（開(kāi)灤集團(tuán)唐山社區(qū) 河北 唐山 063000）

摘 要： 采用煤礦礦井水水源熱泵為煤礦礦區(qū)及生活后勤供應(yīng)生活熱水、采暖和制冷，可以為企業(yè)節(jié)約能源消耗，達(dá)到節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境，提高企業(yè)效益的目標(biāo)。工程的建設(shè)將進(jìn)一步推動(dòng)煤礦企業(yè)可再生能源應(yīng)用工作又快又好發(fā)展，有較大的推廣前景。

關(guān)鍵詞： 礦井水；水源熱泵；工程；應(yīng)用

一、引言

近年來(lái)，水源熱泵系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，尤其是各煤礦企業(yè)，利用煤礦礦井水水源熱泵系統(tǒng)為礦區(qū)及生活后勤供應(yīng)生活熱水、采暖和制冷，為企業(yè)節(jié)約了能源消耗，達(dá)到節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境，提高企業(yè)效益的目標(biāo)。開(kāi)灤集團(tuán)建設(shè)了13座礦井水處理廠(chǎng)、5個(gè)礦井水能量利用項(xiàng)目。目前，礦區(qū)礦井水處理能力達(dá)到了16.3萬(wàn)噸/日，礦井水能量利用總制冷量和總制熱量分別達(dá)到25224KW和40678KW。其中范各莊礦業(yè)公司、呂家坨礦業(yè)公司和東歡坨礦業(yè)公司等陸續(xù)新建了凈化水廠(chǎng)，將從礦井中排出的礦井水進(jìn)行凈化處理達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)后，為礦區(qū)及生活后勤單位供給生產(chǎn)、生活用水。經(jīng)過(guò)處理后的礦井水水溫常年保持在16～19℃之間，比同期的冬季室外氣溫高，比夏季室外氣溫低，且日水溫、水量的波動(dòng)較小，這為利用水源熱泵供暖和制冷提供了極為便利的優(yōu)越條件。經(jīng)過(guò)處理后的礦井水作為水源熱泵的冷熱源，凈化后的礦井水經(jīng)過(guò)熱泵機(jī)組換熱后，直接進(jìn)入自來(lái)水管網(wǎng)作為礦區(qū)及生活后勤單位生活用水使用。這種環(huán)環(huán)相扣的水資源綜合利用方式，為建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)及資源的綜合利用方面，樹(shù)立了良好的示范作用。

二、水源熱泵的基本原理

水源熱泵技術(shù)是利用地球表面淺層水源中吸收的太陽(yáng)能和地?zé)崮芏纬傻牡蜏氐臀粺崮苜Y源，采用熱泵原理，通過(guò)少量的高位電能輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。夏季機(jī)組低溫介質(zhì)水轉(zhuǎn)換建筑中熱量降溫，冬季把暖網(wǎng)水熱能轉(zhuǎn)換到建筑物供暖。水源熱泵與常規(guī)空調(diào)相比，具有高效節(jié)能、節(jié)水省電、環(huán)保效益顯著的特點(diǎn)。其一機(jī)多用、應(yīng)用范圍廣、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，維護(hù)方便，能源可再生利用等諸多優(yōu)點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，有著持續(xù)發(fā)展的需求。

三、水源熱泵系工程設(shè)計(jì)方案

（一）工程簡(jiǎn)介

水源熱泵工程采用礦井水水源熱泵為生產(chǎn)和生活提供制冷、熱負(fù)荷。夏季水源熱泵機(jī)組提供冷量，冬季則提供采暖需求，全年為礦區(qū)男、女更衣室提供洗浴熱水。

（二）工程設(shè)計(jì)原理

本工程利用礦井水中較低的能量，冬季為熱泵機(jī)組提供低溫?zé)嵩矗瑢⒌V井水中低位能量轉(zhuǎn)化為高位能量，供給末端采暖使用和制備生活熱水；夏季為熱泵機(jī)組提供冷源，熱泵機(jī)組向空調(diào)末端提供冷量，進(jìn)行空調(diào)制冷。

（三）系統(tǒng)工藝流程

水源熱泵制熱工況水利用流程圖見(jiàn)圖1，制冷工況水利用流程圖見(jiàn)圖2.礦井水提取工藝為：水池→礦井→水循環(huán)泵→礦井水源熱泵機(jī)組→管道輸送→排入水池。

（四）工程技術(shù)方案

1、制冷技術(shù)

該工程的水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是以水源熱泵機(jī)組作為空調(diào)主機(jī)，采用礦井水作為水源的系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)管路上閥門(mén)的開(kāi)閉實(shí)現(xiàn)機(jī)組制冷與制熱的切換。熱泵機(jī)組本身具有既制冷又制熱的功能，且制冷效率遠(yuǎn)大于分體式空調(diào)器的制冷效率。與家用空調(diào)器相比，至少節(jié)能40%。

