基于海水源热泵系统的运行研究

1、烟台大学毕业论文分类号 编号烟 台 大 学毕 业 论 文基于海水源热泵系统的运行研究Study on the operation of seawater source heat pump system申请学位： 工学学士 院 系： 海洋学院 专 业： 热能与动力工程 姓 名： 陈翔 学 号： 201260504221 指导老师： 孙津丽（讲师） 2016年05月16 日烟台大学海洋学院 基于海水源热泵系统的运行研究姓 名： 陈翔 导 师： 孙津丽 2016年05月16日烟台大学海洋学院烟台大学海洋学院毕业论文任务书姓名陈翔学号201260504221 毕业届别2016专业热能与动力工程毕业论文

2、题目基于海水源热泵系统的运行研究指导教师孙津丽学历硕士职称讲师所学专业供热、供燃气、通风及空调具体要求(主要内容、基本要求、主要参考资料等)：论文内容包括：1、海水源热泵国内外研究状况2、海水源热泵的工作原理3、海水源热泵区域供热的实用性4、前景展望主要参考资料：1、端术琳，李震，舒海文 海水源热泵空调系统的经济与环境评价研究暖通空调，20072、任玉迎，南远新，杭庆荣 海水源热泵的发展和应用 制冷与空调，20073、全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇(暖通空调·动力)M北京：中国计划出版社，20074、张莉，胡松涛海水作为热泵系统冷热源的研究J建筑热能通风空调，2006进度安排：

3、1-5周 查阅文献资料、调查收集信息。 6-10周 进行方案论证、比较，通过数据分析和计算进行综合概括总结，撰写论文。 11-13周 对论文进行进一步的修改、研究，最终完成论文。14周 制作答辩用幻灯片，准备答辩。指导教师签字：2015年 12月30日院（系）意见： 教学院长（主任）（签字）： 年 月 日备注：摘要:本文从经济、环境、环境等方面对我国海水源热泵技术应用进行了分析。首先展稳健。海水源热泵空调系统是可行的。最后根据展望未来，海水源热泵技术前景广阔。关键词：海水源热泵；供热系统；空调系统Abstract:the application of seawater source heat

4、pump technology in China is analyzed from the aspects of economy, environment and environment. First of all, the development of seawater source heat pump at home and abroad, and finally proved that the development potential of sea water source heat pump technology is huge, the development of product

5、ion technology steady. The practicability of sea water source heat pump district heating is analyzed. The results show that only in good policy, the economy of seawater source heat pump air conditioning system is feasible. Finally, according to the prospect of the future, the sea water source heat p

6、ump technology has broad prospects.Key words: seawater source heat pump; heating system; air conditioning system目录引言11海水源热泵国内外研究情况21.1早期海水源热泵研究情况21.2海水源热泵研究现状22海水源热泵的工作原理62.1海水源热泵系统原理62.2海水源热泵系统运行分析73 海水源热泵区域供热的实用性103.1海水源热泵节能减排优势113.2海水源热泵对环境影响评估133.3海水腐蚀性及防腐对策133.4海水源热泵机组位于海洋中的生物附着问题143.5钛板式换热器的应用

7、153.6海水源热泵实用性展望16结论18致谢20参考文献：2128引言 ,境质量的要求。，从而为项目全面推广提供决策，以及技术支持。海水源热泵技术不仅作为国家环保和节能技术同时，而且由于其经济性、灵活性、能源效率高等突出优点，且具有制热、供冷和供应热水等多种功能。7在目前全球倡导低碳节能大趋势的情况下，具有广泛的应用和发展空间，特别是烟台市等其他沿海城市的丰富早日推广，尽快促进，发挥其深远的社会价值，有利于进一步推动烟台市和谐，可持续化，生态城市发展。产。和热介质被加热的热泵机组。使用冷却制冷剂，并最后实现供热或者供冷。因为每个气候条件和该地区的影响，沿海水域的情况条件是不一样的。为了改善水

