惠州市某建筑海水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，沿海發(fā)達(dá)地區(qū)的人口密度越來越大，而由于當(dāng)?shù)貧夂虻脑颍瑢?dǎo)致對(duì)空調(diào)的需求也就越來越大。由此帶來了嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境污染。在全球性的能源危機(jī)的大趨勢(shì)下，人們把目標(biāo)放到了清潔的可再生能源上，而海水源，恰好就是其中的一種，并且對(duì)其的利用還有很大的開發(fā)空間。一般來說，海水源熱泵的能源利用要求需要滿足溫度變化小，海水量要充足，和空氣溫度相比，夏季要較低，冬季要較高。在我國(guó)的沿海地區(qū)海水，可以滿足這個(gè)要求。而且海水源熱泵可以滿足節(jié)能環(huán)保的要求，性能系數(shù)在3.6~5.5，因此這項(xiàng)技術(shù)目前有很好的應(yīng)用前景。我國(guó)目前仍以煤炭為主進(jìn)行能量的供應(yīng)和消費(fèi)。但是就目前狀況而言，人們的經(jīng)濟(jì)和生活水平都有顯著的升高，這就需要大量的煤炭來消費(fèi)，才能滿足需求。這樣就會(huì)導(dǎo)致能源短缺，還會(huì)有污染氣體的排放，也會(huì)使得生態(tài)環(huán)境污染。所以清潔可再生能源的利用開發(fā)，在現(xiàn)階段會(huì)顯得非常的重要，增加清潔可再生能源的比重，可以相對(duì)的降低煤炭使用的比重，這是非常重要的問題。本文通過對(duì)惠州某建筑空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐院Ｋ礋岜孟到y(tǒng)供暖供熱的系統(tǒng)形式，從經(jīng)濟(jì)和能耗方面研究海水源熱泵系統(tǒng)在珠三角沿海地區(qū)的可行性關(guān)鍵詞：海水源熱泵；節(jié)能環(huán)保；鈦板板式換熱器DesignofseawatersourceheatpumpsystemforabuildinginHuizhouAbstractWiththerapiddevelopmentofChina'seconomy,thedensityofpopulationinthedevelopedcoastalareasisincreasing,soisthelocalclimate,andthedemandforairconditioningisgrowing,whichhascausedseriousenergycrisisandenvironmentalpollution.Thegoalisrenewableenergy.Seawaterisoneofthem.There'sstillalotofroomforthat.Thewaterpumpofthecommonseawaterparkcanuseenergywithlittlechangeoftemperatureandsufficientseawater.Thetemperatureislowinsummerandhighinwinter.Seawatercanmeetthisdemand,andseawaterheatpumpcanmeettheneedsofenergyconservationandenvironmentalprotection.Theperformancecoefficientis3.6~5.5.Thistechnologyhasagoodapplicationprospectatpresent.Atpresent,coalisstillthemainsourceofenergysupplyinChina.However,judgingfromthecurrentsituation,thepeople'seconomiclivingstandardshaveimprovedsignificantly,andalargenumberofcoalconsumptionneedstomeetthedemand,whichwillleadtoenergyshortage,pollutiongasemissionsandenvironmentalpollution,andbringcleanrenewableenergyutilizationanddevelopment.Atpresent,itisveryimportanttoincreasetheproportionofcleanenergyandrenewableenergyandreducetheproportionofcoaluse.ThispaperstudiesthefeasibilityofseawatersourceheatpumpsysteminthecoastalareaofthePearlRiverDeltafromtheaspectsofeconomyandenergyconsumptionbytransformingtheairconditioningsystemofabuildinginHuizhouintoaheatingsystemwithseawatersourceheatpumpsystemKeywords:seawatersourceheatpump;energyconservationandenvironmentalprotection;titaniumplateheatexchanger目錄TOC\o"1-3"\h\u1前言 前言海水源熱泵技術(shù)是利用再生海水能源作為冷熱源，在熱泵系統(tǒng)中進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換供熱和供冷的一種技術(shù)，目前世界上的國(guó)家都有比較多的應(yīng)用，比如瑞典、瑞士丹麥等國(guó)家，它們?cè)谠擃I(lǐng)域都有很成熟、先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)和理念。與常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)相比，海水源熱泵系統(tǒng)能節(jié)約30%~40%的能耗。而在我國(guó)的海水源熱泵應(yīng)用建筑有位于青島的奧林匹克帆船媒體中心,目前該工程已經(jīng)運(yùn)行一段時(shí)間，供冷供暖效果都比較理想，并且能達(dá)到節(jié)能的目的1.1研究的目的和意義隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，沿海發(fā)達(dá)地區(qū)的人口密度越來越大，而由于當(dāng)?shù)貧夂虻脑颍瑢?dǎo)致對(duì)空調(diào)的需求也就越來越大。由此帶來了嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境污染。在全球性的能源危機(jī)的大趨勢(shì)下，人們把目標(biāo)放到了清潔的可再生能源上，而海水源，恰好就是其中的一種，并且對(duì)其的利用還有很大的開發(fā)空間。一般來說，海水源熱泵的能源利用要求需要滿足溫度變化小，海水量要充足，和空氣溫度相比，夏季要較低，冬季要較高。在我國(guó)的沿海地區(qū)海水，可以滿足這個(gè)要求。而且海水源熱泵可以滿足節(jié)能環(huán)保的要求，性能系數(shù)在3.6~5.5，因此這項(xiàng)技術(shù)目前有很好的應(yīng)用前景。我國(guó)目前仍以煤炭為主進(jìn)行能量的供應(yīng)和消費(fèi)。但是就目前狀況而言，人們的經(jīng)濟(jì)和生活水平都有顯著的升高，這就需要大量的煤炭來消費(fèi)，才能滿足需求。這樣就會(huì)導(dǎo)致能源短缺，還會(huì)有污染氣體的排放，也會(huì)使得生態(tài)環(huán)境污染。所以清潔可再生能源的利用開發(fā)，在現(xiàn)階段會(huì)顯得非常的重要，增加清潔可再生能源的比重，可以相對(duì)的降低煤炭使用的比重，這是非常重要的問題。1.2該系統(tǒng)在國(guó)外發(fā)展概況水源熱泵系統(tǒng)最先由美國(guó)在60年代的時(shí)候提出，經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，技術(shù)越來越成熟。至今已經(jīng)在北美應(yīng)用了50多年，早在2007年的時(shí)候就已經(jīng)應(yīng)用了40萬臺(tái)系統(tǒng)，并且每年以10%的速度在增長(zhǎng)。