1引言

目前，能源問題已成為世界關注的焦點。我國是能源消費大國，建筑能源消費占全國總能源消費的約四分之一，因此節能和可再生能源的利用成為研究的重點。我國海岸線較長，部分沿海城市已開始計劃利用海水源熱泵空調系統為建筑提供冷熱源，節約能源，減少污染，為生態城市建設服務。本文主要討論海水源熱泵空調系統的具體應用形式和特點，旨在為相關工程的具體實施方案和運行管理提供參考。

2海水源熱泵空調系統概述

海水源熱泵空調系統就是利用海水做為熱源或熱匯，并通過熱泵機組，加熱熱媒或冷卻冷媒，最終為建筑提供熱量或冷量的系統。海水中包含的熱能是典型的可再生能源，因此海水源熱泵空調系統也是可再生能源的利用方式，是節能環保的綠色供熱空調系統。

巨大的海面經常受到太陽的輻射，受大洋環流、海域周圍具體氣候條件的影響，海水溫度的數值因地而異。為了盡量提高海水源熱泵空調系統的供熱/冷卻效率，以及整個系統的經濟性，需要研究在不同的海水資源條件下，為了滿足熱用戶的需求，可以選擇的各種海水源熱泵空調系統形式及其運行模式。

3海水源熱泵空調系統形式

本文討論的海水源熱泵空調系統是指可以同時為多個建筑提供冷/熱源的系統。海水源熱泵空調系統可以從多個角度進行分類。這里只討論根據海水熱泵單元的設置場所進行的分類，可以分為

3.1集中式海水熱泵空調系統

集中式海水熱泵空調系統是指將所有海水熱泵單元集中設置在統一的熱泵室內(熱泵室可以根據需要設置在海邊或用戶區域附近)，制備的冷/熱水通過小區外網輸送給各用戶，如圖1所示，也可以稱為海水熱泵集中供冷系統。

3.1.1冬季系統運行模式分析

(1)集中熱泵站將網絡回水直接加熱到用戶需要的溫度后(60/50℃的回水溫度等)，依次輸送給各熱用戶，用戶與外部網絡采用無混合裝置的直接連接方式。

(2)集中熱泵站將網絡供水加熱到比用戶實際需要的供水溫度稍高后輸出(65/50℃的供水溫度等)，用戶和網絡可以采用混合泵的直接連接方式(如圖2所示)。與以前的方式相比，由于網絡供水溫度稍高，熱泵單元的COP值稍低，但此時網絡循環泵不需要考慮最不利環路的末端用戶的阻力損失，揚程下降的同時，由于網絡供水溫差的增大，輸送相同能量的網絡循環水量減少，節約泵的輸送能源另一個值得注意的是，這種網絡運行方式還允許用戶根據自己的需要在一定范圍內調整自己的供水溫度，比以前的方式。

3.1.2夏季系統運行模式分析

(1)集中熱泵站直接制備各用戶夏季實際需要的冷凍水(例如7/12℃的冷凍水)后，依次輸送給各用戶，用戶與外部網采用無混合裝置的直接連接方式。

(2)集中熱泵站制作比用戶實際需要的稍低的冷凍水(例如5/12℃的冷凍水)，輸送給各用戶，同樣，用戶和網絡可以采用混合泵的直接連接方式。該運行方式所具有的特點與前冬相應的情況相同，不再重復。

3.1.3集中式海水熱泵空調系統優勢分析

與目前通常采用的各建筑物單獨設置電冷凍機組的冷凍和鍋爐室的熱水供暖方式相比，該系統主要具有

(1)可以充分利用各用戶的負荷分布多樣性的特征(也就是說，并非所有用戶同時達到峰值負荷)，減少設備的總裝機容量，降低自己的初始投資

（2）大型熱泵機組的COP值比小型機組的要高（一些具體數值可參見[1]），提高了能量利用效率。

（3）雖然熱泵機組通常仍需要用電實現制冷/熱，但由于它在一年的大部分時間里都在較高的COP值下運行，仍然具有節能優勢（類似的計算分析參見[2]），這也是海水熱泵空調系統之所以受到關注的一個重要原因。

(4)各用戶內的冷熱源室和室外冷卻塔可以取消，節約了許多寶貴的建筑面積，增加了業主的收益，減輕了設備配置給結構專業帶來的設計負擔，減少了結構施工成本，同時消除了這些設備產生的噪音

