海水热泵技术应用

1、 软件园二期应用海水热泵技术软件园二期应用海水热泵技术 进行区域供冷和供热的初步探讨进行区域供冷和供热的初步探讨主要内容主要内容v研究背景和意义研究背景和意义v海水热泵技术区域供冷、供热系统介绍海水热泵技术区域供冷、供热系统介绍v国外的应用现状和经济性分析国外的应用现状和经济性分析v大连和瑞典的气候对比大连和瑞典的气候对比v软件园二期应用海水空调的优势软件园二期应用海水空调的优势v目前已经初步完成的工作目前已经初步完成的工作v正在进行的和以后需要做的工作正在进行的和以后需要做的工作v附录：经济性分析软件成果展示附录：经济性分析软件成果展示一、研究背景和意义一、研究背景和意义1.1研究背景研究背

2、景 世界背景世界背景： 二十一世纪，能源和环境是人类面临的两大问二十一世纪，能源和环境是人类面临的两大问题。在过去的十几年中，越来越多的工程师和科学题。在过去的十几年中，越来越多的工程师和科学家开始关心全球的气候变化问题。这种气候变化与家开始关心全球的气候变化问题。这种气候变化与人们使用煤、石油等矿物燃料有关。并且这些燃料人们使用煤、石油等矿物燃料有关。并且这些燃料在数量上是有限的，最近的石油和煤价格的上涨对在数量上是有限的，最近的石油和煤价格的上涨对经济发展已经造成了严重的破坏。经济发展已经造成了严重的破坏。国内背景：国内背景： 可持续发展和绿色建筑是中国应对这两大问题可持续发展和绿色建筑是

3、中国应对这两大问题提出的措施。在中国，能源产量和消耗量增长的很提出的措施。在中国，能源产量和消耗量增长的很快，从快，从19801999年间平均的增长率从年间平均的增长率从3.24.3间波动。这其中主要是依靠煤，而相关的排放物间波动。这其中主要是依靠煤，而相关的排放物增长占世界增长占世界CO2的排放量增长率的的排放量增长率的28，在，在2020年年后中国将会取代美国成为最大的后中国将会取代美国成为最大的CO2排放国家。而排放国家。而这其中三分之二的能源最终是利用热能，其中非常这其中三分之二的能源最终是利用热能，其中非常大的比例是低温热能（家庭热水，居住区和商业区大的比例是低温热能（家庭热水，居住

4、区和商业区的空调加热）。的空调加热）。 刚刚结束的八国会议已经提出对中国刚刚结束的八国会议已经提出对中国CO2排放排放量要求。中国没法回避这个问题，不久的将来中国量要求。中国没法回避这个问题，不久的将来中国会正视这个问题。会正视这个问题。 大连市的情况：大连市的情况： 具体到大连，除了上述问题以外，大连还存在具体到大连，除了上述问题以外，大连还存在缺少淡水的问题，人均淡水占有量是全国的四分之缺少淡水的问题，人均淡水占有量是全国的四分之一，而传统空调使用冷却塔进行冷却，每年的空调一，而传统空调使用冷却塔进行冷却，每年的空调的补水量巨大的补水量巨大 。 以上问题驱使人们不断探求新的可更新，环境以上

5、问题驱使人们不断探求新的可更新，环境友好的能源。海水热资源的利用是人们在这过程中友好的能源。海水热资源的利用是人们在这过程中找到的切实可行的方法之一。找到的切实可行的方法之一。1.2海洋热资源利用的意义海洋热资源利用的意义 据国外资料介绍，据国外资料介绍，海水是一种很好的热资源，海水是一种很好的热资源，主要应用在大中型热泵系统。在深度主要应用在大中型热泵系统。在深度2550米的深米的深处，冬季海水的温度一般是处，冬季海水的温度一般是(5-8)，结冰问题通常，结冰问题通常不是个问题（冰点通常是不是个问题（冰点通常是 -1 -2)。海洋热资海洋热资源在各方面有很多的优势，世界各国也不断源在各方面有