所以該系統(tǒng)在國(guó)外的發(fā)展還是很迅速的。因此，在國(guó)外有許多的海水源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例。比如悉尼歌劇院，日本的大阪南港宇宙廣場(chǎng)區(qū)域供熱供冷工程，這些都應(yīng)用了海水源熱泵系統(tǒng)，而瑞士也將海水源熱泵系統(tǒng)用于城市的供熱，其擁有世界最大的熱泵站，并且在1984年就開始調(diào)試，在1986年投入使用。1.3海水源熱泵的優(yōu)勢(shì)眾所周知，熱泵是把熱能從空氣、水或者土壤這些低品位的熱源里抽取出來，再通過電力做功，將其轉(zhuǎn)換為我們所需要的高品位熱能的一種裝置。因?yàn)槿∷荚谳^深的水域，所以海水溫度不怎么受到室外溫度的影響，和當(dāng)?shù)氐淖罡吆妥畹蜏囟榷加胁罹?，比較適合熱泵的運(yùn)行。在夏季的時(shí)候，海水一般是作為冷卻水使用的，而不需要冷卻塔，當(dāng)然也有與冷卻水交換熱量來間接到達(dá)供暖供冷效果的。當(dāng)夏季的時(shí)候，海水的溫度會(huì)低于室外的溫度，這就會(huì)使得熱泵的冷凝溫度變小，從而將機(jī)組的COP值得到提高。冬季的時(shí)候，由于海水溫度會(huì)高于室外溫度，這樣熱泵的蒸發(fā)溫度會(huì)得到提高。本文通過對(duì)惠州某建筑空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐院Ｋ礋岜孟到y(tǒng)供暖供熱的系統(tǒng)形式，從經(jīng)濟(jì)和能耗方面研究海水源熱泵系統(tǒng)在珠三角沿海地區(qū)的可行性工程概況本工程擬建設(shè)位于惠州大亞灣近海區(qū)域一圖書館，建筑一共有4層，原建筑空調(diào)系統(tǒng)為風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，每層面積936㎡，1-3層每層各帶有兩架吊頂新風(fēng)機(jī)組，送風(fēng)量為6000m3/h，如圖2.1,第四層為設(shè)備布置層，帶有規(guī)格為1500×100×1200的玻璃鋼膨脹水箱，以及兩架制冷量為325kW的風(fēng)冷冷水機(jī)組，連接方式為并聯(lián)，如圖2.2，新風(fēng)機(jī)組、風(fēng)冷冷水機(jī)組設(shè)備參數(shù)見表2.2、表2.3。因地域靠海，且惠州大亞灣附近海域海水溫度適宜，本著節(jié)能環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展方針，現(xiàn)在改用海水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)來達(dá)到制冷供熱的效果。室外設(shè)計(jì)氣象參數(shù)：（參照廣州地區(qū)室外氣象資料，摘自《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50736-2012）夏季：室外空氣調(diào)節(jié)計(jì)算干球溫度：34.8℃；室外空氣調(diào)節(jié)計(jì)算濕球溫度：28.5℃；室外通風(fēng)溫度：32.2℃；冬季：室外空氣調(diào)節(jié)計(jì)算干球溫度：6.0℃；室外空氣計(jì)算相對(duì)濕度：70%；室外通風(fēng)溫度：13.9℃由原建筑面積及冷負(fù)荷指標(biāo)表可估算其冷負(fù)荷Qc=A×3×125=351000W（式2.1）冷負(fù)荷指標(biāo)見下表2.1表2.1冷負(fù)荷指標(biāo)表建筑類型冷負(fù)荷W/㎡（Cal/㎡）住宅、公寓、標(biāo)準(zhǔn)客房114-138（98-118）西餐廳200-286（170-246）中餐廳257-438（220-376）小商店175-267（150-230）理發(fā)、美容150-225（129-193）會(huì)議室210-300（180-258）辦公室128-170（110-146）中庭、接待112-150（97-129）續(xù)表圖書館90-125（77-108）展廳、陳列室130-200（112-172）劇場(chǎng)180-350（154-310）計(jì)算機(jī)房230-410（200-350）有潔凈需求的廠房、手術(shù)室等300-500（258-430）圖2.1圖書館1-3層系統(tǒng)圖圖2.2圖書館頂層設(shè)備布置層表2.2新風(fēng)機(jī)組設(shè)備參數(shù)表新風(fēng)機(jī)組型號(hào)G-6WD/E名義風(fēng)量m3/h60004排供冷量kw37.4供熱量kw66.8水流量L/s1.6水阻力kPa38.9機(jī)組重量kg163電源380V3N-50Hz續(xù)表盤管型式鋼管套高效翅片式工作壓力≤1.6MPa風(fēng)機(jī)型式前向多翼低噪音離心式2.3風(fēng)冷冷水機(jī)組設(shè)備參數(shù)風(fēng)冷冷水機(jī)組型號(hào)LSQWRF325M/NaD制冷量kW325制熱量kW355制冷輸出功率kW101.5制熱輸出功率kW104.5最大輸出功率（配電）kW130電源380V3N-50Hz壓縮機(jī)類型全封閉渦旋式柔性壓縮機(jī)數(shù)量4啟動(dòng)方式直接啟動(dòng)制冷劑類型R410A控制電子膨脹閥水路系統(tǒng)水側(cè)換熱器高效管殼式換熱器水流量m3/h55.9阻力損失kPa85最高水壓MPa1接管方式法蘭連接進(jìn)出水連接法蘭DN100續(xù)表空氣系統(tǒng)空氣側(cè)換熱器高效翅片盤管式風(fēng)機(jī)額定功率(W)750×8風(fēng)量m3/h124800海水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1海水源熱泵系統(tǒng)原理海水源空調(diào)系統(tǒng)主要由吸水過濾凈化系統(tǒng)、海水循環(huán)冷卻系統(tǒng)、中央熱泵系統(tǒng)和用戶末端空調(diào)管路系統(tǒng)四個(gè)部分組成。原理圖如圖3.1所示。海水由高壓泵提取，由凈化裝置凈化，然后送到海水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，與交換熱量后建筑物的冷熱源交換，之后排入大海。夏天的時(shí)候，將冷源換出，再由中央熱泵機(jī)組冷卻，送到用戶末端。冬天的時(shí)候?qū)嵩磽Q出，由中央熱泵機(jī)組加熱后送到用戶末端。按照系統(tǒng)形式，一般可以分為三種，第一種為集中式海水熱泵空調(diào)系統(tǒng)，就是在一個(gè)機(jī)房里面將全部的海水熱泵機(jī)組放在一起（可根據(jù)需要來確定機(jī)房的位置，比如海邊或者用戶附近），將工質(zhì)加熱/降溫后送到各個(gè)用戶。該形式比較節(jié)約成本。有助與專業(yè)人士的維護(hù)和管理；第二種為分散式海水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，主要是在各個(gè)用戶處配備海水源熱泵機(jī)組，然后由室外管網(wǎng)供應(yīng)海水，與第一種相比，這種系統(tǒng)的機(jī)組分散，會(huì)導(dǎo)致初投資變大，并且各個(gè)機(jī)組的容量都比較小，好處就是各個(gè)用戶可以根據(jù)自己的需求來進(jìn)行冷/熱源的降溫或者加熱。第三種為雙級(jí)耦合式海水熱泵空調(diào)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)主要是前面兩種系統(tǒng)的總和，不僅有在機(jī)房配備大容量的中央熱泵，還在各個(gè)用戶端配備小容量的熱泵。好處體現(xiàn)在當(dāng)冬季的海水溫度比較低的時(shí)候可以不需要輔助熱源，完成對(duì)用戶的供熱。本次設(shè)計(jì)通過圖書館的建筑特性，初投資以及珠三角沿海地區(qū)的海水溫度的考慮，選用第一種集中式海水熱泵空調(diào)系統(tǒng)的系統(tǒng)形式。根據(jù)運(yùn)行模式一般分為兩種，第一種為海水通過換熱器直接與冷凝器中的載冷劑交換熱量，這里海水充當(dāng)冷卻水的作用；另一種為海水先與冷卻水交換熱量，冷卻水再與冷凝器中的載冷劑交換熱量。這里海水充當(dāng)冷卻塔的作用。