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1、青岛现代艺术中心海水源热泵系统设计方案二OO七年三月25目 录第1章 工程简介1第2章 海水源热泵设计方案12.1 设计依据12.2 设计参数12.3 空调负荷22.4 海水温度分析22.5 海水取水系统42.6海水流量及管径的确定52.7海水的处理52.8系统特点及工作原理62.9海水源热泵设备的选型8第3章 对比方案113.1电锅炉+冷水机组方案113.2风冷热泵系统12第4章 初投资及经济性分析134.1 初投资134.2 运行费用计算154.3 方案比较表164.4 静态投资回收期的计算174.5 海水源热泵与风冷热泵比较17第5章 工程实例195.1 瑞典斯德哥尔摩Ropsten海水
2、源热泵供热系统项目简介195.2 2000年悉尼奥运会场馆235.3 青岛发电厂职工食堂235.4 青岛奥运媒体中心24第1章 工程简介青岛艺术中心位于青岛东海东路，南面紧靠大海。建筑设计功能以艺术展厅、音乐茶座和工作室为主，并设有办公室、客服中心、餐厅、地下车库、设备间等。 根据建筑平面划分，艺术展示休闲中心空调系统水平共分为五个单元,每个单元竖向划为一个系统。为便于甲方后期分割，空调系统均采用风机盘管加新风系统。每个水平单元内两层共设一套新风系统，新风机位于顶层的新风机房内。本工程拟采用海水源热泵空调系统，制冷机房设在艺术展示休闲中心地下一层。第2章 海水源热泵设计方案2.1 设计依据（1
3、） 采暖通风与空气调节设计规范（GB50019-2003)（2） 建筑设计防火规范 （GBJ16-87）（2003年版）（3） 公共建筑节能设计标准 （GB501892005）（4） 全国民用建筑工程设计技术措施-暖通空调、动力（5） 建设单位设计任务书及提供的室内空调系统设计资料（6） 其它有关本专业的设计规范、规定等2.2 设计参数2.2.1室外设计参数（1）地理纬度：北纬3604（2）大气压力：冬季：101.69k.a, 夏季：99.85kPa。（3）空调室外设计参数：夏季：空调室外计算干球温度TW=29，空调室外计算湿球温度TS=26；冬季：空调室外计算干球温度TW=-9，相对湿度：6
4、42.2.2室内设计计算参数表1 室内计算参数表2.3 空调负荷根据甲方提供的图纸知空调负荷为： 夏季空调冷负荷：3950KW 冬季空调热负荷：3455KW2.4 海水温度分析图1、图2、图3是根据国家海洋局青岛海洋预报站对小麦岛表层观测给出的数据绘制而成的，分别表示青岛小麦岛各月每天海水温度变化曲线，为了分析方便，图中同时绘出相应时间的大气温度变化曲线。图1 2004年11、12月海水温度变化曲线图2 2005年1、2月海水温度变化曲线图3 2005年3、4月海水温度变化曲线从图1、2、3 中可以看出，1月份室外大气温度最低，而1月份海水温度基本在5左右（平均温度4.9 ），2月份大气的温度
5、逐渐上升，海水的温度最低，海水的温度基本在3.0左右（平均温度为3.1 ），3月海水的温度基本都在4以上，4月海水的温度基本都在8以上，2005年室外空气的最低温度出现在2月1日左右，最低温度为-5.5，海水的最低温度出现在2005年2月24日左右，最低温度为2.5，这说明海水的温度变化比室外空气温度推迟2030天左右，这主要是因为海洋水容量和比热较大所至，出现这种情况对采用海水作热泵做低温热源是非常有利的。由于海水温度最低的时候，室外气温不是最低，即所需要负荷不是最大，因此没有必要采用最低海水温度作为设计温度。本工程冬季海水的计算温度取为5。夏季海水温度永远低于空气的温度，海水温度升温非常缓