2、熱回收技術(shù)

該工程中有全年的熱水負(fù)荷，將采用熱回收技術(shù)和設(shè)備。利用這部分熱量來(lái)獲取熱水，實(shí)現(xiàn)廢熱利用的目的。熱回收技術(shù)應(yīng)用于水源機(jī)組，減少原冷凝器的熱負(fù)荷，使其熱交換效率更高；所以經(jīng)過(guò)熱回收改造后，其工作效率都會(huì)顯著提高。根據(jù)實(shí)際檢測(cè)，進(jìn)行熱回收改造后機(jī)組效率提高5%-15%。技術(shù)改造后負(fù)荷減少，機(jī)組故障減少，壽命延長(zhǎng)。

3、工作方式

系統(tǒng)采用一組空調(diào)水循環(huán)泵作為空調(diào)水和采暖水的循環(huán)動(dòng)力。工程所使用的礦井水已經(jīng)經(jīng)過(guò)處理，達(dá)到飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，可直接進(jìn)入水源熱泵機(jī)組。

4、工程主要設(shè)備

根據(jù)采暖、空調(diào)負(fù)荷狀況，選擇SGHP1800型水源熱泵機(jī)組作為空調(diào)主機(jī)，夏季制冷和提供生活熱水，冬季供熱和提供生活熱水，機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1.

SGHP1800A型熱泵機(jī)組耗電功率：制熱時(shí)421KW，制冷時(shí)300KW。全年制備生活熱水需2臺(tái)機(jī)組，耗電功率842KW，夏季制冷時(shí)需2臺(tái)機(jī)組，耗電功率600KW，冬季采暖時(shí)需1臺(tái)機(jī)組，耗電功率421KW。

四、效益分析

（一）技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

1、常規(guī)能源替代量

與傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比，水源熱泵每年可以節(jié)約常規(guī)能源約4400萬(wàn)kWh；若系統(tǒng)的使用壽命按照15年計(jì)算，總共可以節(jié)約常規(guī)能源約66522萬(wàn)kWh。

2、費(fèi)效比

水源熱泵工程的使用壽命按照15年計(jì)算，則該工程的費(fèi)效比（增量成本/壽命期內(nèi)常規(guī)能源替代總量）約為0.04元/kWh。

3、運(yùn)行費(fèi)用分析

經(jīng)核算，綜合考慮運(yùn)行的電費(fèi)、人員費(fèi)、折舊費(fèi)等各項(xiàng)運(yùn)行費(fèi)用，水源熱泵工程的運(yùn)行費(fèi)用每年約為603.4萬(wàn)元。

（二）效益分析

1、節(jié)能效益分析

水源熱泵工程實(shí)施后，每年可以節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約10895t。其中每年采暖節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1205t，制冷節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤239t，生活熱水供應(yīng)節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤9451t，具有很好的節(jié)能效益。

2、經(jīng)濟(jì)效益分析

水源熱泵工程實(shí)施后，每年可以節(jié)約人民幣約562.6萬(wàn)元。工程總投資約2242.2萬(wàn)元，投資回收年限為4年。

（三）環(huán)境影響分析

近年來(lái)，唐山市的大氣環(huán)境污染日益嚴(yán)重，尤其是冬季采暖季，而以煤為主的能源消費(fèi)是造成大氣環(huán)境污染的重要原因。因此，如何在采暖供熱方式的選擇上突出環(huán)境保護(hù)的制約，具有重要意義。水源熱泵工程無(wú)需鍋爐，沒(méi)有燃燒過(guò)程，不存在固體廢棄物、有毒有害氣體及煙塵排放等問(wèn)題，不消耗水資源，不污染地下物質(zhì)，因而是環(huán)保的空調(diào)系統(tǒng)。水源熱泵工程實(shí)施后，每年可以減少向大氣排放約7343t（按碳計(jì)）二氧化碳，217.9t二氧化硫，108.9t粉塵，環(huán)境效益非常明顯。

五、結(jié)論

當(dāng)前，國(guó)家、省、市各級(jí)政府十分重視可再生能源開(kāi)發(fā)利用工作，礦井水既是一種具有行業(yè)特點(diǎn)的污染源，又是一種寶貴的可再生水資源。開(kāi)灤集團(tuán)各煤礦礦區(qū)充分利用礦井水水源熱泵工程，必將進(jìn)一步推動(dòng)企業(yè)節(jié)能減排工程的進(jìn)一步深化，促進(jìn)煤礦可再生能源應(yīng)用工作又好又快發(fā)展。

作者簡(jiǎn)介：楊洋（1982-）女，大學(xué)，開(kāi)灤集團(tuán)唐山社區(qū)助理工程師。