按照運(yùn)行模式可以知道第二種形式比第一種形式多了一個(gè)環(huán)節(jié)（海水與冷卻水換熱），所以效率上會(huì)略有不如，但是制冷劑中大多以工業(yè)用試劑為主，比如乙二醇，該試劑有毒性，可以使生物中毒，當(dāng)其直接在換熱器與海水換熱時(shí)，倘若換熱器發(fā)生損壞泄露一部分制冷劑到海里，對(duì)周圍的生物會(huì)有不好的影響，考慮到這一情況，本次設(shè)計(jì)采用第二種運(yùn)行模式3.1.1取水過濾凈化系統(tǒng)海水被抽取后，通過管道進(jìn)行粗過濾，除去泥沙、貝殼、海藻、等咋治，再進(jìn)行脫氣（指去除為了控制結(jié)構(gòu)而對(duì)海水進(jìn)行酸化時(shí)產(chǎn)生的氣體）和pH調(diào)節(jié)，以防止對(duì)下游系統(tǒng)造成腐蝕，延長(zhǎng)泵機(jī)與管道的壽命。3.1.2海水循環(huán)系統(tǒng)夏季工況時(shí)，熱泵循環(huán)工質(zhì)通過與板式換熱器里面的海水換熱來降低溫度，然后海水將熱量帶到海底。冬季工況時(shí)，熱泵循環(huán)工質(zhì)通過板式換熱器與海水換熱來升高溫度，然后海水將冷量帶到海底。3.1.3中央空調(diào)主機(jī)熱泵系統(tǒng)至用戶末端中央空調(diào)熱泵系統(tǒng)制冷時(shí)，循環(huán)工質(zhì)在熱泵機(jī)組冷凝器中釋放從海水中吸收的冷量，然后把冷量經(jīng)過熱泵循環(huán)送到蒸發(fā)器里工作，來降低室內(nèi)的溫度；供暖的時(shí)候，循環(huán)工質(zhì)在熱泵機(jī)組蒸發(fā)器中釋放從海水中吸收的熱量，然后熱量由熱泵循環(huán)來到冷凝器中工作，增加室內(nèi)的溫度至此我們可以發(fā)現(xiàn)海水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)不僅可以制冷，還可以供暖，所以一般來說無論是冬季還是夏季，一套系統(tǒng)就可以滿足用戶的冷暖需求。而且由于海水的數(shù)量龐大，可以滿足海水源熱泵系統(tǒng)的全年運(yùn)行，機(jī)組的利用率得到了很大的提升圖3.1海水源熱泵系統(tǒng)圖3.2海水取水系統(tǒng)系統(tǒng)采用的是虹吸管道自海平面下取水，分兩路，分為陸上挖槽敷設(shè)，巖石上明敷設(shè)，海底敷設(shè)三段。虹吸管道取水的方法施工難度較小，由于管壓是一個(gè)負(fù)壓的狀態(tài)，所以海水在壓差的作用下被吸入管路最高程，之后會(huì)流入虹吸罐中，然后在經(jīng)由抽水泵運(yùn)輸?shù)较到y(tǒng)之中與工質(zhì)換熱，最后再排回海水。工藝流程入圖3.2所示圖3.2虹吸工藝流程虹吸原理：虹吸是一種物理現(xiàn)象，一般來說，水管中有壓差，在壓力的作用下，海水會(huì)流動(dòng)，因此在取水之前應(yīng)該要把虹吸設(shè)備都注水，然后在啟動(dòng)水泵之后把虹吸罐中的水取走，由于取水管的氣壓降低，海水就會(huì)因?yàn)樨?fù)壓的作用而被吸入管中，所以由這個(gè)原理，可以把取水管插入海平面以下，起到密封的作用，并且為了避免入口進(jìn)氣，需要將取水管插入深度大于150mm的地方。原理如圖3.3所示圖3.3虹吸原理3.3海水源熱泵的選擇根據(jù)制冷量，選擇機(jī)組型號(hào)為L(zhǎng)SBLGR-115HS的海水源熱泵（如圖3.4）詳細(xì)參數(shù)見表3.1表3.1海水源熱泵技術(shù)參數(shù)海水源熱泵技術(shù)參數(shù)制冷量409kW制熱量337kW電器參數(shù)電源3/N/PEAC380V/220V50HZ制冷功率73kW制熱功率94kW壓縮機(jī)進(jìn)口半封閉螺桿式（1臺(tái)）制冷劑工質(zhì)環(huán)保制冷劑充入量145kg蒸發(fā)器形式滿液式制冷流量70m3/h制熱流量48m3/h壓力損失≤70Kpa污垢系數(shù)0.086㎡·℃/kW接口尺寸125mm冷凝器形式高效冷水殼管式制冷流量51m3/h制熱流量64m3/h壓力損失≤70Kpa污垢系數(shù)0.086㎡·℃/kW接口尺寸125mm機(jī)組重量2550kg噪音＜78db（A）注：1、機(jī)組制冷量及壓縮機(jī)耗功標(biāo)定工況：冷凍水進(jìn)水溫度12℃，出水溫度7℃，冷卻水進(jìn)水溫度30℃，出水溫度35℃；機(jī)組制熱量及壓縮機(jī)耗功標(biāo)定工況：熱水進(jìn)水溫度40℃，出水溫度45℃，冷卻水進(jìn)水溫度15℃，出水溫度7℃；圖3.4海水源熱泵3.4換熱器的選型3.4.1換熱器概述換熱器指的是能夠讓低溫流體通過換熱器件的換熱來得到高溫流體的部分熱量的熱交換生產(chǎn)設(shè)備。其類別也是多種多樣，根據(jù)熱量間交換原理與方式主要可分為三種形式：間壁式、混合式和蓄熱式。3.4.2換熱器的發(fā)展目前各國(guó)都在追求新的能源，主要是因?yàn)楝F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展非常的快速，所以能耗問題也十分嚴(yán)峻，這就使得節(jié)能方法得到各國(guó)的大力研發(fā)。傳熱技術(shù)的開發(fā)，不僅能夠減低能耗，還可以減少成本，所以也屬于節(jié)能方法的一種。并且換熱器廣泛應(yīng)用在化工、石油、電力、能源等行業(yè)。所以研究者都對(duì)換熱器的換熱技術(shù)強(qiáng)化有足夠的重視。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)記錄，我國(guó)換熱器行業(yè)的規(guī)模在2010年就超過500億人民幣以上，其主要涉及化工、食品、動(dòng)力、石油、機(jī)械、制冷和空調(diào)等近30多種領(lǐng)域。近年來，綠色發(fā)展的觀念深入人心，也是我們國(guó)家所提倡的，這樣，能源的使用要求在工業(yè)生產(chǎn)中會(huì)變得非常重要。既要保證效率又要控制能耗，這使得換熱設(shè)備的需求和技術(shù)要求也越來越大。這也使得換熱器在性能改進(jìn)的研究方向上成為熱門領(lǐng)域，同時(shí)一些具有高效能的新概念換熱器也相繼投入到生產(chǎn)中。換熱器行業(yè)在中國(guó)取得了穩(wěn)定增長(zhǎng)，年均增長(zhǎng)率將保持在10?15％，未來將繼續(xù)保持這種增長(zhǎng)趨勢(shì)，換熱器設(shè)備規(guī)模有望在2020年突破到1500億人民幣，發(fā)展前景廣闊。3.4.3換熱器的選擇根據(jù)海水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的需求，鈦板板式換熱器可以滿足，一般來說，板式換熱器與管式換熱器有一定的差別，它們不同的地方在于使用平板或者有錐度的傘板來作為傳熱面，由于上面會(huì)有各種條紋，凹凸起伏，這就使得流體會(huì)在上面產(chǎn)生擾動(dòng)，這會(huì)使得邊界層造成湍流，這可以獲得更高的傳熱效率。與管式換熱器相比，板式換熱器的傳熱效率更高，結(jié)構(gòu)也比較緊湊，并且重量輕，比較方便。在工質(zhì)工作的情況下，并不會(huì)因?yàn)榱黧w流動(dòng)的方式而影響傳熱工作。板片的增加或者減少只需要根據(jù)換熱面積需求就可以確定，比較靈活，適應(yīng)性較大，應(yīng)用日益廣泛，并且鈦板對(duì)海水的腐蝕有很大的耐性，所以鈦板板式換熱器非常適合用于海水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3.53.5板式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖另外再選擇換熱器的擺放方式，一般情況有兩種，第一種形式如圖3.6海水從海中被水泵抽取，經(jīng)過水處理后，海水被送入設(shè)置好的水池中，通過水池中放置的換熱器進(jìn)行換熱。這樣子的話換熱器能夠得到比較好的保養(yǎng)，因?yàn)樵谑覂?nèi)，還能減少損壞，專業(yè)人士的檢修也比較方便。不過一般來說建筑空間的不足很少有機(jī)會(huì)可以設(shè)置一個(gè)足夠面積的蓄水池。并且海水要水處理過之后才可以投入使用，這會(huì)使得初投資提高，運(yùn)行費(fèi)用也會(huì)相應(yīng)提高3.6海水源熱泵空調(diào)形式1形式2如圖3.7所示，該形式則是把熱交換器放入海水中，冷卻水從用戶端被冷卻水泵抽出，然后在海水中換熱，再回到用戶端與冷媒換熱，從而達(dá)到供冷/供暖的效果。