6、很多的优势，世界各国也不断重视这方面的开发利用。重视这方面的开发利用。二、海水热泵技术区域供热、供冷系统介绍二、海水热泵技术区域供热、供冷系统介绍2.1海水热泵的工作原理海水热泵的工作原理 海水水源热泵系统是以海水为提取和储存能量海水水源热泵系统是以海水为提取和储存能量的冷、热源，借助压缩机系统消耗少量电能，在冬的冷、热源，借助压缩机系统消耗少量电能，在冬季把存于水中的低位热能提取出来为用户供热；夏季把存于水中的低位热能提取出来为用户供热；夏季则把室内的热量提取出来释放到水中，从而降低季则把室内的热量提取出来释放到水中，从而降低室温，达到制冷的效果。室温，达到制冷的效果。 海水空调是利用海水资

7、源的一个很好的途经。海水空调是利用海水资源的一个很好的途经。现在的海水空调在技术上和经济上都是可行的。一现在的海水空调在技术上和经济上都是可行的。一旦安装后，能源供应是取之不尽的，可以大大减少旦安装后，能源供应是取之不尽的，可以大大减少对于燃料的依赖。另外海洋热资源是可更新的、对对于燃料的依赖。另外海洋热资源是可更新的、对环境没有危害的。再次使用海水空调可以大量节省环境没有危害的。再次使用海水空调可以大量节省淡水资源淡水资源。对开发商来说建筑物内没有单独的冷冻对开发商来说建筑物内没有单独的冷冻机房，可以提供更大的有效面积。机房，可以提供更大的有效面积。海水水源热泵原理图海水水源热泵原理图2.2

8、海水空调系统的构成海水空调系统的构成v几公里长的大管径海水供水管道几公里长的大管径海水供水管道v抗腐蚀的热泵抗腐蚀的热泵v把冷、热水从机房送到各建筑的管网系统把冷、热水从机房送到各建筑的管网系统v海水回水管道海水回水管道2.3影响海水空调系统经济性的因素影响海水空调系统经济性的因素v融资方法融资方法(包括产权类型和利率包括产权类型和利率) v当地的海水和地形状况当地的海水和地形状况 v海水空调的区域特点海水空调的区域特点 v电价分类电价分类 v海水空调系统的利用率海水空调系统的利用率 三、国外应用现状和国内研究状况三、国外应用现状和国内研究状况 世界各国都在研究海水在暖通方面的应用。北世界各国

9、都在研究海水在暖通方面的应用。北欧的瑞典、挪威，美洲的美国、加拿大，亚洲的日欧的瑞典、挪威，美洲的美国、加拿大，亚洲的日本和香港都已经有成熟的应用。本和香港都已经有成熟的应用。 3.1瑞典的使用情况瑞典的使用情况 斯德哥尔摩斯德哥尔摩26的集中供热系统热量来自污水和的集中供热系统热量来自污水和海水，热泵机组的总装机容量达到了海水，热泵机组的总装机容量达到了420MW。海。海水取自海平面以下水取自海平面以下15m处，冬季的温度大约处，冬季的温度大约+3 。目前最大的热泵系统在斯德哥尔摩，共有六台热泵目前最大的热泵系统在斯德哥尔摩，共有六台热泵系统组成（每台系统组成（每台30MW）具体的参数如下：

10、）具体的参数如下：v单台单台/总供热能力：总供热能力：30MW/180MWv单台耗电：单台耗电：8MWv蒸发温度：蒸发温度：-3v冷凝温度：冷凝温度：+82 v海水进出口温度：海水进出口温度：+2.5/+0.5 v供水、回水温度：供水、回水温度： +80 / +57 v调节能力：调节能力：10100%v1988年所有大型的热泵的年所有大型的热泵的COP平均值为平均值为3.1（经过理论计算（经过理论计算COP值大于值大于2，就比燃煤节能），就比燃煤节能） 斯德哥尔摩斯德哥尔摩Vrtan热泵站参数热泵站参数 2000年瑞典区域供冷情况年瑞典区域供冷情况斯德哥尔摩斯德哥尔摩斯德哥尔摩斯德哥尔摩热热