6、慢，海水温度最高出现时间和室外空气温度最高出现时间相差2025天，同样，夏季海水的温度采用25作为计算温度。2.5 海水取水系统取水系统入口处设有天然的屏障来保护因海潮和船只带来的杂物。因此我们设计时要考虑到这一点，以确保安全和可靠。海水取水方式可以采用以下几种方式：（1）考虑在引入系统中不加设引入管或取水头，这种系统通过水渠将水直接引入海水取水井，在海水取水井重设置海水潜水泵，海水通过潜水泵的提升到换热器。回水通过一段短管回流。但该种方式需要考虑水渠到海岸的长度、海岸附近的坡度，若海岸附近的坡度较小，水渠在海水中的部分较长。（2）在海边附近打井，通过海水的渗透提供海水，该种方式由于需要回灌井
7、，容易引起回灌井的堵塞和周围地面下沉，破坏地下水的利用，该方案不建议采用该种方式。（3）在地上设水泵采用引入输出管道，将海水输送到换热器。这种系统是封闭系统，潮汐的高低会有一定的影响。因此，我们的方案是保证海水泵的最高高度设置在最低海水平面以下，这样可以避免海水泵出现真空，保证吸取海水系统的正常开启和运行。海水取水系统包括以下部分：1）在海底的取水头 海水取水头的底部应距引入区域2.5m以上，以避免底部被海水渗入，从低潮平面到海底的深度为4+2+2.5=8.5m。2）进、出水管道 海水系统的取水部分选用的管道为水泥管道，也可以选择塑料管，通过海水泵之后，管道选用玻璃纤维管道或塑料管，阀门选用塑
8、料阀门，如果有选用钢质阀门那么其内壁要涂有防腐橡胶材料，以免海水腐蚀。经计算海水管道长度约500m（海水中的长度）.。3）海水泵站，包括水泵和海水过滤器 。我们建议采用水渠利用重力压差引入海水，即自流式引水方式，海水经取水头、引水管自流至泵房吸水前池，经清污设备过滤清污之后，由海水泵加压进入海水换热器，换热后经排水管和排水口排入大海。不建议采用自吸引水方式，即海水经海水泵直接抽取海水加压后送入海水换热器。该自吸引水方案的缺点是：吸水管较长，水头损失较大，泵耗大，另一方面，取水头容易堵塞，风浪大时影响取水。2.6海水流量及管径的确定夏季空调冷负荷3950KW，海水的进出口温差取5，热泵机组的CO
9、P取6，计算出海水的流量为850 m3/h，管内海水的流速取1.5m/s ，则海水取水管的管径为DN450。冬季空调热负荷为3455KW，海水的进出口温差取3，热泵机组的COP取3，计算出海水的流量为707m3/h，管内海水的流速取1.5m/s，则海水取水管的管径为410mm，因此冬、夏季可以采用一根海水取水管道，以夏季的海水管道为准，即海水取水管道的管径为DN450。冬季海水取水管道的实际流速为1.23 m/s.。2.7海水的处理本项目可以考虑采用电解海水防污装置防止海生物在水泵内和整套管路系统内的繁殖及生长，其工作原理为： 当海水流经电解槽时，给电解槽通以直流电，在电解槽内产生如下反应：阳
10、极反应： 2Cl-Cl2+2e阴极反应： 2H2O+2e2OH-+H2极间的化学反应：（1）Cl2+2OH-=ClO-+Cl-+H2O（2）ClO-+H2O=HClO+ OH-（3）HClO=H+ ClO-总反应：NaCl+H2ONaClO+H2通过电解海水产生次氯酸钠溶液，注入泵附近和管路系统中，杀死海生物，保护泵和管路系统不受海生物的附着影响。其工艺流程为：具有一定压力（0.20.4MPa）和流量的海水，经过过滤器去除海水中较大的污物，通过海水流量计，进入电解槽，整流控制系统将380AC变压整流为直流电，施加在海水电解槽的阴、阳极上，使海水发生电解产生次氯酸钠，通过管道加在潜水泵附近，从而