(5)大量使用海水，可節約有限的淡水資源。淡水資源的缺乏是一個全球性的難題，我國很多沿海城市嚴重缺乏淡水城市，節約淡水資源意義重大。

(6)熱泵單元集中配置后，有助于專家集中管理和維護，節約運行成本，提高供冷/熱的可靠性。

3.2分散式海水熱泵空調系統

該海水熱泵空調系統形式如圖3所示:所有海水熱泵單元分散給各用戶，室外管網系統只為各用戶單元提供必要的海水。

與集中式海水熱泵空調系統相比，該系統的熱泵機組分散，容量相對較小，初始投資相應增加，機組的COP值也略低于集中放置的大型機組，各用戶還需要冷熱源機房，但該系統中各用戶的熱泵機組相對獨立，提高了用戶的靈活性

圖3分散式海水熱泵空調系統圖4帶冷卻塔的用戶與海水外網的連接

3.2.1冬季系統運行模式分析

對于冬季只有熱負荷的建筑物，熱泵單元根據供暖狀況運行的同一建筑物內有熱負荷和冷負荷的情況下，在建筑物內部采用水環熱泵系統來實現節能

3.2.2夏季系統運行模式分析

(1)室外管網中的海水作為循環冷卻水，提供給各用戶的熱泵單元，制作用戶自己需要的冷凍水，此時用戶單元的COP值略低于集中的大型單元，但仍略高于用戶使用冷卻塔時的COP值。

(2)各用戶仍保留冷卻塔，外網內海水提供冷卻塔的冷卻循環水及其補水，如圖4所示。

盡管用戶仍在使用冷卻塔，但海水冷卻塔仍然節省了大量的淡水資源，僅為冷卻塔服務的外網內海水流量遠遠低于海水直接冷卻熱泵單元所需的水量，因此海水的運輸能源消耗最大限度。

3.3雙聯結式海水熱泵空調系統

該系統的示意圖見圖5。該系統的突出特點是既有集中熱泵站，又有分散給各用戶的熱泵單元，因此也稱為聯合式海水熱泵系統。顯然，這種設計可以提高系統的初始投資，但冬季海水溫度過低(北方寒冷地區近海水溫度接近0℃)時，系統可以完全為各用戶供熱(詳情請參照以下)，不需要追加輔助熱源(現在的熱泵技術

3.3.1冬季系統運行模式分析

該系統冬季可能有

(1)海水溫度低時(通常此時室外氣溫也低，用戶熱負荷大)，集中海水熱泵站內一級海水熱泵單元制備15~20℃的溫水，通過外部網絡輸送給各用戶

(2)海水溫度高時，集中熱泵站可一次制備各用戶可供熱的熱水，用戶內熱泵單元不工作，此時的工作模式與2.1節集中海水熱泵空調系統的運行模式相同。

(3)海水溫度高時，只能分散到各用戶的熱泵單元，向建筑供熱，集中熱泵站內的單元停止工作。此時的工作模式與2.2節分散式海水熱泵空調系統的運行模式相同。

(4)當然，海水溫度高時，一、二級熱泵單元也可同時工作，外網內的水溫略高于15~20℃。

關于一、二級熱泵機組之間外網環路內水溫的最佳取值范圍，二級熱泵是串行工作還是單行工作，以及其間的轉換條件，必須通過更詳細的理論分析和實驗驗證來確定。

3.3.2夏季系統運行模式分析

除夏季一般單級熱泵冷卻外，其馀運行模式與上述冬季情況相似，不予重復。

4小結

本文針對利用海水作為冷熱源的熱泵供冷/熱系統，根據熱泵機組的設置場所不同，分為集中式、分散式和雙耦合式三種類型，總結了集中式海水熱泵系統的諸多優點，對各種類型系統在冬的可能運行模式和特點進行了簡單的說明和分析。需要指出的是，三種系統可能直接利用海水直接供冷。

此外，本文只討論了各種類型的海水熱泵空調系統及其可能的運行模式，對任意給定的具體實際工程，從系統能源消耗特性、經濟性、系統供冷/熱的可靠性等方面進行更詳細的計算和分析，最終得到滿意的結果