針對(duì)青島海域的狀況，采用煙臺(tái)頓漢布什公司獨(dú)有的海水防腐蝕技術(shù)，成功地解決了海水直接進(jìn)機(jī)組的防腐蝕問題，降低了設(shè)備投資費(fèi)用，提高了機(jī)組效率，節(jié)約了運(yùn)行費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了制冷、制熱、制熱水的功能，將為青島市及全國(guó)的建筑節(jié)能技術(shù)的推廣起到良好的示范作用。
[關(guān)鍵詞]海水源熱泵機(jī)組；節(jié)能環(huán)保；制冷、供暖、洗浴熱水
Successful Application and Development of Dunham-bush Enclose Screw Sea Water Source Heat Pump Units in Qingdao Li Aiyan Zuo Shaoliang Dong Xiaxia Yantai Dunham-bush Industrial Co., LTD Summary] Aim at condition of Qingdao sea, successfully solved the anti-corrosion problem cause by sea water directly into the unit by use Yantai Dunham-bush unique seawater anticorrosion technology. Reduce the equipment investment cost, raise the efficiency and decrease operating cost, realize cooling, heating, hot water function. Built a great role model of building energy efficiency technology to Qingdao and whole country. [key words] sea water source heat pump units; Energy conservation and environmental protection; Cooling, heating, bath hot water
引言
海水源熱泵技術(shù)是利用地球表面淺層水源（海水）吸收的太陽(yáng)能和地?zé)崮芏纬傻牡蜏氐臀粺崮苜Y源，并采用熱泵原理，通過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)。采用煙臺(tái)頓漢布什公司獨(dú)有的海水防腐蝕技術(shù)，成功地解決了海水直接進(jìn)機(jī)組的防腐蝕問題，降低了設(shè)備投資費(fèi)用，提高了機(jī)組效率，節(jié)約了運(yùn)行費(fèi)用。同時(shí)又成功地解決了海水溫度隨著室外溫度不斷變化，低溫度提取海水熱量的技術(shù)難題。
一、青島海域的海水資源的狀況
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1、地理位置：
青島地處山東半島東南部，位于東經(jīng)119度30分～121度，北緯35度35分～37度09分。海岸線（含所屬海島岸線）總長(zhǎng)為862.64公里，其中大陸岸線730.64公里，69個(gè)海島的岸線長(zhǎng)132公里，總計(jì)海岸長(zhǎng)862.64公里，大陸岸線占山東省全省岸線的1/4強(qiáng)。海岸線曲折，岬灣相間，面積大于0.5平方公里的海灣，自北而南分布著丁字灣、嶗山灣、小島灣、太清宮口、嶗山口、麥島灣、浮山灣、前海灣、膠州灣、唐島灣等32個(gè)海灣，優(yōu)越的自然環(huán)境，優(yōu)良海域的水文條件尤其適合海水源熱泵項(xiàng)目的建設(shè)和實(shí)施。
2、海水水溫：
青島海域海水平均溫度1月、2月份為5.5℃，12月份為9℃。表1.1全年各月份海平面海水平均溫度（℃）根據(jù)中國(guó)海洋信息網(wǎng)、國(guó)家海洋預(yù)報(bào)臺(tái)公布的數(shù)據(jù)，2008年2月份青島海域海水溫度約為2－4℃左右。
