近日，國家“十一五”科技支撐計劃重點項目：長江上游地區(qū)地表水水源熱泵系統(tǒng)高效應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究與示范順利實施，并取得豐碩成果。

重慶市涪陵區(qū)CBD中央商務(wù)區(qū)（一期）江水源熱泵示范工程

 
地表水水源熱泵系列標(biāo)準(zhǔn)

 
重慶大劇院江水源熱泵示范工程

 
SRBLG500高效節(jié)能水源熱泵機組
 

重慶嘉陵制冷空調(diào)設(shè)備有限公司水源熱泵產(chǎn)業(yè)基地

　　2006年年底，中央經(jīng)濟工作會議提出把節(jié)能減排作為經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整和增長方式轉(zhuǎn)變的突破口和重要抓手。自此，節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)工作被提升到一個前所未有的高度。在這個宏偉的藍(lán)圖中，水——大自然的生命之源，正越來越多地承載著人們建設(shè)家園，美化環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，造福子孫后代的期望。

　　適應(yīng)可再生能源建筑應(yīng)用需求 提高地表水水源熱泵整體科技水平

　　我國正處于經(jīng)濟高速增長和城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的時期，對能源提出了更高的要求。為此，《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》將可再生能源開發(fā)利用作為未來優(yōu)先發(fā)展的重要技術(shù)領(lǐng)域之一。自上世紀(jì)50年代以來，我國就開展了熱泵方面研究，取得了一定的成果，但總體上來看，我國地表水水源熱泵技術(shù)的研究還存在技術(shù)集成、系統(tǒng)模式識別和設(shè)計不足、取水—水處理技術(shù)缺陷較大、基本數(shù)據(jù)獲取及相關(guān)理論分析和軟件系統(tǒng)的研發(fā)不足等重要問題。

　　為了落實國家節(jié)能減排的戰(zhàn)略任務(wù)，保障重慶市“十一五”規(guī)劃對能源的需求，推進(jìn)城鄉(xiāng)統(tǒng)籌綜合示范建設(shè)，2007年開始，重慶市建設(shè)技術(shù)發(fā)展中心聯(lián)合重慶大學(xué)、重慶嘉陵制冷空調(diào)設(shè)備有限公司、中國建筑西南設(shè)計研究院等10余個單位，結(jié)合重慶市地表水水源熱泵的工作需求和現(xiàn)有工作基礎(chǔ)，以長江上游地區(qū)地表水應(yīng)用為對象，承擔(dān)了國家“十一五”科技支撐計劃重點項目“長江上游地區(qū)地表水水源熱泵系統(tǒng)高效應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”，項目總投入5811萬元，其中國家專項經(jīng)費1843萬元，地方財政和企業(yè)配套資金3968萬元。

　　項目設(shè)置了“取水—水處理關(guān)鍵技術(shù)與成套化設(shè)備研究”“高效地表水水源熱泵機組及輸配系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備研究”和“地表水水源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用支撐技術(shù)與優(yōu)化集成研究與示范”等3個課題。三年多來，項目組投入近200名科研人員，通過深入研究，開發(fā)了適應(yīng)長江上游地區(qū)地表水水源條件的高效水源熱泵機組及輸配系統(tǒng)，研究和突破了取水—水處理和系統(tǒng)應(yīng)用保障關(guān)鍵技術(shù)，建立健全了長江上游地區(qū)地表水水源熱泵系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程和圖集，并建設(shè)了集成化的示范工程，形成了經(jīng)濟、適用、高效的地表水水源熱泵系統(tǒng)技術(shù)模式、工程模式和管理模式，初步建立了在長江流域開展地表水水源熱泵推廣應(yīng)用的科技支撐體系。

　　項目立足于國家和地方的需求，通過集成創(chuàng)新和關(guān)鍵技術(shù)突破，基本攻克了在含沙量或含藻量較高的地表水區(qū)域經(jīng)濟高效地開展水源熱泵應(yīng)用的關(guān)鍵難題，大大地提高了熱泵設(shè)備在地表水水源條件下的適應(yīng)能力和能效，實現(xiàn)了取水—水處理技術(shù)的設(shè)備化和簡易化，并從其輸配系統(tǒng)優(yōu)化、水環(huán)境影響及控制、系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面建立了應(yīng)用保障技術(shù)體系。整體上提高了我國地表水水源熱泵的科技水平。同時，還建立了一支跨學(xué)科的、技術(shù)研發(fā)與工程應(yīng)用相結(jié)合的人才隊伍，對于提高我國地表水水源熱泵的總體工作水平做出了積極貢獻(xiàn)。

