浅析矿井水水源热泵工程的应用

（开滦集团唐山社区 河北 唐山 063000）

摘 要： 采用煤矿矿井水水源热泵为煤矿矿区及生活后勤供应生活热水、采暖和制冷，可以为企业节约能源消耗，达到节能减排，保护环境，提高企业效益的目标。工程的建设将进一步推动煤矿企业可再生能源应用工作又快又好发展，有较大的推广前景。

关键词： 矿井水；水源热泵；工程；应用

一、引言

近年来，水源热泵系统得到了广泛应用，尤其是各煤矿企业，利用煤矿矿井水水源热泵系统为矿区及生活后勤供应生活热水、采暖和制冷，为企业节约了能源消耗，达到节能减排，保护环境，提高企业效益的目标。开滦集团建设了13座矿井水处理厂、5个矿井水能量利用项目。目前，矿区矿井水处理能力达到了16.3万吨/日，矿井水能量利用总制冷量和总制热量分别达到25224KW和40678KW。其中范各庄矿业公司、吕家坨矿业公司和东欢坨矿业公司等陆续新建了净化水厂，将从矿井中排出的矿井水进行净化处理达到饮用水标准后，为矿区及生活后勤单位供给生产、生活用水。经过处理后的矿井水水温常年保持在16～19℃之间，比同期的冬季室外气温高，比夏季室外气温低，且日水温、水量的波动较小，这为利用水源热泵供暖和制冷提供了极为便利的优越条件。经过处理后的矿井水作为水源热泵的冷热源，净化后的矿井水经过热泵机组换热后，直接进入自来水管网作为矿区及生活后勤单位生活用水使用。这种环环相扣的水资源综合利用方式，为建设资源节约型、环境友好型社会及资源的综合利用方面，树立了良好的示范作用。

二、水源热泵的基本原理

水源热泵技术是利用地球表面浅层水源中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。夏季机组低温介质水转换建筑中热量降温，冬季把暖网水热能转换到建筑物供暖。水源热泵与常规空调相比，具有高效节能、节水省电、环保效益显著的特点。其一机多用、应用范围广、运行稳定可靠，维护方便，能源可再生利用等诸多优点优势，有着持续发展的需求。

三、水源热泵系工程设计方案

（一）工程简介

水源热泵工程采用矿井水水源热泵为生产和生活提供制冷、热负荷。夏季水源热泵机组提供冷量，冬季则提供采暖需求，全年为矿区男、女更衣室提供洗浴热水。

（二）工程设计原理

本工程利用矿井水中较低的能量，冬季为热泵机组提供低温热源，将矿井水中低位能量转化为高位能量，供给末端采暖使用和制备生活热水；夏季为热泵机组提供冷源，热泵机组向空调末端提供冷量，进行空调制冷。

（三）系统工艺流程

水源热泵制热工况水利用流程图见图1，制冷工况水利用流程图见图2.矿井水提取工艺为：水池→矿井→水循环泵→矿井水源热泵机组→管道输送→排入水池。

（四）工程技术方案

1、制冷技术

该工程的水源热泵空调系统是以水源热泵机组作为空调主机，采用矿井水作为水源的系统，通过系统管路上阀门的开闭实现机组制冷与制热的切换。热泵机组本身具有既制冷又制热的功能，且制冷效率远大于分体式空调器的制冷效率。与家用空调器相比，至少节能40%。

2、热回收技术

该工程中有全年的热水负荷，将采用热回收技术和设备。利用这部分热量来获取热水，实现废热利用的目的。热回收技术应用于水源机组，减少原冷凝器的热负荷，使其热交换效率更高；所以经过热回收改造后，其工作效率都会显著提高。根据实际检测，进行热回收改造后机组效率提高5%-15%。技术改造后负荷减少，机组故障减少，寿命延长。

3、工作方式

系统采用一组空调水循环泵作为空调水和采暖水的循环动力。工程所使用的矿井水已经经过处理，达到饮用水的标准，可直接进入水源热泵机组。

4、工程主要设备

根据采暖、空调负荷状况，选择SGHP1800型水源热泵机组作为空调主机，夏季制冷和提供生活热水，冬季供热和提供生活热水，机组主要技术参数见表1.

SGHP1800A型热泵机组耗电功率：制热时421KW，制冷时300KW。全年制备生活热水需2台机组，耗电功率842KW，夏季制冷时需2台机组，耗电功率600KW，冬季采暖时需1台机组，耗电功率421KW。

四、效益分析

（一）技术经济分析

1、常规能源替代量

与传统的系统相比，水源热泵每年可以节约常规能源约4400万kWh；若系统的使用寿命按照15年计算，总共可以节约常规能源约66522万kWh。

2、费效比

水源热泵工程的使用寿命按照15年计算，则该工程的费效比（增量成本/寿命期内常规能源替代总量）约为0.04元/kWh。

3、运行费用分析

经核算，综合考虑运行的电费、人员费、折旧费等各项运行费用，水源热泵工程的运行费用每年约为603.4万元。

（二）效益分析

1、节能效益分析

水源热泵工程实施后，每年可以节约标准煤约10895t。其中每年采暖节约标准煤1205t，制冷节约标准煤239t，生活热水供应节约标准煤9451t，具有很好的节能效益。

2、經济效益分析

水源热泵工程实施后，每年可以节约人民币约562.6万元。工程总投资约2242.2万元，投资回收年限为4年。

（三）环境影响分析

近年来，唐山市的大气环境污染日益严重，尤其是冬季采暖季，而以煤为主的能源消费是造成大气环境污染的重要原因。因此，如何在采暖供热方式的选择上突出环境保护的制约，具有重要意义。水源热泵工程无需锅炉，没有燃烧过程，不存在固体废弃物、有毒有害气体及烟尘排放等问题，不消耗水资源，不污染地下物质，因而是环保的空调系统。水源热泵工程实施后，每年可以减少向大气排放约7343t（按碳计）二氧化碳，217.9t二氧化硫，108.9t粉尘，环境效益非常明显。

五、结论

当前，国家、省、市各级政府十分重视可再生能源开发利用工作，矿井水既是一种具有行业特点的污染源，又是一种宝贵的可再生水资源。开滦集团各煤矿矿区充分利用矿井水水源热泵工程，必将进一步推动企业节能减排工程的进一步深化，促进煤矿可再生能源应用工作又好又快发展。

作者简介：杨洋（1982-）女，大学，开滦集团唐山社区助理工程师。