小平岛海水源热泵区域供冷温排水热扩散研究
青岛某区域海水热泵供热供冷节能分析

F rDi r tHet g& C oigS me e ei n d o o s i ai tc n o l o wh r Qig a n n
S UN we ,LIBi Ke i n,SHAN Li
( a a e gr i o ,Ld , a a 0 3 hn ) D i R f eao C . i. D ln16 3 ,C ia l n r tn i i 1
s a trs u c e tp mp s s m o fl lte d sr th ai g i n e n sr tc oi g i u e wae o r e h a u y t t f h i i e t n wit ra d d t c o l n s mme . Re e l h i e ui tc n i i n r v a s t e ma n p n i l ft i a p iain,a d c mp r si n ry c n u t n c s ,e v r n n rf a i t t t im r mie s s i r cp e o hs p l t c o n o a e se e g o s mp i o t n io me tp o t bl ywi l h u b o d y — t o i i hi
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Ke r s lr eh a u y wo d : a g e tp mp;s a trs u c d sr t e t g c oi g i im rmie s s m ;b i r e o o c la a— e wae o re; i i ai / o l ;l h u b o d y t tc h n n t e ol ; c n mia n l e
t r a d c n e t n lb i r hl r s s m. D mo sr ts t e fa ii t fs a ae e tp mp s se fo df r n s e n o v n i a o l +c i e y t n o e l e e n t e h e sb l y o e w trh a u y tm r m i e e t a — a i
海水源热泵区域供热系统最大供热半径的研究

海水源热泵区域供热系统最大供热半径的研究*大连理工大学 舒海文 端木琳清华大学 朱颖心摘要 在国家建筑节能设计标准中的耗电输热比E H R 的基础上引申得到了热水循环泵输送能耗与系统供热量的一次能耗比EH R 指标,并根据对海水源热泵区域供热系统EH R 指标的不同控制要求,得到了系统的最大供热半径。
经计算,当热水供回水温差为10!,海水源热泵区域供热系统的EH R 指标分别控制在5%,10%,15%,20%时,系统的最大供热半径应分别为0.875,2.75,4.625,6.5km 。
关键词 海水源热泵系统 区域供热 最大供热半径 一次能耗比Study of maximum heating radius of seawater sourceheat pump district heating systemsB y Shu H aiwen ∀,D uanm u Lin and Zhu Y in gxinAbstract On the basis o f the r atio o f ele ctricit y co nsum ptio n to tra nsfer r ed heat quantity (EHR )pr o pagate d in the natio nal building energ y ef ficiency design sta ndar d,o bta ins the index of pr ima ry energ y consumptio n r atio o f ho t wa ter tr anspo rt atio n to the hea t supplied (EHR ).C alcula tes the max im um heating ra diuse s o f sea wate r so urce heat pum p district he ating syste ms (SSHP DH S)under diff ere nt