淺析礦井水水源熱泵工程的應用

（開灤集團唐山社區 河北 唐山 063000）

摘 要： 采用煤礦礦井水水源熱泵為煤礦礦區及生活后勤供應生活熱水、采暖和制冷，可以為企業節約能源消耗，達到節能減排，保護環境，提高企業效益的目標。工程的建設將進一步推動煤礦企業可再生能源應用工作又快又好發展，有較大的推廣前景。

關鍵詞： 礦井水；水源熱泵；工程；應用

一、引言

近年來，水源熱泵系統得到了廣泛應用，尤其是各煤礦企業，利用煤礦礦井水水源熱泵系統為礦區及生活后勤供應生活熱水、采暖和制冷，為企業節約了能源消耗，達到節能減排，保護環境，提高企業效益的目標。開灤集團建設了13座礦井水處理廠、5個礦井水能量利用項目。目前，礦區礦井水處理能力達到了16.3萬噸/日，礦井水能量利用總制冷量和總制熱量分別達到25224KW和40678KW。其中范各莊礦業公司、呂家坨礦業公司和東歡坨礦業公司等陸續新建了凈化水廠，將從礦井中排出的礦井水進行凈化處理達到飲用水標準后，為礦區及生活后勤單位供給生產、生活用水。經過處理后的礦井水水溫常年保持在16～19℃之間，比同期的冬季室外氣溫高，比夏季室外氣溫低，且日水溫、水量的波動較小，這為利用水源熱泵供暖和制冷提供了極為便利的優越條件。經過處理后的礦井水作為水源熱泵的冷熱源，凈化后的礦井水經過熱泵機組換熱后，直接進入自來水管網作為礦區及生活后勤單位生活用水使用。這種環環相扣的水資源綜合利用方式，為建設資源節約型、環境友好型社會及資源的綜合利用方面，樹立了良好的示范作用。

二、水源熱泵的基本原理

水源熱泵技術是利用地球表面淺層水源中吸收的太陽能和地熱能而形成的低溫低位熱能資源，采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現低位熱能向高位熱能轉移的一種技術。夏季機組低溫介質水轉換建筑中熱量降溫，冬季把暖網水熱能轉換到建筑物供暖。水源熱泵與常規空調相比，具有高效節能、節水省電、環保效益顯著的特點。其一機多用、應用范圍廣、運行穩定可靠，維護方便，能源可再生利用等諸多優點優勢，有著持續發展的需求。

三、水源熱泵系工程設計方案

（一）工程簡介

水源熱泵工程采用礦井水水源熱泵為生產和生活提供制冷、熱負荷。夏季水源熱泵機組提供冷量，冬季則提供采暖需求，全年為礦區男、女更衣室提供洗浴熱水。

（二）工程設計原理

本工程利用礦井水中較低的能量，冬季為熱泵機組提供低溫熱源，將礦井水中低位能量轉化為高位能量，供給末端采暖使用和制備生活熱水；夏季為熱泵機組提供冷源，熱泵機組向空調末端提供冷量，進行空調制冷。

（三）系統工藝流程

水源熱泵制熱工況水利用流程圖見圖1，制冷工況水利用流程圖見圖2.礦井水提取工藝為：水池→礦井→水循環泵→礦井水源熱泵機組→管道輸送→排入水池。

（四）工程技術方案

1、制冷技術

該工程的水源熱泵空調系統是以水源熱泵機組作為空調主機，采用礦井水作為水源的系統，通過系統管路上閥門的開閉實現機組制冷與制熱的切換。熱泵機組本身具有既制冷又制熱的功能，且制冷效率遠大于分體式空調器的制冷效率。與家用空調器相比，至少節能40%。

2、熱回收技術

該工程中有全年的熱水負荷，將采用熱回收技術和設備。利用這部分熱量來獲取熱水，實現廢熱利用的目的。熱回收技術應用于水源機組，減少原冷凝器的熱負荷，使其熱交換效率更高；所以經過熱回收改造后，其工作效率都會顯著提高。根據實際檢測，進行熱回收改造后機組效率提高5%-15%。技術改造后負荷減少，機組故障減少，壽命延長。

3、工作方式

系統采用一組空調水循環泵作為空調水和采暖水的循環動力。工程所使用的礦井水已經經過處理，達到飲用水的標準，可直接進入水源熱泵機組。

4、工程主要設備

根據采暖、空調負荷狀況，選擇SGHP1800型水源熱泵機組作為空調主機，夏季制冷和提供生活熱水，冬季供熱和提供生活熱水，機組主要技術參數見表1.

SGHP1800A型熱泵機組耗電功率：制熱時421KW，制冷時300KW。全年制備生活熱水需2臺機組，耗電功率842KW，夏季制冷時需2臺機組，耗電功率600KW，冬季采暖時需1臺機組，耗電功率421KW。

四、效益分析

（一）技術經濟分析

1、常規能源替代量

與傳統的系統相比，水源熱泵每年可以節約常規能源約4400萬kWh；若系統的使用壽命按照15年計算，總共可以節約常規能源約66522萬kWh。

2、費效比

水源熱泵工程的使用壽命按照15年計算，則該工程的費效比（增量成本/壽命期內常規能源替代總量）約為0.04元/kWh。

3、運行費用分析

經核算，綜合考慮運行的電費、人員費、折舊費等各項運行費用，水源熱泵工程的運行費用每年約為603.4萬元。

（二）效益分析

1、節能效益分析

水源熱泵工程實施后，每年可以節約標準煤約10895t。其中每年采暖節約標準煤1205t，制冷節約標準煤239t，生活熱水供應節約標準煤9451t，具有很好的節能效益。

2、經濟效益分析

水源熱泵工程實施后，每年可以節約人民幣約562.6萬元。工程總投資約2242.2萬元，投資回收年限為4年。

（三）環境影響分析

近年來，唐山市的大氣環境污染日益嚴重，尤其是冬季采暖季，而以煤為主的能源消費是造成大氣環境污染的重要原因。因此，如何在采暖供熱方式的選擇上突出環境保護的制約，具有重要意義。水源熱泵工程無需鍋爐，沒有燃燒過程，不存在固體廢棄物、有毒有害氣體及煙塵排放等問題，不消耗水資源，不污染地下物質，因而是環保的空調系統。水源熱泵工程實施后，每年可以減少向大氣排放約7343t（按碳計）二氧化碳，217.9t二氧化硫，108.9t粉塵，環境效益非常明顯。

五、結論

當前，國家、省、市各級政府十分重視可再生能源開發利用工作，礦井水既是一種具有行業特點的污染源，又是一種寶貴的可再生水資源。開灤集團各煤礦礦區充分利用礦井水水源熱泵工程，必將進一步推動企業節能減排工程的進一步深化，促進煤礦可再生能源應用工作又好又快發展。

作者簡介：楊洋（1982-）女，大學，開灤集團唐山社區助理工程師。