【摘要】本文著重對水源熱泵技術(shù)在大連星海灣商務(wù)區(qū)的實際應(yīng)用工況作為依據(jù)，對水源熱泵的原理、實際工況、節(jié)能減排及經(jīng)濟效益進行了詳盡的介紹和分析。結(jié)果表明：系統(tǒng)各項參數(shù)運行良好，測試期間水源熱泵制熱的性能系數(shù)即COP值在3.3—4.4之間，制冷的性能系數(shù)在4.1—5.8之間。

【關(guān)鍵詞】水源熱泵；制冷；制熱；節(jié)能

1、引言

目前，我國正在積極采取措施，推廣可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。大連具有沿海的地理優(yōu)勢，經(jīng)大連市政府統(tǒng)一部署，在星海灣金融商務(wù)區(qū)率先實施水源熱泵技術(shù)實現(xiàn)區(qū)域供熱、供冷試點。該項目已于2006年12月被國家建設(shè)部、財政部正式確定為海水源熱泵在建筑中規(guī)?；瘧?yīng)用城市級示范項目。

項目占地面積1萬平方米，總建筑面積2萬平方米。項目的實施單位為大連市星海灣開發(fā)建設(shè)管理中心，工程核心部分熱泵主機是由大連冰山集團與瑞士富瑞公司合作研發(fā)的，系統(tǒng)工藝部分由瑞典特茂公司負責(zé)設(shè)計，現(xiàn)由大連發(fā)電有限責(zé)任公司負責(zé)運行管理。

項目規(guī)劃供熱、供冷總面積為200萬平方米，共12臺熱泵機組，分三期裝機投入使用，總投資約6.5億元人民幣。一期總投資為1.03億元包括三期所有的土建部分。一期低位熱源為污水，二期、三期低位熱源為海水。其中一期工程2007年3月竣工，投入3臺機組，單機供熱能力8兆瓦，制冷能力10兆瓦，已為世界博覽廣場、游泳館和寶馬4S店約30萬平方米區(qū)域供暖和制冷。二期計劃投入3臺機組，單機供熱能力10.7兆瓦、制冷能力15.2兆瓦，為期貨廣場約40余萬平方米區(qū)域供冷和供暖。三期計劃投入6臺機組，單機供熱能力10.7兆瓦，制冷能力15.2兆瓦，計劃2009年以后隨著建筑項目的竣工，陸續(xù)為星海灣金融商務(wù)區(qū)其余約130萬平方米建筑面積供暖和供冷。

2、水源熱泵原理

水源熱泵的原理就是利用電能將不能直接利用的海水、污水等熱能轉(zhuǎn)換為可利用的高位熱能，【1】采用的制冷劑為R143a。熱泵機組利用R143a沸點低的特點，海水（污水）溫度高，就產(chǎn)生了一個傳熱的環(huán)境。熱泵機組雖然消耗一定的電能，但所供給用戶的能量卻是消耗的電能與吸取的海水、污水熱能的能量總和：消耗1KW電，可產(chǎn)生5KW左右的熱量或冷量。

夏季熱泵機組以冷水機組方式運行，為用戶提供冷凍水用于建筑物內(nèi)降溫。每臺熱泵機組配有2個壓縮機，根據(jù)冷負荷情況，兩臺壓縮機可并聯(lián)運行，也可每個壓縮機獨立運行。

1.冷凍水側(cè)

在設(shè)計工況下，用戶回水溫度為10℃進入蒸發(fā)器，經(jīng)過低溫低壓制冷劑冷卻后，為用戶提供3℃冷水。

2.污水（或海水）側(cè)

在設(shè)計工況下，從馬欄河污水處理廠來的經(jīng)過處理的污水23℃經(jīng)過過冷器，冷凝器吸收高溫高壓制冷劑的熱量后溫度升高至33℃回到馬欄河污水處理廠。也可使用海水進行冷卻?！?】

3.制冷劑側(cè)

低溫低壓制冷劑液體吸收用戶空調(diào)回水的熱量后，變成低溫低壓的氣體，被壓縮機吸入，壓縮為高溫高壓氣體排入冷凝器，制冷劑連續(xù)經(jīng)過冷凝器和過冷器，被污水（或海水）冷卻后變?yōu)槌馗邏阂后w，經(jīng)過一級膨脹閥節(jié)流變?yōu)榈蜏氐蛪簹庖簝上嘁后w，進入蒸發(fā)器后吸收冷水熱量變?yōu)榈蜏氐蛪簹怏w，被壓縮機吸入。

冬季通過熱泵機組內(nèi)部閥門的切換，兩臺壓縮機串聯(lián)運行，熱泵機組以熱泵方式運行，為建筑物提供熱量。

1.熱水側(cè)

