海水源熱泵系統(tǒng)和海水提取利用形式的對(duì)比分析

牟俊豪 王欣

青島能源設(shè)計(jì)研究院有限公司 山東青島 266000

海水源熱泵是以淺層海水作為熱源，并對(duì)其能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換的熱能供應(yīng)系統(tǒng)。海水源熱泵技術(shù)的研究與應(yīng)用在國(guó)外主要集中在歐洲中、北部地區(qū)；國(guó)內(nèi)近些年對(duì)海水源熱泵的研究蓬勃開展，在青島、大連、天津等地也做出了較多成功的嘗試[1]。有效對(duì)比熱泵系統(tǒng)和主要工藝的優(yōu)勢(shì)與不足，是因地制宜合理利用海水源熱泵的基礎(chǔ)。

1 海水源熱泵系統(tǒng)比較

1.1 集中式熱泵系統(tǒng)

大型的熱泵機(jī)組布置在一個(gè)集中式熱泵站內(nèi)，熱量和冷量通過(guò)換熱站送到末端建筑。海水水源由水泵直接送入熱泵機(jī)組，水源流經(jīng)熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器，放熱后集中排放。

集中式熱泵系統(tǒng)特點(diǎn)：①可根據(jù)實(shí)際在滿足需要的基礎(chǔ)上合理配置總裝機(jī)容量，降低初投資；②大型機(jī)組的COP較高，能夠提升系統(tǒng)的工作效率，具有節(jié)能優(yōu)勢(shì)；③集中布置、節(jié)省用地；利于規(guī)模化噪聲處理，環(huán)保性能突出；④集中運(yùn)維管理，保障機(jī)組運(yùn)行可靠，提升安全性；但同時(shí)，集中式系統(tǒng)的靈活性較差，系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)相對(duì)復(fù)雜。

1.2 分散式熱泵系統(tǒng)

海水水源由管道輸送至各分項(xiàng)區(qū)域熱泵站或單體建筑內(nèi)，經(jīng)熱泵后將熱量或冷量傳遞至用戶側(cè)系統(tǒng)循環(huán)水，并送至末端建筑，出熱泵機(jī)組的海水就近排入雨水系統(tǒng)。

分散式系統(tǒng)的特點(diǎn)：

①可以結(jié)合分區(qū)末端設(shè)施確定系統(tǒng)參數(shù)，降低熱泵出口參數(shù)要求，機(jī)組分散；②熱泵機(jī)組調(diào)節(jié)控制方便，靈活性大；用戶可根據(jù)特定需要調(diào)節(jié)進(jìn)出水溫度；

同時(shí)，分散式系統(tǒng)由于各區(qū)域分設(shè)熱泵站，總體負(fù)荷無(wú)法調(diào)配，設(shè)備配置總負(fù)荷能力需加大；系統(tǒng)缺乏事故保障，安全隱患較大[2]。熱泵機(jī)組用電負(fù)荷高，住宅小區(qū)供電困難。熱泵機(jī)組噪音大，熱泵站選址困難。

2 海水源熱泵的海水提取利用形式比較

2.1 直接抽取海水換熱

此形式包括兩個(gè)子模式，一是直接抽取海水后通過(guò)海水防腐換熱器與中間充滿低凝固點(diǎn)換熱媒介的中間循環(huán)系統(tǒng)換熱，作為海水源熱泵機(jī)組的熱源。二是直接抽取海水進(jìn)熱泵機(jī)組，海水直接進(jìn)入機(jī)組蒸發(fā)器或冷凝器，取消中間換熱的環(huán)節(jié)。

優(yōu)點(diǎn)主要包括：冬季海水表面溫度較低，深水溫度相對(duì)較高，可直接從深水處抽取海水，輸送能耗降低，機(jī)組效率提升。且比較方便，造價(jià)較低，前期海水源較多采用此方式。

缺點(diǎn)主要包括：海水具有強(qiáng)烈的腐蝕作用，需要加裝有強(qiáng)耐腐蝕性材質(zhì)制成的換熱器，但耐腐蝕性強(qiáng)的鈦合金不銹鋼換熱機(jī)組造價(jià)高昂，初投資高，并且運(yùn)行效率較低。

2.2 直接放管換熱

此形式與土壤源熱泵的地埋管換熱類似，將換熱盤管直接鋪設(shè)到海底，管道成為熱交換器，管內(nèi)充注凝固點(diǎn)較低的介質(zhì)形成閉式循環(huán)與海水換熱后作為海水源熱泵的熱源。

優(yōu)點(diǎn)主要包括：一是海水與熱泵設(shè)備不直接接觸，熱泵系統(tǒng)的換熱器不必選用耐腐材質(zhì)或進(jìn)行防腐處理，換熱器的選型范圍大大增加；二是熱泵系統(tǒng)為閉式，可省去抽取海水到熱泵機(jī)組這一過(guò)程，所“額外”消耗的電能，耗電量降低；三是盤管內(nèi)介質(zhì)可保持單一、純凈，適于長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

缺點(diǎn)主要包括：一是冬天海水溫度較低，高密度聚乙烯塑料管換熱效率較低，熱泵所獲取的熱量有限；二是盤管鋪設(shè)投資大、占地面積廣，環(huán)繞較長(zhǎng)，管內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)阻力大；三是對(duì)水下盤管的定置有要求，若盤管分布的海域有捕魚、打撈、船舶停靠等有人類活動(dòng)的情況，可能會(huì)對(duì)管道造成破壞[3]。四是盤管造價(jià)較高，在海水中發(fā)生破損時(shí)，不易被發(fā)現(xiàn)，即使發(fā)現(xiàn)破損情況存在，也很難排查漏點(diǎn)，維修維護(hù)難度大。

2.3 在近海沙灘打井取水換熱

利用海洋沿岸附近地下土壤等介質(zhì)的滲透性，通過(guò)打井的方式得到海水與地下水的混合水源，直接進(jìn)入熱泵機(jī)組。海岸井取水系統(tǒng)通過(guò)滲透取水，既利用海水熱能，又利用淺層地?zé)崮埽液Ｋ驳玫搅诉^(guò)濾和凈化。

優(yōu)點(diǎn)主要包括：冬天，獲取的海水溫度較高、穩(wěn)定，相比前兩種方式，對(duì)供熱比較有優(yōu)勢(shì)，熱泵效率也隨之提高；而且海水清潔度高，不必添加藥劑，對(duì)海水水質(zhì)沒(méi)有影響，此方式是目前海水源利用的發(fā)展方向。

缺點(diǎn)主要包括：該形式需要打井，前期地質(zhì)勘測(cè)，分析計(jì)算比較繁瑣，取水井和回水井一般要同時(shí)考慮，打井費(fèi)用相對(duì)較高，整體造價(jià)相較高。

3 結(jié)語(yǔ)

海水源熱泵技術(shù)成熟可靠、節(jié)能高效環(huán)保，應(yīng)予大力支持和推廣應(yīng)用。其系統(tǒng)及主要工藝形式的選擇，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際的地形地貌、水文條件、社會(huì)環(huán)境和生產(chǎn)生活所需等因素合理確定，才能有效提高海水源熱泵的實(shí)際利用成效。