11、泵泵 机机 组组热泵机组热泵机组取水口取水口排水口排水口3.2挪威的使用情况挪威的使用情况 1994年特隆赫姆港一个大型的热泵系统在年特隆赫姆港一个大型的热泵系统在STATOIL研究中心投入使用。利用海水做为热源。研究中心投入使用。利用海水做为热源。 供热面积为供热面积为28000平方，海水温度为平方，海水温度为56，选，选用两台用两台450kW的热泵机组。的热泵机组。 设计状态的下设计状态的下COP值是值是4.0，预计的回收年限为，预计的回收年限为4.5年。年。 3.3加拿大加拿大 哈里法克海港哈里法克海港1986年建立了系统利用海水冷却两个商业建筑年建立了系统利用海水冷却两个商业建筑全部面

12、积是全部面积是30000平方米，采用的管材是聚丙烯材料，平方米，采用的管材是聚丙烯材料，取水深度大约是取水深度大约是25米，夏天配合冷冻机联合使用。米，夏天配合冷冻机联合使用。3.4日本日本 大阪大阪 最大海水用量最大海水用量13,100 m3/h，供热供冷的面积，供热供冷的面积750,000 平方米，系统采用吸收式制冷、冰蓄冷和平方米，系统采用吸收式制冷、冰蓄冷和热泵系统，海水用于冷却和热源。热泵系统，海水用于冷却和热源。3.5其他国家的研究情况其他国家的研究情况 美国的夏威夷、荷兰的安的列斯群岛、关岛的美国的夏威夷、荷兰的安的列斯群岛、关岛的Tumon海湾、新西兰的奥克兰市都在做海水空调的

13、海湾、新西兰的奥克兰市都在做海水空调的研究，但他们考虑主要是从深海取水夏天直接与热研究，但他们考虑主要是从深海取水夏天直接与热交换器进行换热输出冷冻水。交换器进行换热输出冷冻水。日本大阪日本大阪3.6海水热泵系统的经济性分析海水热泵系统的经济性分析 1994年特隆赫姆港年特隆赫姆港STATOIL 研究中心研究中心（28000平方）热泵以海水作为热源，在设计条件平方）热泵以海水作为热源，在设计条件下性能系数为下性能系数为4.0。与以石油为燃料的传统供热系统。与以石油为燃料的传统供热系统和传统的空调系统相比，此海水源热泵系统每年的和传统的空调系统相比，此海水源热泵系统每年的节能量是显著的：供热节约

14、电节能量是显著的：供热节约电2.3 GWh（百万度），（百万度），制冷节电制冷节电0.4 GWh。回收期为。回收期为4.5年年 。 国内青岛建筑工程学院进行过这方面的工作，国内青岛建筑工程学院进行过这方面的工作，对青岛开发区对青岛开发区140000平方的地区进行了两种不同方平方的地区进行了两种不同方案的经济性对比。案的经济性对比。 一种是采用海水热泵进行供热和供冷，另一种一种是采用海水热泵进行供热和供冷，另一种方案是冬天采用锅炉供热，夏天采用冷冻机供冷。方案是冬天采用锅炉供热，夏天采用冷冻机供冷。 经过对比得到第一种方案的回收年限是经过对比得到第一种方案的回收年限是2.803年，第二种是年，第

15、二种是3.85年。第一种比第二种有明显的优年。第一种比第二种有明显的优势。势。 四、瑞典和大连的气候对比四、瑞典和大连的气候对比 海水热泵能不能在大连使用，首要的条件是气候条件是否达海水热泵能不能在大连使用，首要的条件是气候条件是否达到要求，为此我们把瑞典和大连的气候条件进行对比。到要求，为此我们把瑞典和大连的气候条件进行对比。 从中可以看出大连和瑞典的气候比较接近，甚至更利用热泵的从中可以看出大连和瑞典的气候比较接近，甚至更利用热泵的使用使用城市城市纬纬 度度 海水全年海水全年平均水温平均水温 夏季平均夏季平均水水 温温 冬季平均冬季平均水水 温温 海水最低海水最低 温温 度度 斯斯 德哥德

