海水热泵机组工作原理及应用＊

陈文叶

(大连冷冻机股份有限公司产品开发部，辽宁大连 116033）

海水热泵机组工作原理及应用＊

陈文叶

(大连冷冻机股份有限公司产品开发部，辽宁大连 116033）

海水热泵机组利用海水、污水等可再生能源，可实现冬天供热、夏天供冷，既节能又环保，满足区域性居民和商用建筑供暖和供冷的需求，发展潜力大。

海水热泵;供热;供冷;节能环保

1 海水热泵的概念

海水热泵是水源热泵的一种，是以海水 (生活污水、工业废水等）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，在冬季把存于海水中的低品位能量“取”出来，给建筑物供热;夏季则把建筑物内的能量“取”出来释放到海水中，从而达到调节室内温度的目的。海水热泵虽然是以海水为“源体”，但不消耗海水，也不会对海水造成污染。

2 海水热泵机组工作原理

2.1 海水热泵机组结构简介

海水热泵机组结构主要由压缩机、冷凝器、过冷器、经济器、蒸发器、节流装置和阀门等设备组成。

图1 海水热泵机组外形Fig.1 Shape of seawater-source heat pumps

压缩机是海水热泵机组的心脏，起着压缩和输送制冷剂从低温低压处到高温高压处的作用;蒸发器是输出冷量的设备，它使经节流阀流入的制冷剂液体蒸发，以吸收被冷却介质的热量，达到制冷的目的;冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器吸收的热量连同压缩机消耗功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走，达到制热的目的;节流装置对制冷剂起到节流降压的作用，并调节进入蒸发器的制冷剂流量;经济器可向压缩机进行补气，增大制冷量;过冷器可使制冷剂液体过冷，减少制冷剂在节流过程中产生的闪发气体，提高制冷效率。

2.2 海水热泵机组工作原理

2.2.1 海水热泵机组设计工况

海水热泵机组设计工况见表1。

表1 海水热泵机组设计工况Table 1 Design conditions of seawater-source heat pumps

2.2.2 海水热泵机组冬季工作流程

通过机组内部阀门的切换，两台压缩机串联运行，工作流程如下:

制冷剂侧:从二级膨胀阀节流的低温低压制冷剂液体，在蒸发器中吸收热源 (海水或污水）的热量气化为低温低压制冷剂气体，气化后的低温低压制冷剂被低压级压缩机吸入，经过压缩后与经济器出来的常温中压气体混合进入高压级压缩机，压缩后变为高温高压气体排入冷凝器和过冷器。在冷凝器中，高温高压制冷剂气体将热量传给从用户返回的热水，热水被加热，制冷剂气体被冷却成常温高压的液体。制冷剂液体经一级膨胀阀节流变为中温中压气液两相液体，进入经济器，其中，制冷剂气体与低压级压缩机排出的气体混合后进入高压级压缩机吸气腔;制冷剂液体经过二级膨胀阀节流变为低温低压气液两相液体后进入蒸发器，制冷剂液体吸收海水 (污水）热量后变为低温低压气体，进入低压级压缩机吸气腔。

热水侧:在设计工况下，用户回水温度为55℃的热水进入过冷器、冷凝器，经过高温高压制冷剂加热后，温度升至65℃，用于供暖。

海水 (污水）侧:在设计工况下，经过处理的3℃海水 (7.5℃污水）通过蒸发器把热量传给低温低压的制冷剂，温度降至0.5℃ (2.5℃），之后排入大海 (污水处理厂）。

图2 海水热泵机组流程图Fig.2 Flow chart of seawater-source heat pumps

2.2.3 海水热泵机组夏季工作流程

通过机组内部阀门的切换，两台压缩机并联运行 (每台压缩机也可独立运行），工作流程如下:

制冷剂侧:低温低压制冷剂液体吸收用户空调回水的热量后，变成低温低压的气体，被压缩机吸入，压缩为高温高压气体排入冷凝器。制冷剂连续经过冷凝器和过冷器，被海水 (污水）冷却后变为常温高压液体，经过一级膨胀阀节流变为低温低压气液两相液体，进入蒸发器后，制冷剂液体吸收冷水热量变为低温低压气体，被压缩机吸入。

冷冻水侧:在设计工况下，用户回水温度为10℃的冷水进入蒸发器，经过低温低压制冷剂冷却后，温度降为3℃。

海水 (污水）侧:在设计工况下，经过处理的23℃海水通过过冷器、冷凝器，吸收高温高压制冷剂的热量后温度升高至33℃。

3 海水热泵机组的现状及应用

国外有很多应用海水做热泵冷热源的实例，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等。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供暖的国家。瑞典首都斯德哥尔摩建设了总能力为180 MW的世界上最大的海水热泵站，用于区域供热供冷，占城市中心网输送总量的60%。