8、源热泵空调系统加热/冷却效率和整个系统的经济性，有必要对其进行研究不同海水资源条件下，。8海水源技术作为国家环保和节能技术同时，由于其能源效率高、经济性、灵活性强等问题，且具有较高的经济效益和经济效益具有冷却、加热和热水供应，多种功能，在目前全球倡导低碳节能大趋势，有广泛的随着空间的发展。到太阳会和降低运行成本究就显的格外重要。海水可再生能源进区域。低项研究开始池，进入空气热热源，能源可持续利用的一个技术。1 海水源热泵国内外研究情况1.1 早期海水源热泵研究情况。后来在节能减排的背景下进行技术的研究受到国家大力支持，给予财政补贴等刺激政策，因此，发展趋势是非常迅速的。中国已成为热泵工程最大数

9、量，建造，最大的国家建设。在港口工程也有很多应用。据统计，基于地热。大连港矿特别代码第一，二期、三期工程都应用了海水源热泵大窑湾泵系统（水威尔斯）。 港口建设需要在冬季和夏季需要空调进行调节。而传统解决方案也是由于较高的污染物排放和经营成本的不能达到这样的要求。合理优点： 1）因为海水源热泵是通过垂直入渗得到的水，因此，它避免了同一层地下水水源热泵补给的要求问题，不需要水资源部的批准。 2）下海最低温度。3）只有一个系统就可以用来实现冬季采暖、夏季降温。系统简单，节省设备空间。因此，。4）无污染物排放。 5）1.2 海水源热泵研究现状我国可再燃料等方面的需求。它可以取代煤，石油，天然气和其他能

10、源，目前的开发和利用煤，石油，天然气和其他能源资源仍在继续，相比于庞大的可再生资源来说生产利用技术只是冰山的一角。可再生能源资源得到保障。和天然气资。可再生能源是一种国际公。，承担国。 能源有利于可持续发展。海水作为热泵的热源，有很多例子。如悉尼歌剧院，建在第，海，包。瑞典首都斯德哥尔摩，为180mW 60%。 。工厂总面积1871平方米的员工食堂，已成为中国的第一个加热不需要煤，石油，只有使用海水提供供热建设。此外， 400，这在我国尚属首次。近日，范城市，。按照国家“”的要求，“十一五”， 5亿多平方米。示范城市示范项目， 70%的。小平岛区、水城市的分散热泵技术实施的。，用大型热泵进行。

11、，这。在冬季，一个大型的热泵可用于在该地区进行集中供热。在夏天，大型热泵依赖于类似的原则，可以在冷却水的过程中，作为能源的来源完成。4倍的功率消耗，时间冷却，。2。深层水温可以低至2.36，、因此浪费严重。持续发展的重大问题，。国际上对海，已经建立SWAC的国际系统。、纽约和。，瑞典的海水空调的应用和挪，大部分用海水作。瑞典，在1985的总建筑约1000兆瓦，应用于区域供热；1995到目前为止，建设总建设量约为500兆瓦，应在城市和工业生产领域使用。，因。作条件下，下降低1， 2%-3%。，热建筑的使用。系统组件包括用户。，供热系统。，讨论了。， 1994提出的建设，在1998才得到认可，一个

12、地区在使用海水作，也摄入量和排水系统，目的是为了节约。香港离海。近年来，海水的使用正逐渐呈现扩大的趋势，已发展成使用海水作为溶剂，灰尘，还原剂，清洗，饮用和净化，水淬火、渗漏和使用海水的用于生活中的厕所，清洗地面，清洗，消防等。关于海水作为空调，对1965中国第一台水冷式热发区14万。，内容包括：，管是可能对环境的影响。，但。，煤炭占80%， 90%。因此这决定中国污染物排放远高于欧洲和美国。此外，电加热在欧洲国家得到了广泛应用。电加热中挪威70%。方面都能。：技术。在，黄2满，海。技术冷却、防腐蚀等问题热交。另外，完全能够应用到。海。自21世纪初，冷库设备的应用等，这些试点项目，但在欧洲，稳