inde xes o f EHR .T he calcula tio n re sults sho w tha t if the index es o f EHR ar e set at 5%,10%,15%and 20%,the max im um distr ict he ating radiuses of SSHPD HS w ith supply and r eturn h ot wa ter temper ature dif fer ence of 10!ar e 0.875, 2.75, 4.625and 6.5km r espective ly.Keywords se aw ater so urce heat pump sy stem,distr ic t he ating ,ma ximum he ating radius,primar y energ y co nsum pt io n rat io∀D alian University of Technolog y,Dal ian,L iaoni ng Province,Chi na*国家#十一五∃科技支撑计划项目(编号:2006BAJ03B01),大连理工大学青年教师基金项目(编号:2008TM 893231)0 引言我国近些年来经济持续高速发展,由此带来的能源消耗与环境污染问题日趋严重。
大连理工大学科技成果——污水水源热泵区域供热供冷技术

大连理工大学科技成果——污水水源热泵区域供热
供冷技术
一、产品和技术简介
城市污水中蕴藏着大量的热量,可以利用水源热泵技术提取其中的热量用于建筑的供热和空调,这对于开发利用自然能源、保护大气环境以及水资源综合利用具有十分重要的意义。
目前的水源热泵技术可以使其COP值达到4以上,即消耗1kW电能可以获得4kW热量。
据初步测算,建设一座30MW污水水源热泵站用于住宅建筑的供热与供冷,4年即可收回投资,具有良好的经济效益。
大连理工大学开发了“利用城市污水低位热能的自动过滤取水装置”,可以解决城市污水提取和其中污杂物去除问题,保证在利用处理后以及未经处理的城市污水作为低位热源时热泵机组高效率运行。
本室还编制了水源热泵经济性分析软件,可以保证建设污水水源热泵站的投资方拥有良好的投资回报。
二、应用范围
建筑的供热和空调
三、规模与投资
据初步测算,建设一座30MW污水水源热泵站用于住宅建筑的供热与供冷,4年即可收回投资,具有良好的经济效益。
本室还编制了水源热泵经济性分析软件,可以保证建设污水水源热泵站的投资方拥有良好的投资回报。
四、提供技术的程度和合作方式:面议。
海水源热泵工程案例

海水源热泵的现状及工程案例1、国内外研究现状和发展趋势国外有很多应用海水做热泵冷热源的实例。
如20世纪70年代初建成的悉尼歌剧院,日本20世纪90年代初建成的大阪南港宇宙广场区域供热供冷工程,利用海水为23300kW的热泵提供冷热源。
北欧诸国在利用海水热源方面具有丰富的实践经验,其中瑞典就是一个典型应用海水源热泵集中供冷/暖的国家。
瑞典首都斯德哥尔摩建设了总能力为180MW的世界上最大的海水热泵站,用于区域供热,占城市中心网输送总量的60%。
热泵站由6台供热能力为30MW/台热泵机组组成,1984-1986年调试完成,投入运行。
我国第一个海水源热泵项目于2004年在青岛发电厂建成使用。
该厂总面积达1871平方米的职工食堂,成为我国第一个供热不需要煤炭、油料,只使用海水提供采暖的建筑。
此外,大连市星海假日酒店海水源热泵中央空调工程也已正式启动,此次海水源热泵中央空调将为4万平方米的建筑提供制冷和采暖。
日前,经过申报和专家评审等程序,大连市被国家选为全国唯一的水源热泵技术规模化应用示范城市,这标志着大连市今后将有望以海水为能源,进行室内空气的冷热调节。
日照港青岛千禧龙花园居民小区7.2万平米,冬夏收费标准22元/平方米,青岛的采暖标准30.4元/平方米;青岛海天大酒店周围海水源热泵区域供热供冷站。
和瑞典AF公司合作,承担山东路以西约100万平方米的区域供热供冷站作更深一步的可研。
小港湾和记黄埔93万平方米已确定用海水源热泵。
2、政策支持按照国家《建筑节能实施方案》要求,“十一五”期间,示范城市的水源热泵供热、制冷面积要达到500万平方米以上。
示范内容包括水源热泵供热、供冷和相关的技术研发集成及产业化。
对示范城市的示范项目,国家将提供专项资金,用于补贴70%的增量成本。