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，该项目建筑面积为1871 m2。目前，国内最大海水源热泵项目大连星海湾商务区(Ⅰ期工程）区域供热供冷站已成功运行了四年。大连星海湾Ⅰ期工程采用3台离心式海水热泵机组，每台机组设有两台不同型号的压缩机，在冬、夏季按照两种模式运行。冬季海水作为热泵的热源，由海水提取泵供到热泵机组的蒸发器，海水被冷却后排至热泵机房旁的马栏河河道，然后流入大海。来自海水的热能经过热泵机组提升后，在冷凝器端产生高温热水，与每个建筑物内分站的板换换热后送至建筑物内的末端设备。夏季热泵机组转换为冷水机组使用，海水按照与冬季同样的方式循环，不同的是海水进入冷凝器用于冷却热泵 (冷水）机组。海水作为热泵机组的排热体，经冷凝器被加热后排入大海。同时，蒸发器产生低温冷水，与分站的板换换热后送至建筑物内的末端设备。

系统参数如下:冬季供回水温度:65/56℃，制热量:23 000 kW;夏季供回水温度:3/10℃，制冷量:30 000 kW。实际运行表明，机组完全满足了三座建筑 (建筑面积为25.6万m2）的供暖供冷需求。

4 浅析海水热泵机组经济性和环保性

海水热泵机组 (3台）主要经济指标见表2，单位面积经营成本比较见表3。

表2 海水热泵机组 (3台）主要经济指标Table 2 Major economic indicator of 3 sets seawater-source heat pumps

海水热泵系统单位面积投资为234元/m2，常规空调系统单位面积投资为197元/m2，增量投资可以在不到6 a时间内收回。

我国一次性能源消耗中煤占68.7%，工业锅炉每燃烧1 t标准煤，就产生2620 kg CO2，8.5 kg SO2，7.4 kg氮氧化物。燃煤造成的CO2、SO2、氮氧化物等污染性气体已对我国的自然资源、生态系统和公众健康构成了威胁。尤其是CO2，产生温室效应，导致气候变暖和生态恶性发展。现以耗电量和燃煤消耗量进行比较。计算条件:发电煤耗折算系数为0.3619 kg标准煤/(kW·h），电的输配效率为95%，常规系统的供热效率取70%，煤的运输和排渣损耗为10%，标准煤的热值为8.14(MW ·h）/t。由表4可知，海水热泵机组能源利用率是很可观的。

表3 单位面积经营成本比较Table 3 Compared with unit areamanagement cost

表4 折合一次能源消耗量对比表Table 4 Combined primary energy consumption comparison table

5 结 语

海水热泵机组合理利用海水、污水等可再生能源，大大提高能源利用率。海水热泵机组在区域供暖、区域供冷系统中的应用推广，能够打破传统以煤炭、石油、天然气等不可再生能源为燃料的采暖方式，减少CO2和SO2等污染物的排放，既节能又环保，符合我国长期的能源发展战略。

我国海岸线总长约3.2万km，海水是取之不竭的可再生能源。东部沿海地区经济发达，人口密集，建筑物集中，能源消耗量大。海水热泵技术应用将大大缓解沿海地区的空调用电压力。与水源热泵空调相比，海水热泵可节约大量的淡水资源，这一点对于淡水匮乏的我国而言意义重大。随着国家对环保的重视，以及目前大力倡导的环保减排、节能高效政策，海水热泵机组将有很好的发展空间。

［1］吴业正．制冷原理及设备 ［M］．西安:西安交通大学出版社，2010．

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［3］化学工业出版社．暖通空调常用资料备查手册［G］．北京:化学工业出版社，2011．

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［5］马宝岐，等．煤焦油制燃料油品［M］．北京:化学工业出版社，2011．

W orking Principle And Application of Seawater-Source Heat Pum ps

CHENWenye
(Dalian Refrigeration Co．，Ltd．，Dalian 116033，China）

Seawater-source heat pumps using seawater，sewage and other renewable energy，can supply heat in winter and cool in summer．It can meet regional residents and commercial building heating and cooling demand，and it＇s both energy saving and environmental protection．The development potential is too be big．

seawater-source heat pumps;supply heat;supply cool;energy saving and environmental protection

TB65

B

1007-7804(2011）04-0012-04

10.3969/j.issn.1007-7804.2011.04.003

2011-06-14

陈文叶 (1975），男，2001年毕业于吉林大学机械制造及自动化专业，现主要从事活塞和螺杆压缩机组及压力容器产品设计工作。