13、定，易于，这，实际运行的项目并不多，。技术，在海水源热泵空调项目中有三。在，大使用这程和，节能和环保的优点引起，在国外应用和推广得到的结论是其环保和节能是可行的，该系统应在应用的背景下，在中国的应用方面也需要进行探讨。因此， 3E评价中的应用，。该过程涉及到中的环境影响，。，在利用海水资源方面，水。，运营成本等:1) ;2）运行过程中二氧化碳排放量减少，有利于减轻温室效应；3），甚至不再需要制冷机组，可；4），从而减少建筑物；5，可以让建筑部门专心经营主。2 海水源热泵的工作原理2.1 海水源热泵系统原理海水源热泵是一种地源热泵空调技术，是利用低品位可再生能源在海上，通过热泵实现低热量向高热量

14、传递的技术。它在一个压缩机系统的帮助下，少量的电能被消耗，并且在冬天的水被储存在海中。在中低品位能源的“取”出来，到建筑采暖；把剩余的能量在释放到海里。调节室内温度的目的，见图1。，冬，高效节能环保。在夏季热泵的作用下将海水从取水口抽取至换热器,海水与建筑物内的空气进行换热,海水温度升高,室内空气温度下降,然后将空气中的热量带到热泵中进而排向大海。冬季时热能将海水抽取运送到换热器,换热器里的海水与室内的低温气体进行热交换,室内气体温度升高,海水温度下降。然后经过换热后的海水经过热能排入到海洋中。图1 海水源热泵原理图水源热泵系统冬季模式下：取水系统从井口取到海水通过热交换器加热到乙二醇混合物循

15、环系统，乙二醇循环系统，通过二次循环的热量传递到空调水系统热水。水源热泵系统夏季模式下：取水系统从井口取到海水通过板式换热器传递给乙二醇混合物循环系统冷量，乙二醇循环系统，通过二次循环的冷量传递到空调水系统。所以系统可以通过水循环热泵系统实现传热。通过循环工作液，将空调系统中的一部分排入热水供应系统，用于供热系统。，其中之一是用海水作海水源热。这两种利，但合使用。第一种方法是经常使用的区域加热和冷却。热泵在夏，从而较大幅度提升了系统。冬季，热泵运行海水中，。系、热泵和换热器。，锅炉供暖系统。第二种方法是类似于直接冷却。工作原理是深海海水回热。该系、冷却成。本系，基本上取代了传统空调系统,详见图

16、2。图2 一种典型的海水空调系统水源热泵在、山东海阳富尔达公司是早期的水源热泵生产厂家，但现在普遍的制冷和空调制造商是用普通冷水机组改造成的水源热泵。2.2 海水源热泵系统运行分析图3 热泵机组系统运行原理图。夏天，海水作为冷却水的使用，不再需要冷却塔，这将大大提高机组的制冷系数，根据计算的冷却水温度1，单位制冷系数大约在2%-3%建筑物提供热量。水源热泵系统冬季模式下：合物循环系统，通。洗浴使用的热水获得的另一部分热量从热泵室吸收热量。因为房间面积很小，而且通过对冷却设备的350kW的总功率，所以风冷热泵机房设备的有效利用散发热量。根据对建筑物加热期间的实际运行情况，空气冷却热泵取约一半的热

17、负荷。后给室内。水源热泵系统夏季模式下：乙二醇混合物循环系统冷量，。所以系统可以通，将空调系统中的一部分排入热水供应。热水储水箱中的热水。多余的热量被海水带走。由于夏天的房间温度可以达到20多,为了减少房间的温度，空气冷却的热泵将开始启动风冷式热泵。在这一点上，空气冷却的热泵继续提供加热热水供应系统并承担部分浴热负荷。 由于冬季地热资源有限，供热在早期，海水温度较高，在冬季的水温是0。相对较低的。上升的，来保证地热资另一个源得到合。海水温度高时，减少海水流量。 。水，并确保项目已取得良好的操作的先进热泵机组。效率一般在4.0以上，而热泵机组在低温状况下可以实现较高性能的运行。最低的水温可以达到