這對(duì)換熱器的抗腐蝕能力有很大的挑戰(zhàn)，所以要這樣布置換熱器本身的抗腐蝕能力要很強(qiáng)，這樣的好處在于，因?yàn)槭窃诤Ｋ袚Q熱，所以海水量充足，不需要為海水利用的問題考慮，并且，因?yàn)楹Ｋ哂辛鲃?dòng)性，這就相當(dāng)于自帶講解污水的功能，可以省去污水處理的環(huán)節(jié)，這樣就減少了初投資，運(yùn)行費(fèi)用也會(huì)相應(yīng)的降低。缺點(diǎn)就是對(duì)換熱器的技術(shù)要求會(huì)較高，并且換熱器比較容易損壞。鈦板針對(duì)海水來說，具有很好的耐腐蝕性，而本設(shè)計(jì)選用的恰好是鈦板板式換熱器，所以滿足將換熱器放入海水中的要求，并且對(duì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和技術(shù)條件的考慮，本次設(shè)計(jì)采用形式2。3.7海水源熱泵空調(diào)形式24.板式換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算4.1概述由前面系統(tǒng)條件可知部分條件，制冷工況時(shí)，冷卻水端入口溫度為35℃，出口溫度為30℃（符合水溫差設(shè)定5-8℃要求），惠州地處珠三角區(qū)域，其海水溫度常年處于17-27℃，海水設(shè)計(jì)溫度采用偏安全的值，因此可得海水入口溫度位27℃，又水溫差設(shè)定一般為5-8℃，可取海水出口溫度為32℃。4.2設(shè)計(jì)方案通過熱平衡的關(guān)系來求出流體的質(zhì)量流量，同時(shí)再計(jì)算流體的平均溫差；根據(jù)相關(guān)的資料和數(shù)據(jù)，假設(shè)總傳熱系數(shù)K，求出換熱面積S，再根據(jù)已知的條件初選型號(hào)；（3）運(yùn)用相關(guān)的公式來驗(yàn)證初選型號(hào)是否滿足設(shè)計(jì)要求；（4）參考相關(guān)資料以及數(shù)據(jù)，查出流體的污垢熱阻；（5）通過傳熱系數(shù)公式求得流體的實(shí)際總傳熱系數(shù)，該數(shù)值應(yīng)該不小于初設(shè)的總傳熱系數(shù)，否則應(yīng)該改換其他型號(hào)的換熱器，從（3）開始重新計(jì)算；（6）當(dāng)所選擇換熱器均滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，才是適合的換熱器。4.3初步選定已知兩流體的工藝參數(shù)海水：入口溫度：T1=27℃；出口溫度：T2=32℃；冷卻水：入口溫度：t1=35℃；出口溫度：t2=30℃流體的定性溫度由換熱器內(nèi)液體在通過設(shè)備進(jìn)出口時(shí)的平均溫度來表示。海水的定性溫度為：T=(27+32)/2=29.5℃（式4.1）冷卻水的定性溫度為；T=(35+30)/2=32.5℃（式4.2）根據(jù)兩流體的定性溫度，分別查取兩流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)：海水在29.5℃下的相關(guān)物性數(shù)據(jù)見表4.1：表4.1海水物性參數(shù)表物性參數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)λo0.616W/(m·k)粘度vo8.251×10-7(㎡/s)密度ρo996(㎡/s)定壓比熱容Co4.175kJ/（kg·k）普朗特?cái)?shù)Pro5.58—冷卻水在32.5℃下的相關(guān)物性數(shù)據(jù)見表4.2：表4.2冷卻水物性參數(shù)表物性參數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)λo0.623W/(m·k)粘度vo7.758×10-7(㎡/s)密度ρo994.7(㎡/s)定壓比熱容Co4.174kJ/（kg·k）普朗特?cái)?shù)Pro5.09—4.4計(jì)算總傳熱系數(shù)4.4.1換熱器熱負(fù)荷由制冷系數(shù)公式可得COPk=q2/w0=q2/(q1-q2)(式4.3）q2即是建筑冷負(fù)荷，q1為換熱器熱負(fù)荷，又由熱泵參數(shù)可得COPk=5.6,因此可得換熱器熱負(fù)荷為Q=q1=q2/(q1-q2)=413678.57W（式4.4）4.4.2平均傳熱溫差計(jì)算平均傳熱溫差是換熱器的傳熱推動(dòng)力，其值與流體進(jìn)出口溫度和換熱器內(nèi)流體流型有關(guān)，對(duì)于純逆流流型可根據(jù)冷、熱流體進(jìn)、出口溫度，根據(jù)下式計(jì)算平均溫差：（式4.5）其中△tmax=t1-T2，△tmin=t2-T1。式中Δt1——熱流體進(jìn)出口溫度變化，°C；Δt2——冷流體進(jìn)出口溫度變化，°C。4.4.3計(jì)算兩流體的質(zhì)量流量海水質(zhì)量流量：Wo=Q/（T2-T1）Co=71340.973(kg/h)=19.816(kg/s)（式4.6）冷卻水質(zhì)量流量：Wi=Q/（t1-t2）Ci=71358.066(kg/h)=19.822(kg/s)（式4.7）式中Qo——熱負(fù)荷，W；w——流體的質(zhì)量流量，kg/s；Cp——流體的定壓比熱容，kJ/（kg·k）；T1、T2——海水的進(jìn)、出口溫度，°C；T1、t2——冷卻水的進(jìn)、出口溫度，°C。4.4.4初選換熱器型號(hào)根據(jù)兩流體情況，假設(shè)K’=3500W/(㎡·℃），因此可得：傳熱面積：S’=Q/K’△T’m=413678.57/（3500·3）=39.39㎡（式4.8）選用BR50型板式換熱器板片數(shù)：N=傳熱面積/單板傳熱面積=39.39/0.5=79片（式4.9）流道數(shù)n=（N-1）/2=39（式4.10）冷熱流體均取雙流程，即流道數(shù)為n’=n/2=19.5≈20（式4.11）因此查詢《換熱器性能參數(shù)及選型手冊(cè)》可得板式換熱器的工藝參數(shù)如下：表4.3換熱器工藝參數(shù)BR50型板式換熱器換熱面積40㎡流程組合2×20/2×20單板換熱面積0.5單流道截面積0.0016948當(dāng)量直徑de0.0076板片厚度δ0.0008導(dǎo)熱系數(shù)λ16若要采用此換熱器，則需要過程的總傳熱系數(shù)K≥3500W/(㎡·℃）。4.4.5驗(yàn)證算兩流體的流速u：海水流速：uo=(Wo/ρo)/（3600·n·0.0016948）=0.587m/s（式4.12）冷卻水流速：ui=（Wi/ρi）/（3600·n·0.0016948）=0.588m/s（式4.13）算雷諾數(shù)Re：Reo=(de·uo)/vo=5406（式4.14）Rei=(de·ui)/vi=5760（式4.15）（3）算努塞爾特?cái)?shù)Nu：由板式換熱器性能參數(shù)表可知，對(duì)于BR50型板式換熱器，傳熱和壓降計(jì)算關(guān)聯(lián)式如下：Nu=0.313Re0.637Pr(0.3)0.4（式4.16）因此可得Nuo=0.313Reo0.637Pro0.4=149（式4.17）Nui=0.313Rei0.637Pri0.3=126（式4.18）（4）求兩流體的傳熱系數(shù)α：海水傳熱系數(shù)：αo=Nuo·（λo/de）=12077W/(㎡/℃)（式4.19）冷卻水傳熱系數(shù)：αi=Nui·（λi/de）=10328W/(㎡/℃)（式4.20）求總傳熱系數(shù)K：在板間熱阻和熱損失可以忽略的時(shí)候，總傳熱系數(shù)為：K=1/[(1/αo)+(δ/λ)+(1/αi)]=4354W/(㎡·℃)>K’（式4.21）計(jì)算表明，K大于該型號(hào)的預(yù)設(shè)值K’,因此初選的BR50型板式換熱器是合適的，滿足設(shè)計(jì)要求。4.4.6核算（1）壓強(qiáng)降△P核算：查閱板式換熱器性能參數(shù)可知，對(duì)于BR50型板式換熱器，擴(kuò)張流道與壓縮流道的公式分別為：Eu(張)=1064·Re(-0.233)（式4.22）Eu(壓)=265·Re(-0.066)（式4.23）熱側(cè)流道為流體壓縮流道，冷側(cè)流道為流體擴(kuò)張流道，根據(jù)流體條件，可知海水側(cè)為流體擴(kuò)張流道，冷卻水側(cè)為流體壓縮流道。