1引言

目前，能源问题已成为世界关注的焦点。我国是能源消费大国，建筑能源消费占全国总能源消费的约四分之一，因此节能和可再生能源的利用成为研究的重点。我国海岸线较长，部分沿海城市已开始计划利用海水源热泵空调系统为建筑提供冷热源，节约能源，减少污染，为生态城市建设服务。本文主要讨论海水源热泵空调系统的具体应用形式和特点，旨在为相关工程的具体实施方案和运行管理提供参考。

2海水源热泵空调系统概述

海水源热泵空调系统就是利用海水做为热源或热汇，并通过热泵机组，加热热媒或冷却冷媒，最终为建筑提供热量或冷量的系统。海水中包含的热能是典型的可再生能源，因此海水源热泵空调系统也是可再生能源的利用方式，是节能环保的绿色供热空调系统。

巨大的海面经常受到太阳的辐射，受大洋环流、海域周围具体气候条件的影响，海水温度的数值因地而异。为了尽量提高海水源热泵空调系统的供热/冷却效率，以及整个系统的经济性，需要研究在不同的海水资源条件下，为了满足热用户的需求，可以选择的各种海水源热泵空调系统形式及其运行模式。

3海水源热泵空调系统形式

本文讨论的海水源热泵空调系统是指可以同时为多个建筑提供冷/热源的系统。海水源热泵空调系统可以从多个角度进行分类。这里只讨论根据海水热泵单元的设置场所进行的分类，可以分为

3.1集中式海水热泵空调系统

集中式海水热泵空调系统是指将所有海水热泵单元集中设置在统一的热泵室内(热泵室可以根据需要设置在海边或用户区域附近)，制备的冷/热水通过小区外网输送给各用户，如图1所示，也可以称为海水热泵集中供冷系统。

3.1.1冬季系统运行模式分析

(1)集中热泵站将网络回水直接加热到用户需要的温度后(60/50℃的回水温度等)，依次输送给各热用户，用户与外部网络采用无混合装置的直接连接方式。

(2)集中热泵站将网络供水加热到比用户实际需要的供水温度稍高后输出(65/50℃的供水温度等)，用户和网络可以采用混合泵的直接连接方式(如图2所示)。与以前的方式相比，由于网络供水温度稍高，热泵单元的COP值稍低，但此时网络循环泵不需要考虑最不利环路的末端用户的阻力损失，扬程下降的同时，由于网络供水温差的增大，输送相同能量的网络循环水量减少，节约泵的输送能源另一个值得注意的是，这种网络运行方式还允许用户根据自己的需要在一定范围内调整自己的供水温度，比以前的方式。

3.1.2夏季系统运行模式分析

(1)集中热泵站直接制备各用户夏季实际需要的冷冻水(例如7/12℃的冷冻水)后，依次输送给各用户，用户与外部网采用无混合装置的直接连接方式。

(2)集中热泵站制作比用户实际需要的稍低的冷冻水(例如5/12℃的冷冻水)，输送给各用户，同样，用户和网络可以采用混合泵的直接连接方式。该运行方式所具有的特点与前冬相应的情况相同，不再重复。

3.1.3集中式海水热泵空调系统优势分析

与目前通常采用的各建筑物单独设置电冷冻机组的冷冻和锅炉室的热水供暖方式相比，该系统主要具有

(1)可以充分利用各用户的负荷分布多样性的特征(也就是说，并非所有用户同时达到峰值负荷)，减少设备的总装机容量，降低自己的初始投资

（2）大型热泵机组的COP值比小型机组的要高（一些具体数值可参见[1]），提高了能量利用效率。

（3）虽然热泵机组通常仍需要用电实现制冷/热，但由于它在一年的大部分时间里都在较高的COP值下运行，仍然具有节能优势（类似的计算分析参见[2]），这也是海水热泵空调系统之所以受到关注的一个重要原因。