16、哥尔摩尔摩北纬北纬59度度 7 15 -3 两个月被两个月被冰覆盖冰覆盖 大连大连北纬北纬40度度 11.2 22-23 0.9-1.7 -1.9 瑞典和大连的位置对比瑞典和大连的位置对比五、软件园二期利用海水空调的优势五、软件园二期利用海水空调的优势5.1.地理优势地理优势软件园二期海深分布图软件园二期海深分布图 软件园二区是一个新的开发区，没有相应的供软件园二区是一个新的开发区，没有相应的供热和供冷的配套设施，可以考虑整体的规划，特别热和供冷的配套设施，可以考虑整体的规划，特别适合新系统新技术的应用。适合新系统新技术的应用。 开发区靠近海洋，附近海水深度适宜，大约深开发区靠近海洋，附近海水

17、深度适宜，大约深度在度在2035米间，离海岸线也不是特别远（由中国米间，离海岸线也不是特别远（由中国人民解放军司令部航海保证部提供的图纸）。人民解放军司令部航海保证部提供的图纸）。 开发区在初步规划中已经基本否定了建火力发开发区在初步规划中已经基本否定了建火力发电站可能性。拟采用电站可能性。拟采用BHKW燃气罐装置。国内没有燃气罐装置。国内没有先例，而且还要使用矿物燃料（详见规划说明）先例，而且还要使用矿物燃料（详见规划说明） 。 利用当地资源优势，不受外来因素的影响应该利用当地资源优势，不受外来因素的影响应该是在系统方案选择中要考虑的重要因素之一。是在系统方案选择中要考虑的重要因素之一。5.

18、2政策优势政策优势 国外新技术、新能源的应用都可以取得政府的国外新技术、新能源的应用都可以取得政府的优惠政策，包括从贷款，利息，税率，排污和环保优惠政策，包括从贷款，利息，税率，排污和环保费用的收取。费用的收取。 开发区如果采用这项技术应该同样可以争取到开发区如果采用这项技术应该同样可以争取到政府各方面的支持。政府各方面的支持。5.3人力优势人力优势 大连理工大学人力方面的优势可以和亿达公司大连理工大学人力方面的优势可以和亿达公司丰富的工程经验相结合。丰富的工程经验相结合。 大工有一个由教授、博士、硕士组成的一个梯大工有一个由教授、博士、硕士组成的一个梯队，针对出现的问题可以提供可操作性的建议

19、或者队，针对出现的问题可以提供可操作性的建议或者意见。意见。五、目前已经开始做的工作五、目前已经开始做的工作1.查阅国外的相关文献和并对大连气温、海水温度、查阅国外的相关文献和并对大连气温、海水温度、物性进行了调查，对二者进行了比较。得到结论是物性进行了调查，对二者进行了比较。得到结论是现有的条件基本可以满足这项技术要求的条件。现有的条件基本可以满足这项技术要求的条件。2.以大连市利用污水水源热泵供热为背景，开发了水以大连市利用污水水源热泵供热为背景，开发了水源热泵供热经济性分析软件，可以方便地预测热泵源热泵供热经济性分析软件，可以方便地预测热泵站投资的经济性，已通过大连市科技局鉴定。站投资的

20、经济性，已通过大连市科技局鉴定。3.调研了大连石化公司的海水冷却系统，对取水设施、调研了大连石化公司的海水冷却系统，对取水设施、管线布置，海水管线的防腐和有机物的结垢等问题管线布置，海水管线的防腐和有机物的结垢等问题进行了特别的调研。在工业的海水冷却方面大连已进行了特别的调研。在工业的海水冷却方面大连已经有比较成熟的经验。经有比较成熟的经验。4.和瑞典的和瑞典的Axima 公司取得联系，就有关热泵的使用公司取得联系，就有关热泵的使用条件和技术参数进行了咨询。条件和技术参数进行了咨询。5.对热泵系统和燃煤系统、冰蓄冷系统进行了经济性对热泵系统和燃煤系统、冰蓄冷系统进行了经济性分析比较，并编制了相关的软件。分析比较，并编制了相关的软件。六、目前正在做的和以后需要做的工作六、目前正在做的和以后需要做的工作1.经济性分析报告经济性分析报告 正在做海水热泵区域供冷、供热系统的经济性正在做海水热泵区域供冷、供热系统的经济性分析报告。借鉴国外一些成熟的算法接合大连的实分析报告。借鉴国外一些成熟的算法接合大连的实际情况进行工程的造价评估和经济性分析。际情况进行工程的造价评估和经济