地表水源热泵国外的研究应用情况

 在地表水源热泵应用方面, 国外早期利用河水作为热泵热源的例子很多, 1939 年瑞士苏黎世议会大厦安装了欧洲第一台大型热泵, 河水做为热源, 输出热量175kW。1945 年英国诺里季电力公司以河水为低温热源, 输出热量200kW用于供暖。20 世纪50 年代初建成的伦敦皇家节日音乐厅、苏黎世市的联邦工艺学院等也都应用河水作为热源。在日本, 20 世纪80 年代以后建成了不少利用地表水、城市生活废水及工业废水的水源热泵集中供冷供热系统, 如东京幕张地区利用城市生活废水的水源热泵系统; 80 年代初建成的东京箱崎地区区域供冷供热工程是首次采用了隅田川的河水作为热泵热源, 第一期工程规模为11 000kW, 具有4980m3 的蓄热槽。

 

  利用海水作为热泵热源的实例也很多( 包括以海水作为制冷机的冷却水) , 如70 年代初建成的悉尼歌剧院。日本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23 300 kW 的热泵提供热源。北欧诸国在利用海水热源方面具有丰富的实践经验。1995 年, 瑞典利用已有的先进大型海水源热泵进行区域供热的经验和现成的设备, 开发了以海水和热泵蒸发器端作为冷源的区域供冷工程, 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, 占城市中心管网输送总量的60%。

 

  斯德哥尔摩热泵站由6 台供热能力为30MW/台的热泵机组组成, 1984～1986 年调试完成, 投入运行。

 

  经过8a 的运行后, 斯德哥尔摩的区域供冷系统被公认为是大型供冷解决方案中近乎完美的工程, 具有最高的可利用率、更加环保的效应以及更加经济的运行操作。瑞典1MW以上的热泵装置中约30%为海水热源,其中10MW以上的采用多级大型离心制冷机, 中型的采用螺杆式制冷机。热泵将低温的海水温度提升到50～80℃作供热用。

 

  在地表水源热泵技术研究方面, 国外开展得比较早, 在20 世纪80 年代末, 美国的学者就对地表水源热泵系统进行了系统的分析, 首次提出只要设计安装适当, 地表水源热泵空调系统将具有非常吸引人的性能特征。2003 年, 土耳其学者对当地的气温和河水温度进行了检测, 表明地表水源热泵在全年和供冷季节使用都有优势。芬兰学者在2003 年对寒冷地区采用湖水作为热源进行研究, 为了证明寒冷气候条件下地表水源作为热源的可能性, 建立了一个模型来模拟湖水温度分布, 以研究水或表面冰层与大气之间的热交换以及垂向水体内部的热交换。并研究了稳态条件下取热管道周围结冰情况, 利用该模型可研究不同取热系数的影响。

 

  目前, 北欧地表水源热泵已经实现了规模化应用,他们的研究还主要集中在热泵机组的优化设计和工程应用上。在环境影响方面, 综合性地指出水源热泵机组提高了COP 值, 有利于提高能源利用率和节能效果,从而减少了CO2、SOx、NOx、固体颗粒物的排放, 对缓解城市热岛效应、降低污染起了积极作用。在水环境影响方面, 美国科内尔大学湖水供冷工程的报告中, 详细描述了关于环境检测的结果。美国制冷学会ARI320 标准规定: 对湖水水源热泵系统来说, 水体的面积及深度对系统供冷性能的影响比对供热性能的影响大, 要求水体( 深4.5～9.0m) 的负荷不应超过0.013kW/m2 或其水体不应产生温度分层现象。