因此可得：Euo=1064·Re(-0.233)=143.6（式4.24）Eui=265·Re(-0.066)=149.6（式4.25）海水壓力降：△Po=Mo·Euo·ρo·uo=98564.3pa（式4.26）冷卻水壓力降：△Pi=Mi·Eui·ρi·ui=102898.3pa（式4.27）通過計(jì)算表明，兩次流體壓力降均在0.1MPa左右，屬于經(jīng)濟(jì)合理的范圍，因此，可滿足設(shè)計(jì)要求。換熱器換熱量核算：Q’=KS△Tm=522480w（式4.28）而且實(shí)際設(shè)計(jì)要求的熱負(fù)荷為：Q=413678.57w即：Q’>Q因此換熱器的換熱量滿足設(shè)計(jì)要求。4.4.7結(jié)論通過計(jì)算表明，所選的BR50型換熱器滿足該海水源熱泵系統(tǒng)用于海水降低冷卻水溫度的設(shè)置要求4.48設(shè)計(jì)結(jié)果換熱器換熱板片如圖4.1所示圖4.1換熱器人字形波紋板片換熱器型號(hào)及其參數(shù)見下表：表4.4換熱器參數(shù)表換熱器型式：BR50型板式換熱器換熱面積（㎡）：40流程組合：2×20/2×20單板換熱面積（㎡）：0.5單流道截流面積（㎡）：0.0016948當(dāng)量直徑（m）：0.0076板片厚度（m）：0.0008材料；TA1工藝參數(shù)名稱冷側(cè)熱側(cè)物料名稱海水冷卻水操作溫度（℃）27/3235/30流量（kg/h）71340.97371358.066續(xù)表流體密度（kg/m3）996994.7流速（m/s）0.5870.588傳熱量（W）515949總傳熱系數(shù)（W/㎡·℃））4354對(duì)流傳熱系數(shù)（W/（㎡·℃））1207710328壓強(qiáng)降（Pa）98564.3102898.3參考參數(shù)及曲線見下圖:圖4.2BR50K—W曲線圖4.3板式換熱器板片參數(shù)4.5循環(huán)泵的選型冷卻水流量：Wi=71358.066(kg/h)=71.4（m3/h）（式4.26）根據(jù)冷卻水流量可選擇型號(hào)為IRG100-160A-11KW的冷卻水循環(huán)泵，外觀圖及部分規(guī)格參數(shù)如圖4.5。圖4.4冷卻水循環(huán)泵5.管路的敷設(shè)參考青島奧帆媒體中心項(xiàng)目，將機(jī)房設(shè)置在距離海邊300m處與海水聯(lián)通，又查閱圖書館的噪音分貝標(biāo)準(zhǔn)以及噪音衰減公式，可將機(jī)房設(shè)置距離建筑100m處，共計(jì)400m。由冷卻水在換熱器中流速及冷卻水質(zhì)量流量，可設(shè)冷卻水在進(jìn)出換熱器瞬間流速與換熱器中流速相同，則根據(jù)初始流速、流量可在管徑流量流速對(duì)照表中選取管徑（部分參數(shù)見下圖5.1），由表可選擇DN250管徑的海水管道。當(dāng)管徑≤600mm時(shí)，宜采用高密度聚乙烯塑料管（HDPE）。使用雙管程（一供一回）。并且，在敷設(shè)海水管路的時(shí)候還需要考慮防腐措施，如內(nèi)刷防腐、祛生物附著涂料等防腐措施。海面下管道通過海底開槽挖溝來安裝，陸地上的管道直埋敷設(shè)，巖石上管道明敷設(shè)。表5.1管徑流速流量對(duì)照表管徑/流速/流量對(duì)照表管徑單位：DN流速單位：m/s流速單位：m3/h40.450.570.68250.180.350.530.710.881.06320.290.580.871.161.451.74400.450.91.361.812.262.71500.711.412.122.833.534.24651.192.393.584.785.977.17801.813.625.437.249.0510.861002.835.658.4811.3114.1416.96續(xù)表1254.428.8413.2517.6722.0926.511506.3612.7219.0925.4531.8138.1720011.3122.6233.9345.2456.5567.8625017.6735.3453.0170.6988.36106.03海水源熱泵系統(tǒng)與原系統(tǒng)的優(yōu)劣對(duì)比及經(jīng)濟(jì)分析6.1原系統(tǒng)與海水源熱泵系統(tǒng)的不同原建筑系統(tǒng)為風(fēng)機(jī)盤管加獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)，也被稱為空氣—水系統(tǒng)，在空調(diào)形式里面是用的比較多的一種，由風(fēng)機(jī)盤管和新風(fēng)系統(tǒng)來承擔(dān)室內(nèi)和新風(fēng)的冷負(fù)荷和熱負(fù)荷。一般由新風(fēng)機(jī)組、送風(fēng)管道、送風(fēng)口和風(fēng)機(jī)盤管等設(shè)備組成。系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖6.1所示。相對(duì)于海水源熱泵系統(tǒng)，采用空氣冷卻的風(fēng)機(jī)盤管加獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)，省去了冷卻水泵和管路系統(tǒng)。這樣冷凝器就不會(huì)因?yàn)樗|(zhì)不好而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)，也不會(huì)有水管堵塞的問題。對(duì)于水質(zhì)差和缺水的地區(qū)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。由室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)組成的風(fēng)冷機(jī)組會(huì)將一部分機(jī)體暴露在露天與空氣接觸，并且該系統(tǒng)是直接以室外空氣作為“熱源”，通過機(jī)械做功，與室外空氣交換熱量。圖6.1系統(tǒng)簡(jiǎn)圖6.2兩系統(tǒng)的優(yōu)劣比較由上面風(fēng)機(jī)盤管加獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)與海水源熱泵系統(tǒng)對(duì)比可知，前者的使用條件不如后者的苛刻，海水源熱泵系統(tǒng)的使用最關(guān)鍵的一點(diǎn)便是需要在沿海區(qū)域，而風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)則不需要，這也使得該系統(tǒng)應(yīng)用十分廣泛，但由于其與空氣直接換熱，那么在室外機(jī)周圍空氣的溫度就會(huì)發(fā)生變化，使得環(huán)境條件惡化（如熱島效應(yīng)）。并且，當(dāng)室外溫度高到35℃以上時(shí)，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組的效率下降。并且空氣溫度越高，其制冷效率越差，這樣能耗就增加了。并且室外機(jī)會(huì)產(chǎn)生噪音以及霉菌污染。風(fēng)冷機(jī)組的室外機(jī)常年放置室外與空氣接觸，這就會(huì)有許多的灰塵，散熱器上的灰塵會(huì)起到保溫的作用，這樣機(jī)組就會(huì)在高溫環(huán)境里面工作，會(huì)使得設(shè)備壽命減少，并且能耗增加。相對(duì)于風(fēng)機(jī)盤管加獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)，海水源熱泵系統(tǒng)會(huì)更加的高效，海水的溫度穩(wěn)定，一年四季的溫度變化不如空氣溫度大。海水源熱泵機(jī)組的制冷制熱工作仍然是需要用電來實(shí)現(xiàn)的，但是在工作過程中，海水源熱泵機(jī)組的COP值都會(huì)比較高，所以相比起來還是有節(jié)能的效果和優(yōu)勢(shì)的，同時(shí)因?yàn)闆]有冷卻塔和室外機(jī)，所以也不會(huì)有噪音和霉菌的問題。并且在這個(gè)系統(tǒng)之中，海水源熱泵系統(tǒng)一般都在室內(nèi)或者室外箱體里面工作，所以壽命會(huì)比較長(zhǎng)。且在溫度良好的介質(zhì)中進(jìn)行熱交換工作。延長(zhǎng)了機(jī)組壽命，故障率也比較低，減少了圍護(hù)量。