目前,大连市正积极推进小平岛新区、星海湾商务区、软件产业带等区域实施海水热泵技术的前期工作。
以水源热泵技术供热(制冷)主要是利用大型热泵对事先抽取的海水进行处理,将其中的热量提取出来,用于供热和制冷,并将能量通过城市原有的供热(制冷)系统输送到户,这就完成了原先需要用煤作为燃料才能完成的供热过程。
海水热扩散研究进展与新问题分析

海 水 热 扩 散 研 究 进 展 与 新 问题 分 析 学院, 辽宁大连 162) 103
摘 要 : 实际 的工程 背景 出发 , 为详 细地介 绍 了国 内外 关于热扩散 问题 的研 究进展 。还 从 较
针 对海 水 源热 泵 系统应 用分析 了 当前研 究存在 的 不足 ,指 出 了今后 在 该 问题 方 面的研 究
海水热泵系统在区域供热供冷中的应用及环境影响分析

能源更少。由于不需要冷却塔 ,还节省了大量在夏 季冷却过程中需要的补水量。而且因为夏季产生相 同制冷量的电耗减少,能大大缓解夏季空调用电对
电 网的冲击 ,减少 电网建 设费用 。若 需要供 热供 冷
的地点位于风景名胜区内,环境的清洁和美观要求 更高 ,海水热泵的技术优势就更明显 。 ( )系统 运行高效、灵 活。大 型热泵站与许 2
的方案实现城市区域供热/ 供冷在技术上已经成熟 ,
第1 期
孙克威 ,等 :海水热泵系统在 区域供 热供冷 中的应用及环境影响分析
7
( ) 大 型 热 泵 系 统 维 护 简单 、费用 便 宜 。采 4
干净 的海水 、清新 的空气 和湛蓝 的天 空得 益 于对 环 境 的严格 保护 - 。在 斯德 哥 尔摩 大 约 6 % 的用 户 4 J 0
-
图 4 海 水源热泵 系统示意 图
F g 4 A i g a o e w t rh ap mp s se i. d a rm fs a a e e t u y tm
2 海水 热泵在 国内外 的应用
19 95年 5月 ,斯 德 哥 尔 摩 市 开 始 用 新 的 区 域
国际上对利用海水资源进行供冷供热的研究 已
如 图 4所示 。
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德哥尔摩地区 19 94年不 同热泵站 的产热量及其供
热 的管 网 。 表 1 19 9 4年不 同热泵 站 生产 的 热量
Ta e 1 T e h a rdu e y d fe e t bl h e tp o c d b i r n h ap mp sai n i 9 4 e tu t t n 1 9 o
海水源热泵技术

海水源热泵技术海水源热泵技术是一种利用海水能够稳定的温度来提供建筑物供热和供冷的技术。
它具有环保、高效、节能等优点,被广泛应用于各个领域。
本文将介绍海水源热泵技术的原理、特点以及应用案例,希望能够帮助读者更好地了解这一热泵技术。
一、海水源热泵技术的原理海水源热泵技术是利用海水中的热量进行供热和供冷的一种技术。
它通过水源热泵系统,利用海水中的热能,将海水的低温热能提升到适合建筑物供暖的温度,或者将海水中的热能排放到海水中,以实现建筑物的制冷效果。
海水源热泵技术的原理主要包括以下几个步骤:首先,通过水泵将海水抽入换热器中,海水在这里与工质进行热交换,工质通过蒸发和冷凝的过程吸收和释放热量。
然后,将吸热后的工质送入压缩机,进行压缩,使其温度升高。
最后,将高温高压的工质的热量传递给建筑物的供暖系统,实现热能的利用。
二、海水源热泵技术的特点海水源热泵技术具有以下几个特点:1. 环保节能:海水源热泵技术利用了海水的稳定温度来进行供热和供冷,无需燃烧化石燃料,降低了对环境的污染,同时也大大节约了能源的消耗。
2. 独立性强:海水源热泵技术不受季节、地域和气候的限制,可以在各种地理环境下运行,并且不受外界温度的影响,具有较高的稳定性。
3. 运行成本低:海水源热泵技术的运行成本较低,因为它所需的能源主要来自于海水中的热能,而非外界的电力或燃料。
4. 效果显著:海水源热泵技术可以实现冬季供暖和夏季制冷的双重效果,能够满足建筑物不同季节的需求。
5. 适用范围广:海水源热泵技术适用于各种建筑物,无论是商业楼宇、住宅小区还是工业用地都可以采用这种技术进行供热和供冷。
三、海水源热泵技术的应用案例海水源热泵技术已经在全球范围内得到了广泛应用,下面将介绍一些具体的应用案例。
1. 海洋温泉度假村:海洋温泉度假村位于海滨地区,利用海水源热泵技术进行供热和供冷。
通过海水源热泵系统,将海水中的热能转化为供暖系统所需的热量,为度假村的客房和公共区域提供舒适的室内温度。