　　學(xué)科交叉合作解決行業(yè)關(guān)鍵難題 實現(xiàn)節(jié)能和經(jīng)濟效益雙贏

　　開式地表水水源熱泵系統(tǒng)的能效要明顯高于閉式地表水水源熱泵系統(tǒng)，但其在較高含沙量和藻密度情況下存在易腐蝕、易堵和換熱效率低的問題。針對這一難題，項目采取熱泵機組和取水處理設(shè)備同時分擔(dān)的技術(shù)路線，一方面研發(fā)適應(yīng)性機組以提高其在高效換熱工況下對水質(zhì)的適宜性，降低水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，另一方面研發(fā)簡易化和設(shè)備化的取水水處理技術(shù)和設(shè)備，降低取水水處理的成本和實施難度，通過學(xué)科交叉，共同解決制約開式地表水水源熱泵應(yīng)用的難題，實現(xiàn)節(jié)能和經(jīng)濟效益的雙贏。
 

　　在高效換熱水源熱泵機組方面，成功搭建了水源熱泵機組在水質(zhì)（含沙量和濁度）變化下的動態(tài)性能模擬實驗平臺，建立了水源熱泵機組動態(tài)性能仿真模型，利用實驗平臺和仿真模型，完成了不同水質(zhì)條件下的水源熱泵機組性能變化實驗，基本掌握了長江上游地區(qū)地表水水源水質(zhì)條件對水源熱泵機組性能影響的規(guī)律，提出了長江上游地區(qū)地表水水源熱泵機組水質(zhì)建議標(biāo)準(zhǔn)；通過在制冷劑循環(huán)系統(tǒng)中增設(shè)過冷經(jīng)濟器增大過冷度，提高了半封閉螺桿壓縮機的效率；通過從膨脹閥節(jié)流前引一分支管路至壓縮機吸入端或者吸收過冷經(jīng)濟器的閃發(fā)蒸汽，直接導(dǎo)入壓縮機吸入端均可實現(xiàn)直接冷卻壓縮機線圈，從而解決熱泵熱水機排氣溫度過高的問題；通過在水源熱泵機組進(jìn)水端設(shè)置特殊裝置，并將換熱器內(nèi)部的水流速度控制在1.5—2.0m/s范圍，結(jié)合采用耐腐蝕、抗沖擊能力強的鎳銅管和復(fù)合管板，并進(jìn)行系統(tǒng)管路優(yōu)化設(shè)計，使水源熱泵機組在具有較好的耐蝕性和抗沖擊能力的前提下保持了良好的換熱性能，成功研制出了適應(yīng)長江流域水溫水質(zhì)特點，具有防蝕、防堵、防垢性能的200kW、500kW高效節(jié)能地表水水源熱泵機組和300kW、500kW高效節(jié)能水源熱泵熱水機，實現(xiàn)在具有抗腐蝕、防微生物和易清洗性能的基礎(chǔ)上，比國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的節(jié)能產(chǎn)品能效指標(biāo)高15%以上、比傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)的運行效率提高了30%；建立了輸配系統(tǒng)能耗模型，提出了地表水水源熱泵系統(tǒng)的臨界取水高差概念及其計算確定方法，得出了總能耗最小的冷卻水最佳溫差，與傳統(tǒng)運行模式相比，所提出的最佳溫差下的運行模式可節(jié)能4.5%—6.5%，建立了水源熱泵結(jié)合蓄能系統(tǒng)的動態(tài)空調(diào)負(fù)荷預(yù)測體系、優(yōu)化控制模型和評價指標(biāo)，提出了新型的簡便式能量型計量方法，得出了地表水水源熱泵系統(tǒng)主要耗能設(shè)備耗能比例，并提出了地表水水源熱泵系統(tǒng)的控制邏輯以及控制參數(shù)的確定方法。

　　在水源、取水、水處理技術(shù)方面，首次針對水源熱泵應(yīng)用需求全面地獲取了三峽水庫試運行期間長江、嘉陵江典型江段、地下潛流水和城市內(nèi)湖及水庫等水體的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和資源分布圖，并建立了動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫；首次針對長江上游地區(qū)各類地表水體水源特點和水源熱泵技術(shù)需求，較完整地構(gòu)建了經(jīng)濟適用的取水與水處理技術(shù)體系，包括：針對江水源直接取水的側(cè)向流翼片斜板高效除沙取水頭部、具有微細(xì)沙去除能力的改進(jìn)型水力旋流除沙器、自動清洗分級過濾器和水源熱泵專用濾水器；針對潛流水取水的改良型貼礫過濾器及其安裝工藝和改進(jìn)型濾床清淤工藝；針對城市內(nèi)湖取水的超聲波微濾除藻過濾器和防堵除沙型湖庫取水凈水一體機等，所開發(fā)的技術(shù)較目前所采用技術(shù)系統(tǒng)化更高，大大降低了單位熱效率的增量成本，并實現(xiàn)了設(shè)備化和簡易化，使得在高含沙量和高藻量水源條件下經(jīng)濟高效、便捷地開展地表水水源熱泵應(yīng)用成為可能。

