依靠本单位的燃煤或燃气锅炉，运行成本较高，供暖效果难以保证。而营区紧靠大海，可充分利用海洋取之不尽的冷热可再生资源，节省运行成本、改善生活条件。

1 工程概况、系统原理及工艺流程

1.1 工程概况

某营区濒临黄海，属暖温带沿海季风气候，冬季海水(水面以下5 m处)在1月15日～1月31日，其温度不仅高于空气温度而且相当稳定。当空气温度-6 ℃，海水温度在6 ℃左右。在夏季7月16日～8月23日，海水温度变化范围不大，在20 ℃～25 ℃范围内，东海南海沿海岸夏季水温在27 ℃～28 ℃。根据当地的气候条件，冷热负荷相差不大，适合应用海水源热泵[2,3]。

营区紧邻大海，总建筑面积约为15 700 m2，共23座单体，建筑分布较分散。目前，冬季采用燃煤锅炉供暖，锅炉型号为：DZL28-0.7/95/70-Aii，制热量为2.8 MW，实际进出水温度为65 ℃～40 ℃。计划采用海水源热泵系统替代原有燃煤锅炉为基地建筑冬季供热。

1.2 系统工作原理

海水源热泵系统是利用海洋吸收太阳能而形成的低位能量资源，利用热泵原理，消耗少量电能，实现低位热能向高位热能转化的技术。在冬季把储存在海水中的低位热能 “提取”出来，为用户供热。其能量流动是利用热泵机组所消耗能量(电能)吸取的全部热能(即电能+吸收的热能)一起排输至高温热源，而其所消耗能量作用的是使介质压缩至高温高压状态，从而达到吸收低温热源中热能的作用。

1.3 工艺流程

该项目的冷热源为海水，无法达到直入热泵机组的要求，因此该能源站采用间接式换热方式，采用间接式水源热泵系统，海水先将热量传递给清洁水(起中介导热作用，又称中介水)，中介水再进入热泵机组进行冷热量转换。

2 方案设计

本方案设计采用海水源热泵系统为项目建筑冬季供热，供应日常生活热水。

海水源热泵机房沿用原锅炉房，该锅炉房建筑面积约为180 m2，机房紧邻海边，海水低潮时海平面距机房不超过100 m，高差不超过6 m，具备引用海水作为热泵低温热源的实施条件。

海水源热泵机房建设设计方案根据需求不同共可分为两套方案。方案一(单供热系统)：采用海水源热泵系统替代现有锅炉，为营区建筑集中供热，末端系统沿用现有钢制散热器。方案二(单供热系统+生活热水)：采用海水源热泵系统替代现有锅炉，为营区建筑集中供热，末端系统沿用现有钢制散热器，并增加一套生活热水循环系统，以海水源热泵作为热源。

3 设备选型与初投资

岸边取水点到海水取水管线、热泵站及其配套设施，两种方案的设备选型和投资估算具体数据见表1，表2。

表1 方案一的设备选型和投资估算表

表2 方案二的设备选型和投资估算表

4 运行费用估算

热泵系统的年耗电费用按照满负荷运行时间法来计算，冬季当量满负荷运行时间为1 680 h。主要设备耗电量计算表见表3，设备运行费用估算表见表4。

表3 主要设备耗电量计算表

表4 设备运行费用估算表 万元

5 经济性分析

通过表5分析可知，热泵系统的初期投资较大，且系统越复杂初期投资越高。根据年节省费用和静态投资回报分析，综合考虑方案二海水源热泵供热+生活热水系统经济性最高。

表5 各方案费用估算及经济性分析

6 结语

1)利用海水源热泵技术为冬季供热，降低运行成本，有利于在基础设施建设滞后的临海营区推广。2)海水源热泵相比燃煤锅炉供热，初期投资较高，但在能源可持续利用、能源利用率、环保等方面具有优势。政府如能给予一定的政策扶持，比如电价按民用电价收取等政策，运行成本会大大降低。把海水作为热源，可以说是取之不尽用之不竭的，海水源热泵技术对无市政集中供暖的分散临海营区具有很好的实际意义和广阔的应用前景。