别墅土壤源热泵单季使用传热计算

别墅土壤源热泵单季使用传热计算别墅土壤源热泵单季使用传热计算2005年大连小平岛项目—刘秋克工程概况及相关计算要求项目位于大连小平岛内,单体别墅建筑面积为250M2,夏季要求空调制冷不高于25℃;冬季要求空调供热不低于20℃。
别墅空调冷(热)源来源要求采用地下土壤源,计算单体别墅地源热泵空调配置参数。
考虑到单体别墅业主有在冬季度假期内使用空调供热的可能性,在无夏季空调制冷对地下土壤进行蓄能的条件下,计算单体别墅周边土壤传热能否满足冬季空调供热要求?大连小平岛地处丘陵地带,基岩埋藏较浅约五米左右。
第一节、别墅空调负荷确定第二节、冷(热)源配置计算1、地源热泵地下水平及周边岩土传热计算2、地下岩土体积含热计算3、地下土壤源换热器参数值4、地下岩土热井热物性能力试验第一节、别墅空调负荷确定1、依据别墅建筑平面图(略)2、依据采暖通风与空调设计规范(略)3、地源热泵空调负荷参数计算第二节、冷(热)源配置计算1、地下水平及周边岩土传热计算单体别墅建筑面积为250M2,平均占地面积为600 M2,依据第一节表1、表2、表3、表4地源热泵空调配置参数计算,冬季空调供热负荷总计为124416KW;地源热交换器埋深60米;地质条件为板岩。
依据国外近百年来对地源热源的研究实验,在浙江永康市郑泰集团地源热泵空调水平埋管热交换器的测试,土壤能源密度约20~40W/m2,一般可取25 W/m2。
地源热泵技术是利用土壤(岩土)有一定蓄能、释能的作用,作为热泵空调的有效冷(热)源,当大面积采用地源热泵空调时需要计算蓄能、释能及地下岩土热源补给的平衡,稳定地下温度场在设计范围内波动。
1) 地下岩土水平方向年传热计算小平岛单体别墅建筑红线范围内平均边长L=B为24.5米,有效用地面积较大有足够热源补给,在无夏季空调制冷对地下土壤进行蓄能的条件下,是否满足别墅冬季空调供热要求。
①地下岩土水平方向年传热计算Q A = F X·ρ·h·d式中:F X= L·B(M2) ρ= 25(W/m2) h = 24(小时) d = 365(天)Q X1 = 600×25×24×365 = 131400000W (131400KW)②空调年需要提取低位热能计算依据单体别墅制冷/供热逐月负荷估算值表3Q X2= Q1·h·n 式中:Q1= 5184(别墅逐月逐时负荷) h = 24(小时) n = 0.86 (电功率热能)Q X2= 5184×24×0.86= 106997KW结论:地下岩土水平方向年传热131400KW,空调年耗热106997KW,完全满足要求。
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(1)
9 U 9 U 9 U 9 ζ 9 U +9U +U +V - fV = - g +v 2 2 9t 9x 9y 9x t 9x 9y
-
gn U H
U +V
1 /3
2
2
+ Cw
ρ a 2 w cos β ρ
(2) (3)
2 2 2 2 2 ρ 9 U 9V 9 V 9 V 9V 9 ζ n V U +V a 2 β +U +V + fU = - g - g + Vt + Cw w sin 2 + 2 1 /3 ρ 9t 9x 9y 9y 9x 9y H 深度平均热运输方程 :
[4 - 7 ]
的海岛 。热泵站设计时考虑建在扩建的海岛上 , 这 样会大大降低海水管线部分的投资 。另外该项目设 在新建地区 ,输配管网施工难度要远远小于已建好 区域 , 施工费用可以显著降低 。具体工程位置如图 1 所示 。
。
本文结合大连小平岛海水源热泵空调项目对其 运行过程中的热扩散进行研究 , 通过对受纳水域温 升定量描述来分析其环境影响 。
2
图 1 小平岛项目及各测流站点示意图
2 数学模型和计算方法
首先计算全场模型水域的流速场 , 并验证其正 确性 ,在此基础上对研究的局部区域进行嵌套 ,细化 网格 ,对各种取排水工况下温度场进行模拟计算 。 2. 1 深度平均二维方程 从不可压缩流体运动的基本方程出发 , 忽略物 理量沿水深方向的变化 , 将其沿水深方向积分 ,即求 得深度平均的平面二维水流运动方程 [8 ] 。 连续方程 : ζ 9HU 9HV 9 + + =0 9t 9x 9y 动+
∑A
n
cos[ωn t - Gn ]
(6)
限于篇幅 , 本文只给出 A 观测站的流速和流向 的比较 ,见图 3。