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1999年至2008年最低表層海水溫度2000年2月15日2.3℃，2005年2月21日2.6℃；
1999年至2008年，取暖季節(jié)最低海水平均溫度6.09℃，取暖季節(jié)最高海水平均溫度8.12℃；
冬季時(shí)，海水深度7米處，海水溫度高于表層水溫0.4℃；夏季海水最高溫度25℃左右，海水深度7米處，海水溫度低于表層水溫3.5℃左右。深水區(qū)鹽度31.8‰，冰點(diǎn)溫度-1.7℃；淺水區(qū)域鹽度30.5‰，冰點(diǎn)溫度-1.7℃；PH值8.1。
3.海水水質(zhì)：
青島海域?yàn)檩^清潔海域，符合國(guó)家海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中二類海水水質(zhì)的海域，如圖1.3所示。海水鹽度冬夏季為31‰左右。
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4.海水潮位：
海域最低潮位2006-02-27日08時(shí)12.5cm，2006年最高潮位380cm，漲潮水滿至海堤，沿河入?？谔庍M(jìn)入河內(nèi)200米，落潮線距海堤300米。
綜上分析青島海域沿海一線優(yōu)越的地理位置、豐富的海水資源，適合海水源熱泵工程的建設(shè)。
二、全封閉螺桿式海水源熱泵機(jī)組在青島海域應(yīng)用的現(xiàn)狀
從頓漢布什公司海水機(jī)組的發(fā)展的情況來看，自2004年煙臺(tái)萊佛士船廠、爪洼船廠、南通美利昌通寶船務(wù)等船廠分別采用海水冷卻的方式選用了頓漢布什海水冷水機(jī)組117臺(tái)，隨著熱泵技術(shù)的發(fā)展，自2006年以后安國(guó)陽(yáng)光逸景、天津中心漁港、大連港、唐山海港、海西船廠、香檳海岸等項(xiàng)目采用頓漢布什海水熱泵機(jī)組100多臺(tái)，供熱、供冷面積達(dá)到200多萬平方米，從熱源的提取的形式看，從最早的直接海水冷卻到打沙灘井的海水供冷、供熱，海水源熱泵的應(yīng)用積累了大量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到了快速的發(fā)展，先針對(duì)青島的海西船廠和香檳海岸進(jìn)行詳細(xì)的介紹。
1、青島海西船廠海水源熱泵情況介紹
1.1工程概況
青島海西重機(jī)有限責(zé)任公司是武漢船用機(jī)械有限責(zé)任公司的全資子公司，隸屬于中國(guó)船舶重工集團(tuán)，是從事起重機(jī)械、港口裝卸機(jī)械設(shè)計(jì)制造的專業(yè)廠家。公司位于青島市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，地處膠州灣入口，交通運(yùn)輸非常方便，總規(guī)劃面積51萬平方米，其中廠房面積30萬平方米，裝配場(chǎng)地面積21萬平方米，碼頭岸線長(zhǎng)約1000米。
青島海西重機(jī)有限責(zé)任公司在廠區(qū)中央空調(diào)綜合應(yīng)用熱泵技術(shù)，以工業(yè)余熱、海水資源為熱（冷）源，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)生活熱水、冬季采暖、夏季空調(diào)的節(jié)能減排項(xiàng)目。通過熱泵形式實(shí)現(xiàn)以下功能：
1.1.1利用空壓機(jī)冷卻水作為熱泵低溫?zé)嵩磳?shí)現(xiàn)一年四季的洗浴熱水供應(yīng)。洗浴用水要求每天提供60℃以上的熱水150m3，可供3000人的洗浴。洗浴用水的使用時(shí)間主要集中在下午16～18點(diǎn)，其余時(shí)間不用（一期工程）。
1.1.2利用海水作為熱泵低溫?zé)嵩磳?shí)現(xiàn)辦公樓、食堂及部分宿舍樓的夏季制冷空調(diào)和冬季采暖以及部分宿舍樓的冬季采暖。
1.2、熱泵系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
1.2.1、低溫?zé)嵩吹那闆r