　　在應(yīng)用保障技術(shù)和平臺建設(shè)方面，在國內(nèi)首次系統(tǒng)地研究了地表水水源熱泵機組尾水排放對水環(huán)境的影響，提出了評價指標(biāo)體系、綜合評價方法和降低水環(huán)境影響的最優(yōu)排放方式及其設(shè)計技術(shù)；建立了建筑全年動態(tài)負(fù)荷、地表水規(guī)模、空調(diào)系統(tǒng)的模擬分析方法，開發(fā)出長江上游地區(qū)地表水水源熱泵系統(tǒng)工程應(yīng)用計算分析設(shè)計計算機輔助軟件；針對三峽水庫蓄水后長江上游地區(qū)地表水水文、水沙特征，結(jié)合關(guān)鍵技術(shù)的研究成果和工程示范經(jīng)驗，在國內(nèi)首次編制了《重慶市地表水水源熱泵系統(tǒng)建筑應(yīng)用管理規(guī)定》《地表水水源熱泵系統(tǒng)適應(yīng)性評估標(biāo)準(zhǔn)》《地表水水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》《地表水水源熱泵系統(tǒng)施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》《地表水水源熱泵系統(tǒng)運行管理技術(shù)規(guī)程》《地表水水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)圖集》，形成了初步的標(biāo)準(zhǔn)體系，填補了該領(lǐng)域空白；確定了地表水水源熱泵系統(tǒng)集成優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)值，提出了系統(tǒng)集成優(yōu)化設(shè)計方法、重點環(huán)節(jié)、節(jié)能控制策略及最優(yōu)的江水設(shè)計溫度取值。通過上述成果，系統(tǒng)地建立了地表水水源熱泵應(yīng)用支撐技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系。綜合應(yīng)用上述技術(shù)，可實現(xiàn)系統(tǒng)運行能效較使用前提高20%以上，環(huán)境影響降低到標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。所建立的標(biāo)準(zhǔn)體系不僅可促進(jìn)技術(shù)的推廣應(yīng)用，而且可提高建設(shè)質(zhì)量，節(jié)約設(shè)計時間，節(jié)約運行管理費用20%以上。

　　截至目前，項目已研制新產(chǎn)品、新工藝、新裝置12項；申請專利22項，其中發(fā)明專利6項；發(fā)表技術(shù)論文60余篇；主持和參與編制地方標(biāo)準(zhǔn)4項；成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用數(shù)4項，成果轉(zhuǎn)讓獲得收入500多萬元。項目已培養(yǎng)博士1人、碩士31人、專業(yè)技術(shù)人員190人，為承擔(dān)單位培養(yǎng)了一支技術(shù)研發(fā)與工程應(yīng)用相結(jié)合的人才隊伍。組織實施示范工程8個，總面積近30萬平方米，示范工程系統(tǒng)能效提高20%以上。項目累計取得經(jīng)濟效益13395萬元，整個項目可實現(xiàn)年節(jié)電近1250萬度，年減排二氧化碳約1.5萬噸，年減排二氧化硫約121.5噸。項目成果推廣應(yīng)用前景廣闊，按照取長江水量的1%計算（水體按靜止流體計算，取1%的水量造成長江水體溫升0.10℃，若考慮流動，散熱等因素，溫度變化將會更?。?，可滿足3000多萬平方米的公共建筑空調(diào)需求，按現(xiàn)有示范工程投資成本統(tǒng)計，每平方米投資約326.9元，則產(chǎn)生119.1億元的市場效益。對于在具有適合條件的地區(qū)實現(xiàn)2020年可再生能源在建筑領(lǐng)域消費比例占建筑能耗的15％以上提供了強有力的科技支撐。
 

    重慶已初步建立相對完善的地表水水源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，填補了國內(nèi)空白，該標(biāo)準(zhǔn)體系已為重慶市地表水水源熱泵建筑應(yīng)用的實施提供了有效的工程指導(dǎo)和技術(shù)借鑒，目前重慶市已實施完畢和正在實施的水源熱泵示范工程共22個，示范面積達(dá)292萬平方米。

責(zé)編：dongj