1、毕业设计 文 献综 述 建筑环境与设备工程 浅谈海水源热泵的发展 摘要： 随着环境和能源问题的日益突出，热泵技术得到了长足的发展，而海水源热泵作为热泵技术的一种，有其自身的发展历史、工作原理、根据当地的情况布置管路以及在运行过程中需要注意的问题。 关键字： 海水源热泵；发展；应用 前言 日益增长的能源消耗和环境污染是困扰人类社会的两大难题，引起了世界各国的高度重视 . 我国燃煤型锅炉供热污染及以大气为冷源的空调系统造成的环境温度升高，使热泵作为一种有利于环境保护的高效节能装置而受到广泛重视 。 热泵机组主要分为空 气源热泵和水源 ( 地源 ) 热泵 . 从世界范围看，空气源热泵已处于成熟期，但
2、空气源热泵受环境 、 气候影响较大，且当气温过高或过低时会出现不能正常运行的情况 。 由于地下水温冬夏变化大，于是就出现了以水作为冷热源的水源热泵 。 水源热泵是一种利用地球表面或浅层水源 (如地下水 、 河流和湖泊 )，或者是利用人工再生水源 (工业废水 、 地热尾水 ) 的既可供热又可制冷的高效节能空调系统 .它耗能少，不消耗水资源，也不污染环境，还可利用再生资源实现冬季供暖、夏季制冷和提供日常生活热水 3 大功能，符合可持续发展的要求，具备诸多优势，受到社 会各界的广泛欢迎，海水源热泵是基于水源热泵发展而来的，不过海水源热泵有其自身的优势与需要注意的问题。本次论文主要是为毕业设计做准备，
3、探讨空调系统的节能方式，发展方向。这里主要结合舟山特殊的地理环境，主要探讨海水源热泵的利用。 正文 1 海水源热泵的工作原理 海水源热泵技术是利用海水吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源 ,并采用热泵原理 ,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。海水源热泵机组工作原理就是以海水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 ,以达到调节室内温度的目的 1。 2 国内外研究现状 2.1 国外研究现状 海水源热泵的研究与应用目前主要集
4、中在中、北欧各地区，如瑞典、瑞士、奥地利、丹麦等国家。在利用海水源热泵集中供热供冷方面瑞典已有先进而成熟的经验。位于瑞典斯德哥尔摩市苏伦图那的集中供热供冷系统是目前世界上最大的集中供热供冷系统，其制热制冷能力为 200MW，管网延伸距岸边最长达 20km。该工程建于八十年代中期，位于波罗的海海边，是利用海水制热制 冷的典范，近几年瑞典利用海水集中供热供冷发展非常迅速，预计在未来十年中将突破 500GWh 的能力。 1987 年，挪威的 Stokmarknes 医院，建筑面积 14000m2，采用海水源热泵来解决其漫长冬季的供热问题，同时采用一台燃油锅炉来满足其峰值负荷。该热泵的供热能力为 22
5、00MWh/年，自运行以来，每年可节能 1235MWh，节约运行费用 31,743，此外可减少 CO2 排放量 800t/年， SO2 排放量 5.5t/年。 1992 年 Halifax 滨海地区的 Purdy s Wharf办公商用综合楼，建筑面积 690002,3。该地区每年大约有十个半月需要供冷，而其海水水下 23m 处全年水温一般在 10以下，因此该综合楼采用了海水源热泵系统为其供冷。经过运行证明，该热泵系统较传统制冷系统多投资的费用在两年内即可回收，具有明显的节能效果。此外 2000 年悉尼奥运会的场馆也使用了海水源热泵技术。 2.2 国内研究现状 1996年青岛理工大学（原青岛建