且海水源熱泵系統(tǒng)是與海水交換熱量，即把熱量帶到海水中或者從海水中帶走熱量，由于海水龐大的水量以及海水的流動(dòng)性，這么做并不會(huì)導(dǎo)致海水的局部溫度產(chǎn)生大的變化，更影響不了海水的整體溫度6.3兩系統(tǒng)的初投資對(duì)比本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要著重于對(duì)原系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)，即將供冷供暖的工作由風(fēng)冷冷水機(jī)組替換成海水源熱泵系統(tǒng)來做，因此初投資的對(duì)比既由海水源熱泵系統(tǒng)與風(fēng)冷冷水機(jī)組對(duì)比。對(duì)于風(fēng)冷冷水機(jī)組：選用了型號(hào)為L(zhǎng)SQWRF325M/NaD的風(fēng)冷冷水機(jī)組，數(shù)量為2架，詢問相關(guān)公司得到單架機(jī)組的價(jià)格為188700元。對(duì)于海水源熱泵系統(tǒng)：選用了機(jī)組型號(hào)為L(zhǎng)SBLGR-115HS的海水源熱泵，數(shù)量為2批（一備一用），詢問相關(guān)公司得到單價(jià)為36000元；選用了型號(hào)為IRG100-160A-11KW的水泵，數(shù)量為2架（一備一用），詢問相關(guān)公司得到單價(jià)為3180元；選用BR50型板式換熱器，數(shù)量為2架（一備一用），需要定制，詢問相關(guān)廠家得到定制單價(jià)為38500元。管徑為DN250的HDPE管總計(jì)800m,（一供一回）每米93元。因此可得兩者初投資對(duì)比為：表6.1初投資對(duì)比初投資對(duì)比風(fēng)冷冷水機(jī)組單項(xiàng)單價(jià)（元）數(shù)量合計(jì)（元）風(fēng)冷冷水機(jī)組1887002架377400海水源熱泵系統(tǒng)單項(xiàng)單價(jià)（元）數(shù)量合計(jì)（元）海水源熱泵360002臺(tái)229760板式換熱器385002臺(tái)冷卻水循環(huán)泵31802臺(tái)HDPE管93800m結(jié)論改用海水源熱泵系統(tǒng)可節(jié)約147640元6.4兩系統(tǒng)能耗分析（以夏季制冷為主）運(yùn)行狀態(tài)：通過惠州當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境，以及圖書館開館閉館時(shí)間，可以設(shè)定夏季制冷天數(shù)為240天，工作時(shí)間12小時(shí)。以風(fēng)冷機(jī)組設(shè)備參數(shù)表可知制冷時(shí)運(yùn)行功率為101.5kw，由于制冷量總和遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過建筑物估算總冷負(fù)荷，可令其以60%的狀態(tài)運(yùn)行，一共有兩架，因此可得風(fēng)冷機(jī)組在夏季制冷工況下的用電量為：60%×101.5×240×12×2=350784kW·h（式6.1）以海水源熱泵機(jī)組設(shè)備參數(shù)表可知制冷時(shí)運(yùn)行功率為73kw，由于熱泵額定制冷量大于建筑物估算總冷負(fù)荷，可令其以90%的狀態(tài)運(yùn)行，冷卻水循環(huán)泵運(yùn)行功率為11kw，板式換熱器本身不用電，因此可得海水源熱泵系統(tǒng)在夏季制冷工況下的用電量為：90%×73×240×12+11×240×12=220896kW·h（式6.2）兩系統(tǒng)能耗對(duì)比見下表6.4表6.4能耗對(duì)比能耗對(duì)比機(jī)組系統(tǒng)海水源熱泵系統(tǒng)風(fēng)冷冷水機(jī)組用電量（kW·h）220896350784比值（海/風(fēng)）0.63結(jié)論海水源熱泵能節(jié)約大約37%的用電量6.5兩系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用比較根據(jù)惠州電價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，平均每一千瓦時(shí)的電量需要交納的費(fèi)用為0.64元。因此可得當(dāng)以原建筑系統(tǒng)運(yùn)行制冷時(shí)，所需費(fèi)用為：350784×0.64=224501.76元（式6.3）當(dāng)以海水源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行制冷時(shí)，所需費(fèi)用為：220896×0.64=141373.44元（式6.4）兩者比較見下表6.5表6.5運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比機(jī)組系統(tǒng)海水源熱泵系統(tǒng)風(fēng)冷冷水機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用141373.44元224501.76元結(jié)論海水源熱泵系統(tǒng)制冷時(shí)能節(jié)約83128.22元6.6技術(shù)對(duì)比盡管海水源熱泵系統(tǒng)具有節(jié)約能源，綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，作為一種新興的空調(diào)系統(tǒng)，待解決的問題還是有很多的，首先的一點(diǎn)就是建筑必須要近海，而且海水受到潮汐的影響，有漲有落，取水點(diǎn)也會(huì)有限制。這就導(dǎo)致了大范圍實(shí)施不現(xiàn)實(shí)，并且一般情況下，海水源熱泵的初投資是要比相近工況的常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)要高的，因?yàn)樾枰黾优c海水接觸的設(shè)備的耐腐蝕投資。但就該建筑來說，有一部分原系統(tǒng)的冷水機(jī)組選型不當(dāng)?shù)脑?，才?dǎo)致初投資高過海水源熱泵系統(tǒng)。相反，作為研究了多年的空調(diào)系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)盤管加獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)的技術(shù)比較成熟，而且實(shí)施條件不如海水源熱泵系統(tǒng)那么苛刻，并且與海水源一樣不需要冷卻塔，減少了建筑所需面積，容易與裝潢工程配合。并且該系統(tǒng)是與空氣交換熱量，換言之有空氣的地方就能安裝使用，所以可以廣泛的使用。所以在一些在內(nèi)陸且缺少淡水資源地區(qū)，風(fēng)機(jī)盤管加獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)也不失為一個(gè)較好的選擇，但若是在沿海地區(qū)，則更提倡使用海水源熱泵系統(tǒng)，畢竟相比之下比較高效節(jié)能且綠色環(huán)保。7.結(jié)論綜上所述，就該建筑而言，利用海水源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行制冷比利用原系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行制冷，在經(jīng)濟(jì)方面無論是在初投資還是運(yùn)行費(fèi)用上，都可以節(jié)省下一筆不菲的費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)性大大提高。在能耗方面，通過對(duì)兩種系統(tǒng)的能耗對(duì)比，可以看出，兩種系統(tǒng)在制冷量相差不大的工況下運(yùn)行，海水源熱泵系統(tǒng)的耗電量明顯是要比原系統(tǒng)低的，符合節(jié)能環(huán)保的理念，所以可以得出結(jié)論，就該建筑而言，將原系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)為海水源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行制冷是完全可行的。