18、零下3.9，其基本技术参数见图标4。制热工况：地下水进水温度12,回水温度7,冷凝器的进水温度45,回水温度55。 制冷工况：地下水进水温度13，回水温度30，蒸发器进水温度12，回水温度；地下水温度应用范围为：8-35；表1 热泵机组基本参数3 海水源热泵区域供热的实用性，仍，不同能源结构及价格等都将，这方式。从2008的八月份到2007的2月份在此期间热泵系统总耗电量21482Kwh。其中,占绝大多数比例的是热泵机组为70。真个年度需要制热量24MWh,制冷量216.540MWh。系统COP按照实际热泵机组样本和和所装备的系统水泵功率运行数据来计算,其中电价按照0.75元/KWh,具体计算

19、表详见表2。表 2 不同方案的费用对比通过对比可以看出,海水源热泵系统的初期投资要远大于传统的冷水机组和城市管网供热系统,也略高于地源热泵系统。初期投资大部分主要体现在设备的购置比如,海水管线、潜水泵、换热器等其他设备。其中,热泵和换热器的前期投资占整个投资的绝大部分。通过图表也可以看出海水源热泵系统和地源热泵系统两个运行系统的运行能耗是五个方案中最小的,需要的标准煤也是最少的。如果计算过程中采用居民用电的价格也就是0.45元/KWh来计算的话,海水源热泵系统的运行能耗将明显的减少。（1）绿色能源，环境效益显着，由于使用了海水作为冷源的空调系统，以取代锅炉，制冷机和冷却塔也相应的抛弃，没有必要

20、烧煤或消耗燃料，不必排放污染物到大气中，没有长途运输的热量，只是消耗少量的电能，任何的污染。，因为海洋本身就是一个巨大的动态能量平衡系统，因此它属于。燃煤锅炉从排放的驱动热泵排放相同的燃料发电，在某些。（2），所以具有较高的COP值，一般在3.6-5.5左右，所以水源热泵系统可以少量的输入功率以获得更高的能量输出，运输生产线高效节能。（3），其温度在时间上具有。跟据相关数据显示，海水温度出现极值在时间上，即，而在夏季最热的建，海，能够完美的地避免供需之。（4）可以一套设备多种用途，使用灵活的海水源热泵可用于冬季供热不用更换锅炉，用于建筑供暖。夏天可以更换冷机组和冷却塔的冷建，同时系统还可以提供

21、热水的健康，不需要配置专用浴锅炉或热水器可获得连续热水供应。，为了实现海水源热泵的应用。海也可根据实际用户这种情况是自由调节的冷却。海水源热泵空调系统有了一些缺点，比如说一个比较大的投资额，当将不同温度的海水排入或者提取出来时，可能会对周围的海洋生物起到一定的影响，而取水构筑物和水管如果放置不到位将带来会对美丽的景观带来诸多为题。，海热泵。对于水环热泵系统，有相当多的研究和工作程应用，是一种比较成熟的技术，这里就不再赘述；现在对海水提取及海水排水处理问题解释。因为该有海水的处理可以使用，所以只有在水循环管道设计，无条件的其他海岸工程中，不需要换热器和循环水泵的防腐蚀保护。在这个问题上，人们最关