6、筑工程学院）的于立强教授针对青岛东部开发区 14万 m2建筑的冷热源选择提出了建设海水冷热源大型热泵站的可行性分析。 2002年天津科技大学陈东博士提出以海水作为冷热源， 应用大型的制冷热泵系统，为沿海城市集中进行冷暖供应的方案，并进行了一系列的分析说明。 2004年 11月青岛市某厂综合楼，建筑面积 2500m2，采用海水源热泵空调系统为其供热和供冷。另外，大连市在 2005年底将推行“大型海水供热泵技术”的城市供热项目，目前该项目处于论证阶段。 3 应用中的问题及对策 3.1 腐蚀问题及防腐措施 海水中具有自然界中最丰富的天然电解质，有很强的腐蚀性，许多材料在海洋环境中使用时都会遭受不同程
7、度的腐蚀破坏，而材料腐蚀会造成相当大的经济损失。金属在海水中的腐蚀程度主要与海水的盐度、电 导率、 PH值与溶解氧有关。目前，对于海水腐蚀问题国内外均有较成熟的经验，已不再是海水利用的障碍，而且高新技术仍在不断地研究开发之中，这对促进海水利用是十分有利的。在海水源热泵系统工程中，应根据实际情况采取适当的措施，其具体措施如下：合理选择防腐蚀材料：防腐蚀材料包括在海水中能自动形成表面钝化膜的金属，如钛及其合金、镍基合金、不锈钢和铜合金等。对于海水换热器来说，当流速较低时可以采用铜合金；当流速高或设备要求的可靠性高时，应选用镍基合金和钛合金。海水泵的某些配合件不允许产生腐蚀且防护困难，应选用高耐腐蚀
8、性材 料。但是由于这类金属的价格高，应根据实际情况选用，如环境腐蚀条件比较苛刻或材料用量不大时可以采用此种方法4。管道涂层保护：其方法是在金属表面涂上一层保护膜，将金属管道与海水隔离。目前国内外普遍使用的涂料有环氧树脂漆、环氧沥青涂料以及硅酸锌漆等；阴极保护：利用金属电化学腐蚀原理，将被保护的金属设备进行外加阴极极化，以减轻或防止海水管道的金属表面由于电化学原因引起的均匀和局部腐蚀。通常的做法有牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。这种方法投资少，收效大，保护周期长 5。 3.2 海洋生物附着问题 及防护措施 海洋附着生物又称为污损生物，最常见的有两种：（ 1）硬壳生物：结壳苔藓虫、软体
9、动物、珊瑚虫等；（ 2）无硬壳生物：海藻、腔肠动物或水螅虫等。海生物附着造成的破坏作用包括：（ 1）由于海生物附着不完整、不均匀，将造成金属管道的局部腐蚀或缝隙腐蚀；（ 2）由于生物的生命活动，使局部海水的成分发生改变，如藻类植物由于光合作用将使附着区域海水的氧浓度增加，从而加速某些金属的腐蚀速度；（ 3）藻类、硬壳类生物附着在管道内部，在适宜的条件下大量繁殖，可堵塞管道，影响设备的正常运行。因此，海生物附着对系统运行造成很大的 影 响，应采取措施加以防护。主要措施如下：为防止硬壳类生物进入管道系统，应在外网 取水口附近设置过滤装置；对于无硬壳海生物，设置过滤器无法拦截，应采取向管路系统投放药
10、物的方法加以防护，如氧化型杀生剂（氯气、二氧化氯、臭氧等）和非氧化型杀生剂（十六烷基化吡啶、异氰尿酸酯等）；或采用电解海水法，使电解产生的次氯酸钠杀死海洋 生物幼虫或虫卵。 5.3 本工程中采用的防护措施由于该工程取用的海水已经经过集中处理，因此仅在以下三方面采取了措施： （ 1）换热器采用钛板可拆式板式换热器，其在防腐防生物附着方面的优点主要 体现在：设备材料采用钛钢板，而钛钢具有强度高、传热效率高、耐腐蚀性强等优点，因此应用于海水循环系统中，不仅能够达到很好的传热效果，而且可以解决海水对设备的腐蚀问题；清洗或更换方便。可拆式换热器只要松动压紧螺栓，即可松开板束或卸下板束进行机械清洗，由于该
11、热泵空调系统中与海水直接接触的只有换热器，因此系统只有在换热器处才会由于海生物的附着而堵塞，而采用可拆式换热器则可以很好的解决这一问题。 （ 2）海水循环泵采用专用的耐腐蚀管道泵。 （ 3）海水取水和排水管采用 UPVC 管材 6 7 8。 4 舟山的 资源以及气候概况 舟山属北亚热带南缘季风海洋型气候。整个群岛季风显著，冬暖夏凉，温和湿润，光照充足。年平均气温 16 左右，最热 8月，平均气温 25.8 28.0 最冷 1月，平均气温 5.2 5.9 。常年降水量 927 1620毫米年平均日照 1941 2257小时，太阳辐射总量为 4126 4598焦尔 /平方米 ， 舟山群岛岛礁众多，