在設(shè)計工況下，用戶回水溫度為55℃熱水進入過冷器、冷凝器，經(jīng)過高溫高壓制冷劑加熱后，為用戶提供65℃熱水用于供暖。

2.污水（或海水）側(cè)

在設(shè)計工況下，從馬欄河污水處理廠來的經(jīng)過處理的污水7.5℃（中水）通過蒸發(fā)器把熱量傳給低溫低壓的制冷劑后溫度降至2.5℃回到馬欄河污水處理廠（也可使用海水）。

3.制冷劑側(cè)

從二級膨脹閥節(jié)流的低溫低壓制冷劑液體，在蒸發(fā)器中吸收熱源（污水或海水）的熱量，汽化后的低溫低壓制冷劑氣體被低壓級壓縮機吸入，經(jīng)過低壓級壓縮機壓縮后與經(jīng)濟器出來的常溫中壓氣體混合進入高壓級壓縮機，經(jīng)過高壓級壓縮機壓縮變?yōu)楦邷馗邏簹怏w排入冷凝器和過冷器。在冷凝器中，高溫高壓制冷劑氣體將熱量放給從用戶返回的熱水，熱水被加熱。制冷劑氣體被冷卻成常溫高壓的液體，經(jīng)膨脹閥一次節(jié)流變?yōu)橹袦刂袎簹庖簝上嘁后w，進入經(jīng)濟器，其中氣體與低壓級壓縮機排氣混合后進入高壓級壓縮機吸氣腔。液體經(jīng)過膨脹閥二次節(jié)流變?yōu)榈蜏氐蛪簹庖簝上嘁后w進入蒸發(fā)器，吸收污水（中水）熱量后變?yōu)榈蜏氐蛪簹怏w，進入低壓級壓縮機吸氣腔。

3、節(jié)能效果

水源熱泵與傳統(tǒng)供熱供冷方式比較優(yōu)勢是機組效率高、節(jié)約運行成本。

海（污）水源熱泵機組可利用的海（污）水溫度，冬季比環(huán)境溫度高，所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高。而夏季海（污）水溫度比環(huán)境溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風(fēng)冷式和冷卻塔式中央空調(diào)系統(tǒng)，機組效率明顯提高。設(shè)計安裝良好的海（污）水源熱泵，平均來說可以節(jié)約用戶30%-40%的供熱制冷空調(diào)的運行費用。

經(jīng)營成本比較（按照設(shè)計規(guī)模200萬m2計算）

以上單位面積經(jīng)營成本未考慮財務(wù)成本和設(shè)備折舊費。

由上表可以看出當(dāng)熱泵機組采用民用電價時會比集中供熱成本低很多。

機組運行穩(wěn)定，可靠性高，機組可實現(xiàn)最高65℃出水，可編程PLC控制器，靈活控制機組運行狀態(tài)，可通過自控裝置實現(xiàn)無人職守運行，機組設(shè)有完善的安全保護裝置，確保安全可靠，可以實現(xiàn)顯示系統(tǒng)的各種狀態(tài)參數(shù)，方便用戶操作。

水源熱泵項目最大的特點是節(jié)能減排。由于我國以煤電為主，所以不論是直接用燃煤供熱還是用電帶動熱泵機組供熱，對比不同方式供熱系統(tǒng)的一次能源利用效率是比較客觀的。計算條件發(fā)電煤耗折算系數(shù)為0.3169kg標(biāo)準(zhǔn)煤/kw.h電的輸配效率為95﹪.而常規(guī)系統(tǒng)的供熱效率取70﹪，煤的運輸和排渣損耗為10﹪。標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值為8.14MWh/噸?！?】

以星海灣金融商務(wù)區(qū)200萬平方米建筑為例：（與傳統(tǒng)方式用電或用煤全部折合成標(biāo)準(zhǔn)煤來比較）每年可節(jié)約2.6萬噸標(biāo)煤，可減排二氧化碳約7萬噸，減排二氧化硫500余噸，減排氮化物200余噸。

4、結(jié)束語

從總體上講，水源熱泵具有可再生能源利用、高效節(jié)能、運行穩(wěn)定可靠、環(huán)境效益顯著、節(jié)約土地利用率、機組使用壽命長、自動化程度高等明顯優(yōu)勢。

參考文獻

[1]譚乃秦.污水處理廠污水低溫?zé)崮芾肹J].節(jié)能技術(shù)，2002.

[2]沈陽市再生水源熱泵供熱規(guī)劃[R].2007.

[3]徐偉.中國地源熱泵發(fā)展研究報告（2008）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008：223～226.