式中 : y ( t) 为 t 时刻的水位 ; A0 为一段时间内的平均 水位 ; N 为分潮数目 ; An 为分潮 n 振幅 ; ωn 为分潮 n 角频率 ; Gn 为分潮 n 的迟角 。 2. 2. 2 陆边界
t
式中 : ζ 为从平均水面算起的水面位置 , h0 为从平均 水面算起 的水体深度 , H 为实际水深 ; U , V 分别为 ρ为海水 x, y 方向沿水深平均流速 ; ρ a 为空气密度 , 密度 ; f为柯氏力 , f = 2 ω sin Ψ , ω为地球自转角速度 ,
风向与 x 坐标轴的夹角 ; Kx 、 Ky 为 x 和 y 方向上的扩 散系数 ; Ks 表面综合散热系 数 , 根据 Gunne rbe rg 公 式确定 ; Cp 为定压比热 ; T为水体温升 ; Q 为热污染 单位面积的入海负荷量 。
深处可以取得 10 ℃ 以下低温海水 , 为海水的免费供 [3] 冷提供了可能 。在 海水源热泵空 调技术应用方 面 ,国家公布的 2006年第一批可再生能源建筑应用 示范项目中海水源热泵空调项目有三个 , 主要集中 在大连和青岛。 无论是深水空调技术还是海水源热泵空调技术 在规模化应用时 , 对取排水口位置设计和环境影响 都会涉及到温排水的热扩散问题 , 尤其在我国沿海 地区存在大量海产品养殖区 , 更有必要对温排水的 热扩散输移问题进行分析 ,从而为海水源热泵系统 的设计和海洋生态环境的影响提供评估依据
U = V = 0,
9T = 0 。在近海域往往存在大范围 9n
的浅滩 , 随着潮涨潮落 , 存在淹没和 露滩交替的现 象 。在模拟中 , 采用“ 干湿判别法 ” 处理潮间带的动 边界问题 。当潮位下降 , 出现露滩时 , 计算中应该减 去相应的网格 ; 相反潮位上升淹没时计算中加上相 应的网格 。 2. 2. 3 初始条件
Ab stra ct: This pape r p resents a study on ther m al diffusion in Xiaopingdao seawa ter source heat pump p rojec t . N um erica l sim ulation in temperature fie ld of the water space whe re the r m al effluent is dis2 cha rged was done. Fa irly good agreem ent and the accuracy of the model was testified by compa ring calcula tion results of veloc ity and phase and measured data. B ased on these, num erica l p rediction wa s made about temperature influence area and intake ( outle t) temperature rise of ther m al effluent . The re sults show that the temperature e levation of influence area m eets the requirement of the standa rd of grade I of quality standa rd for state oceanic wate r . Key word s: seawater source heat pump; temperature field; intake ( outle t) ; environm enta l eva luation
166
山 东 建 筑 大 学 学 报 2009年
2. 2 定解条件 2. 2. 1 开边界 水位变化过程 :
N
的水文资料 ,采用 A、 B、 C、 D、 E、 F 和 G 7 个观测站 24h的观测资料 (2003 年 4 月 18 日 8 ∶00 ~ 4 月 19 日 7∶00) 进行大模型的流场验证 , 具体位置见图 1。
收稿日期 : 2009 - 02 - 04 基金项目 :十一五国家科技支撑计划重大项目 ( 200 6BJ01A0 6) 作者简介 :李震 ( 197 3 - ) ,男 ,山东济南人 , 山东省建筑科学研究院节能研究所工程师 ,博士 ,主要从事建筑节能研究 .