12、星罗棋布，约相当于我国海岛总数的 20，分布海域面积22000平方公里，陆域面积 1371平方公里。其中 1平方公里以上的岛屿 58个，占该群岛总面积的 96 9。 可见舟山的海洋资源丰富，为海 水源热泵的发展提供了一个非常良好的地域环境。 5 管道的布置及运行情况 管道的布置以及运行情况需根据当地的情况具体的经过综合比较分析才能够得到的，这里结合舟山的情况以及参考前人的情况介绍一种比较保守的方式，也为了保证机组的稳定正常运行，确定在该工程中采用开式间接利用方式，即采用换热器将海水与热泵机组隔离开，利用循环水泵将海水通过输送管道送至换热器中，使其与热泵回水在换热器中实现能量交换，从而将海水的冷
13、热量传递给水环系统的循环介质，再通过循环介质将冷热量在热泵的蒸发器（或冷凝器）中传递给末端空调系统，而放出冷 热量的海水则通过排水管道输送回海面。这种方式具有供热制冷效率高，供水温度稳定的优点，且由于与海水直接接触的设备只有换热器，若选择耐腐蚀的板式换热器，则可以方便的进行清洗或更换。该系统海水来自于经过过滤、杀菌、祛藻处理后输送至厂内取水口处的海水，该取水口位于离综合楼 200m 远处。从外网取水口来的海水通过输送管道进入海水处理机房，经过过滤器过滤，再由电解海水法产生的次氯酸钠杀死海水管路中的海生物幼虫或虫卵，然后输送至厂内取水口，再由厂内取水口利用水泵送至各用水车间。因此冬夏季均可直接取
14、用此取水口的海水作为空调 系统的冷热源 9 10。 结论 随着热泵技术的不断发展，热泵技术的实际应用能力不断的提高。海水源热泵因为利用清洁的海水低位能，节约了一次能源，为新能源的利用和能源利用的多元化提供了一个非常好的例子。随着人们对海洋资源的不断认识，海水源热泵一定会被广泛的应用。 参考文献： 1郑元祥 .厦门地区应用海水源热泵的探讨 J.山西建筑， 2010， 36（ 1）： :203-204. 2 Henrik Karlsson*, Carl-Eric Hagentoft. Application of model based predictive control for water-b
15、ased floor heating in low energy residential buildings J.Building and Environment ,2010,26(46):556-569. 3 Chen TY. Application of adaptive predictive control to a floor heating system with a large thermal lag. Energy and BuildingsJ, 2001,34:45-51. 4夏兰廷，韦华，朱宏喜 .常用铸铁材料海水腐蚀行为的研究 J.中国腐蚀与防护学报，2003,23（ 2）
16、 :99-102. 5陈艳英 . 海水利用中的几个问题探讨 J.工业水处理， 2006,23（ 1）： 47-49. 6刑秀强 .应用海水热泵系统存在的问题及解决措施 J.流体机械， 2006， 34（ 18）： 71-74. 7于奎明 .海水源热泵机组在建筑中的应用 J.工程建设与设计 ,2008,26（ 1） :44-47. 8王占坤 .海 水资源综合利用现状研究 J.海洋信息 ,2003,10（ 1） :17-20. 9裘薇 .水源热泵集中冷热水系统能耗及其效益分析 J上海电力学院学报， 2010， 26（ 1）：20-22. 10张莉，胡松涛，韩国君等浅谈海水在热泵空调系统中的应用 J制冷与空调， 2006：101-104.