22、心的主要技术问题是海水管道和设备的管道和设备的腐蚀和管道的腐蚀和污染。3.1 海水源热泵节能减排优势图4 青岛市四方电厂职工食堂热泵系统示意图位于青岛2400平方米。1000人的洗浴水供应。467kw，在循环水中添加10%-15% COP值约为4.5-5.5。循环系统的主要设备如下:(1) 。(2) 水。(3) 。(4) 。该系统。因为，并且海水。此外该系统不具备集。因为海。吸收了太，而且温度一般比较稳定。海水，在于海水中的热能给提取出来，；在夏天，将室内热提取出来，释放到海“免费”为用户加热生活热水。，但不是，每消耗1KWh的电能，。通常。制冷系统热性。2万平方米的公共建筑，在使用海水，节，

23、减少氮氧化物为常规空调系统。，以节省宝贵的淡水资源，减。3.2 海水源热泵对环境影响评估。环境评估只在。热电由植物降温引起的海洋环境变化给排水系统做了大量的研究这些研究的结果表明，当水的温度上升到8，。另一个研究研究表明，夏季空调系统操作所造成的海水温度上。因此，只要施工前的合理设。3.3 海水腐蚀性及防腐对策自然界中海水中富含的天然电解质是最丰富的。海。金属海水。据相关资料显示，大连海的海洋表层盐度从东北向西南逐渐增多，但双方存在差异，受大陆径流限制。周围的黄庄河口为低盐区，近河口为百分23，向外增加。其余河口大多为低盐度的水，但总的趋势是，向渤海海峡的方向，增加盐度在锦州区东科30，旅顺为

24、百分31-百分30。冬32。渤海段的盐度从北到南，每千31，上升到约0至32%，在渤海海峡。因为海中的盐。在离子化的状态，海水具有很高的电导率，因此海水腐蚀阻性非常小，它也决定了海水的腐蚀性强于淡水。从腐蚀的。因此，是海水。：(1)金属受到阴极过程影响了腐蚀速度。，金属。等。(2)。，腐。如钛、铝合金等，。而断的研究和开发中高新技术在不，这是非常有益的，以促进海水的使用。，：首先合理选择腐蚀保护材料：腐蚀保护材料，包括上面提到的能在海水中自动形成表面钝化膜的合金例如镍合金、不锈钢、铜合金等均能在海水中钝化形成薄膜。海域：当高速或设备的可靠性要求较高时，钛合金和镍基合金是最为理想的选择。有些地区

25、的海水，应选择高耐蚀材料。但因为这金属价格偏高，应根据实际情况选择，如环境腐蚀条件更为严重或对于不可使用的材料需求不多时可以使用上述方法。其次是管道涂层保护方法，此方法是将一层保护膜涂抹于金属表面，将海水与金属材料相隔离避免发生化学反应。目前国内比较推广全面的是将环氧沥青涂料和环氧树脂漆一级硅酸锌漆涂抹于金属表面。第三种方法是阴极保护：，将金属设备用阴极保护极化，由于均匀和局部。该方法投资少，效果好，能够对设备进行长期有效的保护。降低了水流量通过金属设备，使用防腐蚀设备能够降低海水和金属材料的耐腐蚀材料及其他措施。目前国内成功研制出一和设。图 5 海水源热泵机组腐蚀图片3.4 海水源热泵机组位

26、于海洋中的生物附着问题污损生物又被成为海洋附着生物，其常见的生物种类主要有两种，一种是硬壳生物其中包含软体动物，珊瑚中等其他生物。另一种是无硬壳生物：其中包括海藻水螅虫等。海洋生物附着造成的破坏，包括：（道的局部，如藻类。（3）藻由此可见还是养生物附着问题十分严重必须想办法解决,结合国内外研究情况可以得出结论有以下几种应对解决的办法：(1)相应的。(2)对于无硬壳生物来说,设施过滤网对他们毫无办法,但是可以向管道内投放相应的药物,比如说氧化性杀虫剂包括氯气二氧化碳等或者是非氧化性杀虫剂其中包括异氰尿酸等。或者是采用海水电离法,幼虫。物理方法。化学方法包括化学剂，防污漆。防垢技术，物理方法，包括