第 2期 李震等 :小平岛海水源热泵区域供 冷温 排水 热扩散研究 165
Ks T 9T 9T 9T 1 9 HK 9T 1 9 H K 9T (4) +U +V = + +Q x y 9t 9x 9y H 9x 9x H 9y 9y ρ Cp H Ψ 为当地地理纬度 ; n 为底部 糙率 ; Cw 为风应力系 H = h0 +ζ ( 5) 数 ; v 涡黏度系数 ; w 为海面上 10m 处的风速 ; β为
小平岛海水源热泵区域供冷温排水热扩散 研究
李震 , 王薇薇 ,端木琳
1 1 2
(1 山东省建筑科学研究院建筑节 能所 ,山东 济南 250014 ; 2 大连理工大学 土木水利学院 ,辽宁 大连 116024 )
摘要 : 结合大连小平岛海水源热泵空调项目 ,对运行过程中 的温排 水影响的 附近海 域温度 场进行 了数值 模拟 。 将流速的模拟结果与实测 资料 只进行了比较 ,验证所选模型的准确性 ,并利用该模型对温 排水的温度 影响范围 及取排水口附近水域的温 升进 行了数值模拟 ,研究结果表明海水温升满足国 家海 水一 类排放标准 。 关键词 : 海水热资源 ;温度场 ; 取排水口 ;环境 影响 中图分类号 : X820. 3; TU831. 3 文献标识码 : A
2 2
图 3 A 观测站数值计算和实测流速和流向对照
通过 7 个观测站的对比分析可以得到各流速测 点的流速及流向和实测值一致性比较好 , 大模型的 可信度比较高 。在此基础上对研究区域进行了两次 嵌套 。
4 温度场模拟
方案设计阶段取水口和排水口的布置间距用以 下公式进行了设置
[ 10 ]
:
U ( x, y, t0 ) = V ( x, y, t0 ) =ζ( x, y, t0 ) = 0
2. 3 计算方法 采用交替方向隐格式法在交错网格上差分求解 方程组 。 2. 4 参数选取 水平 涡 黏度 系 数 vt = 5m2 / s; 糙 率 系 数 n = 0. 02; 热扩散系数 Kx = Ky = 5 ~30m / s; 各分潮常数 根据潮位实测资料通过调和分析得到。计算中主要 使用 M 2、 S2、 K1、 O1 四 个分潮 [ 9 ] 。嵌 套区 域面积 5. 4km , 网格大小 20m × 20m。网 格划分和嵌套区 域见图 2。
第 24 卷 2009 年
第 2期 山东建筑大学学报 Vol . 24 4月 JOURNAL OF SHANDONG J I ANZHU UN I V ERS ITY Apr .
No. 2 2009
文章编号 : 1673 - 7644 ( 2009) 02 - 0164 - 04
方式是把海水作为热泵的冷 、 热源进行利用 , 此技术 在北欧一些国家得到了规模化的应用 , 目前世界上 运行的大型热泵有 180 台 , 最大海水源热泵工程是 在瑞典的 V �rtan Rop sten 热 泵站 现了部分试点工程 [ 2 ] 。
[1]
, 最近日 本也出
我国对海洋热资源在建筑上的规模化应用尚处 在起步阶段 。在深水空调技术方面 , 还处在水深和 水温资料的调查整理阶段 , 但是通过这些初步研究 发现我国沿海地区存在温跃层现象 , 在夏季几十米
L = 20Q
3
(7)
式中 : L 为取水口和排水口之间水面上的最短距离 , m ; Q 为冷却水用水量 , m / s。 夏季全部 工 程 投入 使 用 冷却 用 海 水 总 量 为