廠區(qū)內(nèi)現(xiàn)設(shè)計(jì)一個(gè)空壓機(jī)站房，其中150m³的離心式空壓機(jī)4臺(tái)（每臺(tái)空壓機(jī)的冷卻水循環(huán)量為90m3/h），主要用于噴涂車間，間歇應(yīng)用；30m³的空壓機(jī)4臺(tái)（冷卻水循環(huán)量為40m3/h），主要用于維持正常生產(chǎn)，常年運(yùn)行（每年只有幾天不運(yùn)行）。循環(huán)水溫度（從空壓機(jī)出來的水）一般為32℃，冬季最低為22℃，夏季最高為42℃，循環(huán)水的溫差在6-12℃左右，取11℃，循環(huán)水的降溫采用冷卻塔進(jìn)行降溫冷卻。同時(shí)，本工程瀕臨黃海，夏季時(shí)—5米以下處的海水溫度在22℃以下，冬季海水溫度在3℃以上（大部分時(shí)間在5℃以上），也是熱泵一種比較好的低溫?zé)嵩?。因此，本工程具有比較優(yōu)良的冷熱源，采用熱泵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)冬季供暖、夏季制冷，同時(shí)一年四季提供洗浴熱水具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。
1.2.2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
1.2.2.1采暖（空調(diào)）熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
以海水做為熱泵的低溫?zé)嵩?，?shí)現(xiàn)各種辦公樓和生活宿舍樓的冬季采暖，以及辦公樓、食堂、部分宿舍樓的夏季制冷空調(diào)。辦公樓、食堂、1#宿舍樓的末端采用風(fēng)機(jī)盤管形式，冬季供熱，夏季供冷（中央空調(diào)形式），2#宿舍樓的末端采用地板輻射采暖形式，冬季供熱，夏季不供冷。
空調(diào)部分冷、熱負(fù)荷計(jì)算表
1.2.2.2洗浴用水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
每天提供60℃的洗浴熱水150m3，可供3000人的洗浴。
每天洗浴需總熱負(fù)荷：冬季：1.163×150×（60℃-8℃）＝9072KW/天；
通常衛(wèi)生熱水機(jī)組每天運(yùn)行8～14小時(shí)，則衛(wèi)生熱水機(jī)組總熱負(fù)荷為648kw～1134kw。
洗浴用水的使用時(shí)間集中在一個(gè)時(shí)間段，本方案設(shè)置2個(gè)凈容量各為75m3的蓄熱水箱，總蓄水量150m3，可以充分保證洗浴熱水的用量。
1.2.3、主機(jī)及附屬設(shè)備選型
1.2.3.1空調(diào)部分主機(jī)：
機(jī)組選型原則：滿足最惡劣工況條件下（海水溫度為3℃時(shí)）工程供暖的使用要求。
空調(diào)部分主機(jī)選用煙臺(tái)頓漢布什工業(yè)有限公司生產(chǎn)的立式全封閉螺桿海水源熱泵機(jī)組WCFXHP50TN兩臺(tái)。
夏季：采用海水作為冷卻水，制冷時(shí)，在海水進(jìn)出水溫度為22/27℃，空調(diào)冷水進(jìn)出水溫度為12/7℃時(shí)，機(jī)組的制冷量為1666kw，輸入功率為253.7kw，COP值6.57。
冬季：最惡劣工況條件下，全部采用海水做為熱源水，海水進(jìn)出水溫度為3/0℃，熱水進(jìn)出水溫度為45/50℃時(shí)，機(jī)組的制熱量為1659kw，輸入功率為393.5kw，COP值4.22。
正常工作下，利用空壓機(jī)余熱水換熱之后的熱源水，熱源水進(jìn)出水溫度為16/5℃，熱水進(jìn)出水溫度為45/50℃時(shí)，機(jī)組的制熱量為1888kw，輸入功率為405.3kw，COP值4.66。
1.2.3.2洗浴熱水：
機(jī)組選型原則：為了滿足使用機(jī)組使用效率，洗浴用水的使用時(shí)間集中在一個(gè)時(shí)間段，為減少熱泵主機(jī)的容量，降低設(shè)備初投資，同時(shí)在最惡劣工況條件下（海水溫度為3℃時(shí)）的能夠正常使用。
洗浴熱水機(jī)組選用煙臺(tái)頓漢布什工業(yè)有限公司生產(chǎn)的立式全封閉螺桿海水源熱泵機(jī)組WCFXHP18SRN兩臺(tái)。
冬季：最惡劣工況條件下，全部采用海水做為熱源水，海水進(jìn)出水溫度為3/0℃，熱水進(jìn)出水溫度為55/60℃時(shí)，機(jī)組的制熱量為347kw，輸入功率為111.9kw，COP值3.10。