11、使海水冷却系统避免海生物的污损。整套装置的控制系统可进行正常启、停、控制及报警。系统接受水泵的启停信号，可与水泵同时启停。电解海水制氯装置主要是由电解槽组件、控制电源、转轮式流量计和电接点压力表组成。电解槽为整套装置的核心部件，用于产生次氯酸钠溶液。电解槽采用美国Seven-Trent De Nora公司技术设计制造的管式电解槽。该电解槽结构中无任何阻水死角，采用双极式设计，海水流速高（大于2米/秒），电解槽的电极表面不易结垢，阳极选用耐海水污染的新型贵金属氧化物涂层电极，具有较高的电流效率和较长的使用寿命。控制电源由控制部分及整流部分组成。控制部分完成对整套装置工作的信号收集、处理与记录，对
12、系统提供自诊断、自保护、报警等控制功能；整流部分用于将380V交流电转变为电解槽电解所需的直流电。2.8系统特点及工作原理2.8.1海水源热泵空调系统的特点（1）绿色能源，环保效益显著 由于空调系统采用海水冷热源取代了锅炉、制冷机及冷却塔等，无需燃煤或燃油，不必向大气排放污染物，不用远距离输送热量，只需消耗少量的电能，因此海水源热泵的运行不会产生任何污染。空调系统夏季向海水排热，冬季从海水取热，而由于海洋本身是一个巨大的动态能量平衡系统，可以自然地保持其能量接收和发散的相对均衡，因此属于绿色能源，其利用具有深远的环境效益。比较燃煤锅炉CO2排放量与用相同燃料产电驱动热泵所排放的CO2量，使用热
13、泵平均可减少30的CO2排放量，在一些场合甚至可减少50。因此海水源热泵系统对环境保护的贡献相当大。（2）高效节能，运行费用低 由于水的热容量较大，因此水源热泵具有较高的COP值，一般在3.65.5左右，因此水源热泵系统可以通过少量的电能输入获得较高的能量输出，运行高效节能。（3）温度的延迟性，机组运行稳定 海水作热泵冷热源，其温度具有时间上的延迟性。据有关资料，海水温度极值出现的时间比空气推迟约半个月至一个月，即冬季最冷月建筑物需热量最大时，海水温度并不是最低，而夏季最热月建筑物需冷量最大时，海水温度还未达到最大值，因此可以很好的避免供冷供热需求之间的矛盾，从而保证机组运行的可靠性。（4）一
14、机多用，使用灵活 海水源热泵冬季可以代替锅炉为建筑供热，夏季可以代替制冷机组和冷却塔为建筑供冷，同时该系统还可提供卫生用热水，不需另外配置专用洗浴锅炉或热水器而能得到持续不断的热水供应。而经过利用后排出的海水可以用来冲厕，从而实现海水源热泵的一机多用。海水源热泵系统中的各热泵机组还可根据用户的实际情况自由调节供冷与供热模式而不互相影响，使用极为灵活。但海水源热泵空调系统还具有一些缺点，如初投资较大，当向海水排热或取热时可能会对海洋生物带来一定的影响，同时海水取水构筑物及取水管道的设置不当会对景观带来潜在的美观问题等。2.8.2系统工作原理系统工作原理图如图4所示。海水源热泵空调系统由海水循环管
15、路系统、水-水热泵系统和室内空调管路系统三部分组成。其工作原理是在夏季将建筑物中的热量转移到海水中，由于海水温度相对于空气温度要低，所以可以高效地带走热量，而冬季则从海水中提取低位热能，由热泵原理通过温度提升后的空气或水送到建筑物中，为室内供热。图4 海水源热泵空调系统工作原理图冬季供热时，从取水口来的海水通过板式换热器将热量传递给水-水热泵系统的循环工质（水或抗冻水溶液），海水放出热量后，温度降低，由排水口排入大海中，这一过程为一次换热过程。水-水热泵系统的循环工质将吸收来的热量送入热泵机组的蒸发器中，将热量传递给热泵工质，这一过程为二次换热过程。热泵机组再通过热泵原理来加热空调回水。因此海水源热泵空调系统通过两次换热过程将从海水吸收来的热量传递给空调回水，达到向室内供热的目的。供热模式原理图如图5。1 粗过滤器 2 精过滤器 3 循环水泵 4 板式换热器 5 冷却水泵 6 电子水处理仪图5 冬季供热模式原理图夏季制冷时，从取水口来的海水通过板式
