龐 治 邦

(中國人民解放軍91184部隊，山東 青島 266400)

海洋是一個儲量巨大、可再生的清潔能源庫，進入海洋中的太陽輻射能大部分以熱能的形式儲存在海水中，而且海水的單位體積熱容又比較大[1]。隨著熱泵技術(shù)的發(fā)展以及國家對清潔能源的重視支持，將海水作為熱源和冷源代替?zhèn)鹘y(tǒng)化學能、電能的鍋爐和制冷機進行區(qū)域性供熱和制冷，成為利用新能源的實用方式之一。

某些營區(qū)駐地位置較為偏僻，市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對滯后，冬季供暖主要依靠本單位的燃煤或燃氣鍋爐，運行成本較高，供暖效果難以保證。而營區(qū)緊靠大海，可充分利用海洋取之不盡的冷熱可再生資源，節(jié)省運行成本、改善生活條件。

1 工程概況、系統(tǒng)原理及工藝流程

1.1 工程概況

某營區(qū)瀕臨黃海，屬暖溫帶沿海季風氣候，冬季海水(水面以下5 m處)在1月15日～1月31日，其溫度不僅高于空氣溫度而且相當穩(wěn)定。當空氣溫度-6 ℃，海水溫度在6 ℃左右。在夏季7月16日～8月23日，海水溫度變化范圍不大，在20 ℃～25 ℃范圍內(nèi)，東海南海沿海岸夏季水溫在27 ℃～28 ℃。根據(jù)當?shù)氐臍夂驐l件，冷熱負荷相差不大，適合應(yīng)用海水源熱泵[2,3]。

營區(qū)緊鄰大海，總建筑面積約為15 700 m2，共23座單體，建筑分布較分散。目前，冬季采用燃煤鍋爐供暖，鍋爐型號為：DZL28-0.7/95/70-Aii，制熱量為2.8 MW，實際進出水溫度為65 ℃～40 ℃。計劃采用海水源熱泵系統(tǒng)替代原有燃煤鍋爐為基地建筑冬季供熱。

1.2 系統(tǒng)工作原理

海水源熱泵系統(tǒng)是利用海洋吸收太陽能而形成的低位能量資源，利用熱泵原理，消耗少量電能，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)化的技術(shù)。在冬季把儲存在海水中的低位熱能 “提取”出來，為用戶供熱。其能量流動是利用熱泵機組所消耗能量(電能)吸取的全部熱能(即電能+吸收的熱能)一起排輸至高溫熱源，而其所消耗能量作用的是使介質(zhì)壓縮至高溫高壓狀態(tài)，從而達到吸收低溫熱源中熱能的作用。

1.3 工藝流程

該項目的冷熱源為海水，無法達到直入熱泵機組的要求，因此該能源站采用間接式換熱方式，采用間接式水源熱泵系統(tǒng)，海水先將熱量傳遞給清潔水(起中介導熱作用，又稱中介水)，中介水再進入熱泵機組進行冷熱量轉(zhuǎn)換。

2 方案設(shè)計

本方案設(shè)計采用海水源熱泵系統(tǒng)為項目建筑冬季供熱，供應(yīng)日常生活熱水。

海水源熱泵機房沿用原鍋爐房，該鍋爐房建筑面積約為180 m2，機房緊鄰海邊，海水低潮時海平面距機房不超過100 m，高差不超過6 m，具備引用海水作為熱泵低溫熱源的實施條件。

海水源熱泵機房建設(shè)設(shè)計方案根據(jù)需求不同共可分為兩套方案。方案一(單供熱系統(tǒng))：采用海水源熱泵系統(tǒng)替代現(xiàn)有鍋爐，為營區(qū)建筑集中供熱，末端系統(tǒng)沿用現(xiàn)有鋼制散熱器。方案二(單供熱系統(tǒng)+生活熱水)：采用海水源熱泵系統(tǒng)替代現(xiàn)有鍋爐，為營區(qū)建筑集中供熱，末端系統(tǒng)沿用現(xiàn)有鋼制散熱器，并增加一套生活熱水循環(huán)系統(tǒng)，以海水源熱泵作為熱源。

3 設(shè)備選型與初投資

岸邊取水點到海水取水管線、熱泵站及其配套設(shè)施，兩種方案的設(shè)備選型和投資估算具體數(shù)據(jù)見表1，表2。

表1 方案一的設(shè)備選型和投資估算表

表2 方案二的設(shè)備選型和投資估算表

4 運行費用估算

熱泵系統(tǒng)的年耗電費用按照滿負荷運行時間法來計算，冬季當量滿負荷運行時間為1 680 h。主要設(shè)備耗電量計算表見表3，設(shè)備運行費用估算表見表4。

表3 主要設(shè)備耗電量計算表

表4 設(shè)備運行費用估算表 萬元

5 經(jīng)濟性分析

通過表5分析可知，熱泵系統(tǒng)的初期投資較大，且系統(tǒng)越復雜初期投資越高。根據(jù)年節(jié)省費用和靜態(tài)投資回報分析，綜合考慮方案二海水源熱泵供熱+生活熱水系統(tǒng)經(jīng)濟性最高。

表5 各方案費用估算及經(jīng)濟性分析

6 結(jié)語

1)利用海水源熱泵技術(shù)為冬季供熱，降低運行成本，有利于在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后的臨海營區(qū)推廣。2)海水源熱泵相比燃煤鍋爐供熱，初期投資較高，但在能源可持續(xù)利用、能源利用率、環(huán)保等方面具有優(yōu)勢。政府如能給予一定的政策扶持，比如電價按民用電價收取等政策，運行成本會大大降低。把海水作為熱源，可以說是取之不盡用之不竭的，海水源熱泵技術(shù)對無市政集中供暖的分散臨海營區(qū)具有很好的實際意義和廣闊的應(yīng)用前景。