正常工作下，利用空壓機(jī)余熱水換熱之后的熱源水，熱源水進(jìn)出水溫度為16/5℃，熱水進(jìn)出水溫度為55/60℃時(shí)，機(jī)組的制熱量為447kw，輸入功率為115.3kw，COP值3.88。
2、青島香檳海岸的情況介紹
青島香檳海岸住宅小區(qū)，建筑面積總建筑面積159369m2，要求冬季采用地板輻射采暖，夏季采用風(fēng)機(jī)盤管制冷。本項(xiàng)目經(jīng)過2010-2012年冬季的運(yùn)行，性能穩(wěn)定，該項(xiàng)目通過了財(cái)政部、建設(shè)部“可再生項(xiàng)目能源在建筑應(yīng)用中示范項(xiàng)目”的審批。
本工程為青島頤榮置業(yè)房地產(chǎn)開發(fā)有限公司開發(fā)建設(shè)的“香檳海岸”小區(qū)和“好望海岸”大廈，工程坐落于青島膠南市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)兩河路、海水浴場(chǎng)對(duì)面，東靠?jī)珊哟蠛?00米，南臨黃海，距離海邊約500米。
“香檳海岸”小區(qū)，末端地板輻射供暖，不供冷、不提供生活熱水，總熱負(fù)荷值：4267kW，其中低區(qū)2267kW，高區(qū)2000kW。
“好望海岸”大廈，采暖、供冷末端為風(fēng)機(jī)盤管，總熱負(fù)荷：3824.6kW，其中低區(qū)和中區(qū)為2800kW，高區(qū)為1024.4kW，總冷負(fù)荷：4246.4kW，其中低區(qū)和中區(qū)為3200kW，高區(qū)為1046.4kW。
選用頓漢布什全封閉螺桿式海水源熱泵機(jī)組4臺(tái)，WCFXHP69S2臺(tái)，WCFXHP54T2臺(tái),機(jī)組提供的冷熱水：夏季供冷水，溫度為7/12℃；冬季供熱水，溫度為50/45℃,冬季海水溫度3/0℃，夏季海水溫度22/27℃，室內(nèi)溫度整個(gè)冬季都高于18℃。
三、目前推廣海水源熱泵存在的問題
3.1投資的經(jīng)濟(jì)性
結(jié)合國(guó)內(nèi)幾個(gè)工程的投資和運(yùn)行費(fèi)用的狀況，通過以一個(gè)一萬平米的辦公樓的中央空調(diào)冷、熱源為例進(jìn)行了分析,其結(jié)果如下:
通過經(jīng)濟(jì)分析報(bào)告來看，初投資高，為海水源的發(fā)展受到了一定的限制。
3.2技術(shù)的可行性
3.2.1海水源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)
海水對(duì)金屬材料有著強(qiáng)烈的腐蝕性，因此如何經(jīng)濟(jì)、可靠地解決海水對(duì)材料的腐蝕性，成了海水源熱泵的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，根據(jù)海水的利用方式，一般分為閉式和開式，其中開式又分為直接利用方式和間接利用方式。
3.2.1.1閉式--是指在冷熱源側(cè)采用閉環(huán)的水系統(tǒng)，一般采用高密度聚乙烯塑料管作為熱交換器，直接將其投放于海水中，通過換熱盤管中的介質(zhì)與海水之間的換熱來實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移。
這種方式的優(yōu)點(diǎn)主要包括：
①保證了海水與熱泵機(jī)組不直接接觸，因此熱泵機(jī)組的換熱器無需進(jìn)行特殊處理，擴(kuò)大了熱泵機(jī)組的選擇范圍；由于不需克服取水口到熱泵機(jī)組的靜水高度，閉式系統(tǒng)冷熱源側(cè)的循環(huán)水泵比開式系統(tǒng)耗電量低。
其缺點(diǎn)有：
①由于采用塑料換熱盤管進(jìn)行換熱，其供熱和制冷效率較低；水下?lián)Q熱盤管的布置有一定要求，若布置于公共區(qū)域，有可能遭到人為的破壞，因此其使用范圍小。
3.2.1.2、開式直接利用方式--是將海水經(jīng)過水泵提升，通過取水管道直接引人熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器（或冷凝器），使海水的熱量（或冷量）直接傳遞給熱泵工質(zhì)，換熱后的海水再通過排水管道輸送回海面。