27、生物，机械清洗和，手工清洗。一般系统需要设置备用设备和管道进行高安全性，不影响操作的前提下，轮流对设备进行操作定期清洁处理。海水淡，海水计。3.5 钛板式换热器的应用7。使用钛板式换热器有以下优点：（1）采用钛和钛合金材料，具有高强度、高传热效率、具有较强的耐腐蚀性，所以它可用于海水源热泵系统，而且并能解决海：（2）清洗和更换的方便。，换热器被阻塞，由于海洋生物的附着性。这可以是一个很好解决生物附着问题；（3）总占地面积小。它占了壳管式换热器面积的五分之一到十分之一，所以可以节省面积的房间。图6 钛板式换热3.6 海水源热泵实用性展望世界的能源消耗中，热能消耗量最为巨大。不可再生资源的一次能源

28、转化为热能，然后转换成各种各样的以能量的形式，在排气、蒸汽形式的能量占一半以上，全球人们如何利用这些热源成为亟待解决的问题。中国的东太平洋，有渤海，黄海，东中国海，南中国海，6500多个岛屿，海岸线长达公里，1万4000岛海岸线总长约千米，所以对我国沿海地区，海洋资源十分丰富。我们国家由于能源供应结构的限制，沿海城市的化石能源消耗基本上是从其他省份投入的，这与其他省份的能源消耗量有关经济的快速发展需要不缺乏，所以要满足沿海城市的能源和长期发展战略，执行机构经济的可持续发展，必须寻求新的能源和可再生能源，以取代化石能源。从这个角度看出，沿海城市应加快海水资源的使用步伐，进而加强科技实力和技术研发

29、和推广产业化的成熟技术，开始扩大其应用范围，从而改变中国沿海城市的能源结构，以满足其经济增长需求。采暖在中国的能源消费占了非常大的比例。以北京地区为例，有多达4个月的冬季取暖时期，传统能源的主要用途是煤炭。，仅在冬季取。煤炭消费量是如此巨大，并集中在四个月内燃烧殆尽给北京造成了非常大的空气污染问题。大气环境污染十分严重。空气中二氧化硫和粉尘浓度的冬季高于非采暖期的六倍，比国家标准更为严重的空气质量，严重危害了城市的人的健康。同时，相当数量的温室气体排放量气体二氧化碳。经过调查，即使煤炭消费量如此巨大，供暖质量仍然不理想，温度不稳定也是又一缺陷。，水。这种高效利用可再生能源技。结论本文通过对海水

30、源热泵系统的运行研究以及应用做了详细的分析和论证,其中包括个别案例的论证等。海水源热泵系统为开式系统的情况下,使用板式换热器将水环系统和海水循环系统隔离开,发展中的推广应用情况。、环境因素的共同分析下得出以下几点结论：(1)海水源技术在全球可持续发张情况下是符合时代进步,历史潮流的一种前沿技术,在一定条件下可以替。采用防腐蚀材料能够让设备老化速度有效减慢,使用过滤网。(2)青,所设计的海水源热泵技术完全可以满足工程的供暖和制冷要求,其运行过程也是省时省力。纵观我国沿海地区使用海水源热泵地理条件得天独厚,海水能量稳定,虽然在供热系数上来说相比较于理想工况有不足之处,但是也可以满足正常的使用要求。(3)，并略高于地源热泵系统。、清洗装置等设备投资。该系统的初始投资也将随着设备的。，但受该项目位于城市没有，以及考虑政策上来说，。在政府或其他社会组织中，。在这种情况下，。如政府优。综上所述,我国要借鉴北欧及其他发达国家对海水源热泵技术的应用,在不断地开拓创新中积累国内的实际工况经验,降低系统运行的初期投资和后期运行成本。鉴于此,本文对海水源热泵技术的发展提出以下几点建议：(1)海水源热泵系统是具有非常强的地域性,可以因地制宜的发展海水源热泵,做好初期的