(4)各用户内的冷热源室和室外冷却塔可以取消，节约了许多宝贵的建筑面积，增加了业主的收益，减轻了设备配置给结构专业带来的设计负担，减少了结构施工成本，同时消除了这些设备产生的噪音

(5)大量使用海水，可节约有限的淡水资源。淡水资源的缺乏是一个全球性的难题，我国很多沿海城市严重缺乏淡水城市，节约淡水资源意义重大。

(6)热泵单元集中配置后，有助于专家集中管理和维护，节约运行成本，提高供冷/热的可靠性。

3.2分散式海水热泵空调系统

该海水热泵空调系统形式如图3所示:所有海水热泵单元分散给各用户，室外管网系统只为各用户单元提供必要的海水。

与集中式海水热泵空调系统相比，该系统的热泵机组分散，容量相对较小，初始投资相应增加，机组的COP值也略低于集中放置的大型机组，各用户还需要冷热源机房，但该系统中各用户的热泵机组相对独立，提高了用户的灵活性

图3分散式海水热泵空调系统图4带冷却塔的用户与海水外网的连接

3.2.1冬季系统运行模式分析

对于冬季只有热负荷的建筑物，热泵单元根据供暖状况运行的同一建筑物内有热负荷和冷负荷的情况下，在建筑物内部采用水环热泵系统来实现节能

3.2.2夏季系统运行模式分析

(1)室外管网中的海水作为循环冷却水，提供给各用户的热泵单元，制作用户自己需要的冷冻水，此时用户单元的COP值略低于集中的大型单元，但仍略高于用户使用冷却塔时的COP值。

(2)各用户仍保留冷却塔，外网内海水提供冷却塔的冷却循环水及其补水，如图4所示。

尽管用户仍在使用冷却塔，但海水冷却塔仍然节省了大量的淡水资源，仅为冷却塔服务的外网内海水流量远远低于海水直接冷却热泵单元所需的水量，因此海水的运输能源消耗最大限度。

3.3双联结式海水热泵空调系统

该系统的示意图见图5。该系统的突出特点是既有集中热泵站，又有分散给各用户的热泵单元，因此也称为联合式海水热泵系统。显然，这种设计可以提高系统的初始投资，但冬季海水温度过低(北方寒冷地区近海水温度接近0℃)时，系统可以完全为各用户供热(详情请参照以下)，不需要追加辅助热源(现在的热泵技术

3.3.1冬季系统运行模式分析

该系统冬季可能有

(1)海水温度低时(通常此时室外气温也低，用户热负荷大)，集中海水热泵站内一级海水热泵单元制备15~20℃的温水，通过外部网络输送给各用户

(2)海水温度高时，集中热泵站可一次制备各用户可供热的热水，用户内热泵单元不工作，此时的工作模式与2.1节集中海水热泵空调系统的运行模式相同。

(3)海水温度高时，只能分散到各用户的热泵单元，向建筑供热，集中热泵站内的单元停止工作。此时的工作模式与2.2节分散式海水热泵空调系统的运行模式相同。

(4)当然，海水温度高时，一、二级热泵单元也可同时工作，外网内的水温略高于15~20℃。

关于一、二级热泵机组之间外网环路内水温的最佳取值范围，二级热泵是串行工作还是单行工作，以及其间的转换条件，必须通过更详细的理论分析和实验验证来确定。

3.3.2夏季系统运行模式分析

除夏季一般单级热泵冷却外，其馀运行模式与上述冬季情况相似，不予重复。

4小结

本文针对利用海水作为冷热源的热泵供冷/热系统，根据热泵机组的设置场所不同，分为集中式、分散式和双耦合式三种类型，总结了集中式海水热泵系统的诸多优点，对各种类型系统在冬的可能运行模式和特点进行了简单的说明和分析。需要指出的是，三种系统可能直接利用海水直接供冷。

此外，本文只讨论了各种类型的海水热泵空调系统及其可能的运行模式，对任意给定的具体实际工程，从系统能源消耗特性、经济性、系统供冷/热的可靠性等方面进行更详细的计算和分析，最终得到满意的结果