其優(yōu)點(diǎn)是：
①由于海水與熱泵機(jī)組制冷劑直接換熱，因此在相同條件下比閉式系統(tǒng)供熱和制冷效率高；
②海水外網(wǎng)取水點(diǎn)可布置在較深的海水中，而排水點(diǎn)在海邊，因此換熱后排放的海水對(duì)取水區(qū)域海水溫度的影響小，可保證取水點(diǎn)處海水溫度的穩(wěn)定。
其缺點(diǎn)是：
由于海水直接作為換熱介質(zhì)，與熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器（或冷凝器）接觸，因此其蒸發(fā)器（或冷凝器）需采取防腐措施，對(duì)機(jī)組的防腐蝕的工藝和材料要求較高。
3.2.1.3、開式間接利用方式--是指利用換熱器將海水與熱泵機(jī)組隔離開，利用循環(huán)水泵將海水通過輸送管道送至換熱器中，使其與熱泵回水在換熱器中實(shí)現(xiàn)能量交換，從而將海水的冷熱量傳遞給水環(huán)系統(tǒng)的換熱介質(zhì)，再通過換熱介質(zhì)的循環(huán)將冷熱量傳遞給熱泵的蒸發(fā)器（或冷凝器），而放出冷熱量的海水則通過排水管道輸送回海面。
這種方式的優(yōu)點(diǎn)是：機(jī)組不與海水接觸，與海水直接接觸的設(shè)備只有換熱器，可拆式的鈦板板式換熱器，則當(dāng)換熱器受到腐蝕或管路堵塞時(shí)，可以方便的進(jìn)行更換或清洗。
缺點(diǎn)是：鈦板換熱器的造價(jià)很高，同時(shí)由于增加了中間換熱，使冬季進(jìn)到機(jī)組的溫度降低，夏季進(jìn)到機(jī)組的溫度升高，因此整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用也比方式2的要高。
因此是應(yīng)用之前要做一個(gè)投資和運(yùn)行費(fèi)用的比較，便于系統(tǒng)的選擇。
3.2.2海水源熱泵機(jī)組的防腐蝕措施
頓漢布什公司滿液式蒸發(fā)器技術(shù)，這為海水源熱泵機(jī)組的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，滿液式海水源熱泵相對(duì)其它水源熱泵，具有更優(yōu)的節(jié)能效果，但因海水中含有大量的氯離子，對(duì)普通換熱器材料具有較強(qiáng)的腐蝕性，因此海水源熱泵的海水換熱器的防腐蝕的措施尤為重要。
常規(guī)換熱器的換熱管通常采用紫銅管，不耐海水腐蝕；海水換熱器的換熱管采用耐海水腐蝕的鋁黃銅管或鎳銅管，更有甚者采用鈦管。B10的經(jīng)濟(jì)性和抗腐蝕性在前述幾種換熱管中俱佳，鋁黃銅管最經(jīng)濟(jì)，但抗蝕性能比鎳銅管B10差一些，使用壽命會(huì)比采用B10換熱管的換熱器短；鎳銅管B30的抗蝕性比B10強(qiáng)，但成本也高許多；對(duì)海水抗蝕性最強(qiáng)的是鈦管，但成本也成幾倍趨勢(shì)增長(zhǎng)，一般只在軍事等極其重要的場(chǎng)所才使用。可根據(jù)用戶對(duì)成本和使用壽命的要求提供不同的材質(zhì)。對(duì)于管程為海水側(cè)的換熱器（冷凝器和滿液式蒸發(fā)器），為防止海水對(duì)常規(guī)容器的管板和水室的腐蝕，這些部位也要采用特殊材質(zhì)，對(duì)機(jī)組的工藝的要求非常高。
四、結(jié)論：
頓漢布什滿液技術(shù)為海水源熱泵技術(shù)提供了很好的技術(shù)保證。
青島海岸線總長(zhǎng)海岸長(zhǎng)862.64多公里，具備一個(gè)得天獨(dú)厚應(yīng)用海水源熱泵的條件，海水源熱泵是一種節(jié)能環(huán)保的空調(diào)系統(tǒng)形式。在任何地區(qū)擬采用這種系統(tǒng)之前，一定要對(duì)當(dāng)?shù)氐暮Ｋ闆r進(jìn)行深入細(xì)致的調(diào)查勘探，針對(duì)不同的地區(qū)、不同使用規(guī)模、不同的設(shè)計(jì)形式、不同的機(jī)組的配置形式進(jìn)行合理的配置。
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煙臺(tái)頓漢布什工業(yè)有限公司李愛彥
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