此次設(shè)計(jì)流程為：先根據(jù)原建筑面積估算出建筑所需冷負(fù)荷；然后根據(jù)冷負(fù)荷進(jìn)行海水源熱泵選型；經(jīng)過所選型的海水源熱泵的COP值與估算出的冷負(fù)荷算出換熱器所需滿足熱負(fù)荷，再查找相關(guān)參數(shù)進(jìn)行鈦板板式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算；通過計(jì)算所得的流量、流速選擇冷卻水泵與管路管徑；將所設(shè)計(jì)海水源熱泵系統(tǒng)與原系統(tǒng)進(jìn)行初投資、能耗、運(yùn)行費(fèi)用、技術(shù)等各方面對(duì)比以證明方案的可行性。至此完成海水源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。這次的設(shè)計(jì)，由于能力、時(shí)間的條件有限，有一些本來可以做的更完善的環(huán)節(jié)并沒有做的非常好。這涉及了多方面專業(yè)的知識(shí)，無法做到深刻的理解。因此，以后需要擴(kuò)展知識(shí)面的學(xué)習(xí)，并且對(duì)前沿科技的信息掌握還需要加強(qiáng)。從而為節(jié)能環(huán)保事業(yè)貢獻(xiàn)一份力量。參考文獻(xiàn)朱小杰.海水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用分析[J].住宅與房地產(chǎn),2019(21):46-47張朝暉,王若楠,高鈺,劉慧成,劉璐璐,白俊文,陳敬良.熱泵技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].制冷與空調(diào),2018,18(01):1-8.姜倩.淺層海水源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析[A].中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司、《煤氣與熱力》雜志社有限公司.2018供熱工程建設(shè)與高效運(yùn)行研討會(huì)論文集[C].中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司、《煤氣與熱力》雜志社有限公司:,2018:6.李國(guó)慶.淺談海水源熱泵技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)[J].建材與裝飾,2017(19):137-138.何文肇.海水源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2014(04):163.龔希武,張艷.海水熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].節(jié)能技術(shù),2013,31(01):54-56.康熙,康侍民.海水源熱泵系統(tǒng)夏季工況實(shí)測(cè)及相關(guān)問題分析[J].煤氣與熱力,2013,33(05):6-7+14.ShuHiawen,WangTingyu,JiaXin,RenZhiyong,YuHaiyang,LinDuanmu.EnergyEfficiencyEnhancementPotentialoftheHeatPumpUnitinaSeawaterSourceHeatPumpDistrictHeatingSystem[J].ProcediaEngineering,2016,146.Energy;FindingsfromQingdaoUniversityofTechnologyYieldsNewDataonEnergy(APracticalResearchOnCapillariesUsedAsaFront-endHeatExchangerofSeawater-sourceHeatPump)[J].EnergyWeeklyNews,2019.[10]Young-JinBaik,MinsungKim,Ki-ChangChang,Young-SooLee,Ho-SangRa.Potentialtoenhanceperformanceofseawater-sourceheatpumpbyseriesoperation[J].RenewableEnergy,2014,65.致謝時(shí)間過的很快，一轉(zhuǎn)眼大學(xué)四年就過去了，四年時(shí)間說長(zhǎng)也不長(zhǎng)說短也不短，這期間也發(fā)生了許多的事情，學(xué)到了許多的知識(shí)，人也成長(zhǎng)了很多，應(yīng)該說這四年沒有什么后悔的。在這里我有很多的感謝：首先要感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師張冬潔老師，感謝她在我進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)期間給予我的幫助和指導(dǎo)，認(rèn)真負(fù)責(zé)。使得我能夠比較完整的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐瓿蛇@次的畢業(yè)設(shè)計(jì)。其次，還要感謝羅老師、廖老師、饒老師等任課老師。感謝你們?cè)诖髮W(xué)期間的傾囊相授，沒有大學(xué)期間理論知識(shí)的基礎(chǔ)，這次的設(shè)計(jì)是做不來的。所以在這里，對(duì)各位老師表示誠(chéng)摯的感謝。附錄外文翻譯外文資料Designofaseawater-sourceheatpumpforabridgeheatingsysteminwinterseasonAbstractInthispaper,aseawatersourceheatpumpsystemisdesignedforabridgeheatinginwinters.Itisprobabletofreezeofthewaysandbridgeswhichmaycausemanyaccidentsinthecoldandsnowyweathers.Snowmeltingsystemisnecessarytopreventthepossibleaccidentsandprivativesituations.Designoftheoptimumpipelengthofseawaterheatexchangerisacriticalissuetotransferthemaximumheatfromthesea.Effectsofthepipediameter,wallthickness,radiusofthecoilandcoilpitchontheheattransferwereshowninthispaper.Moreover,frictionfactorofthehelicoidalpipesandenergyconsumptionofpumpswerealsocalculated.Keywords:Slinkyheatexchanger,Seawater-sourceheatpump,Optimization,Freezing1IntroductionSeawatersourceheatpumpsareusedforcommercialapplicationsaswaterheating,coolingorheatingofbuildings.Especially,itispreferredincommercialbuildingsduetoitshighefficiencyadvantageandenvironmentalfriendlinessincomparisontoconventionalsystems.Inthe20thcentury,useofpetroleumresourcesdominatedalltheprocessandelectricityindustry.Nowadays,humankindrealizedthatworld’spetroleumresourcesarenotinfinite.Rapaciouslyconsumptionofpetroleumresourcescausedtheircoststorise.From1945to2008,oilpricesrosefrom$12/barreltoabout$100/barrel[1].Hence,weneedtogiveimportancetoalternativeenergyusagemuchmorethanbefore.Heatpump,inventionofaformofclosed-loopcycle,isgenerallyattributedtoLordKelvin.Theprincipaldifferencesbetweentherefrigerator,air-conditioningsystemandheatpumpsystemarebecauseofthewaytheyareused.Refrigeratorandair-conditioningsystemprovideusefulcooling,whereasheatpumpsprovideusefulheating[2].Heatpumpssystemcanbeindifferenttypesanddifferentdesigns.ForexampleHorizontalcoupledgroundsourceheatpumpsystemcouldbeusedinthreedifferenttypes.Thesearesinglepipes,multiple-pipesandspiral-typesystem[3].SudiroandBertucco[1]mentionedaboutoptimizationoftheheatexchangerofaseawatersourceheatpumpsystemappliedinChina.Themostimportantoptimizationdataistheicingandnon-icingconditionaroundthepipe[1].Besides,bycreatingtwomathematicalmodelabouttheicingandnon-icingcondition,theeffectoftheseawatertemperatureandflowvelocityinthepipewasshown[1].Yuetal.[4]investigatedadistrictheatingsystemusingawatersourceheatpump.Mostly,costanalysisoftheenergyconsumptionofthepumpsandheatpumpshasbeendoneforhotwatersupply.Besides,thesystemwascomparedwiththeboilersystem.Itwasaimedtodetermineifthesystemiseconomicallyusefulornot.Heatpumpssystemisbeingtomoreimportantforheatingofvariousplaces.Haiwenetal.[5]designedaspaceheatingsystemusingheatpumpandinvestigatedifsystemisfinanciallyfeasibleornotbydevelopingamathematicalmodel.Fujiietal.[7],agroundsourceheatpumpapplicationwaspresentedandanumericalmodelabouttheslinkyheatexchangerwasgiven.Thesoiltemperaturedistributionsonaspecifictimeweregiven.Theheatdissipationaroundtheheatexchangerwasalsogiven.Theycalculatethespecificheatextractionratesfordifferentbandradiuses.ThespiralheatexchangerisusuallyusedinGroundSourceHeatPump(GSHP)systemandtheGSHPsystemisgenerallyusedforindoorheating.Studiesongroundheatexchangershaveexaminedonfieldmeasurementsandnumericalanalysis.Lietal.[8]focusednotonlythenumericalanalysisbutalsotheoreticalresearches.Themethodologyisaimedtoanalyzethethermalperformanceofaspiralheatexchangerbyestablishingaringsourcemodel.2HeattransferequationsfortheflowincircularstraightductsInthisstudy,helicoidalpipeshavebeenusedinsteadofstraightpipes.Moreover,inordertocomparethesetwotypesofpipes,theheattransferequationforthestraightpipeshasbeenshownadditionally.NusseltnumberintheflowincircularductsisdefinedwithColburnEquation[9]????=0,023????0,8??????(1)Heren=0.4forheatingandn=0.3forcoolingrespectively.SeiderandTateproposetheequationgivenbelowforthefluidwhichhasbigcharacteristicchanges[9]（2）Theequationgivenabovehassomeinaccuracythatmayreachupto25%.It’spossibletogetmorecomplicatedequationstodecreasetheinaccuracy.Theerrorratecanbereducedto10%bytheequationgivenbelow.TheequationthatbelongstoPetukhovis[9]（3）ThefollowingequationthatisofferedbyGnielinksiforlowReynoldsnumbers[9];（4）3.HeattransferequationsfortheflowincircularslinkyheatexchangerThemostimportantcharacteristicoftheflowinslinkyheatexchangeristhecurvatureofthepipes(Figure1).ThefrictionfactorishigherthanfrictionfactorinthestraightpipesforthesameReynoldsnumber.Thepitchoftheslinkyheatexchangerhasaneffectontheheattransfer.Consequently,theheattransferrateishigherinslinkyheatexchangerthanstraightpipes.Thus,slinkyheatexchangersarewidelyusedinmanyapplications.Figure1:Slinkyheatexchanger.DeanNumberisakindofdimensionlessnumberusedinbothspiralcoilsandhelicoidalpipes.（5）Thepitcheffectintheslinkyheatexchangerisnottoomuchimportantforanoptimumdesign.Theresearcheshaveshownthateffectofthepitchisminimumontheheattransferrate.Whentheexperimentalandtheoreticalresultsarecompared,theregressionanalysisofavailabledataisgivenbyReayandMacmichael[10]:（6）WhereandHeattransfermechanismintheseacanbemodeledasfreeconvectionifthereisnocurrent.Rayleighnumberdescribestherelativemagnitudeofthebuoyancyandviscousforcesinthefluid:（7）Forhorizontalslinkyheatexchanger,characteristiclengthisdefinedastheouterdiameterofthepipe.ConvectionheattransfercoefficientofslinkypipesisdefinedasafunctionofNusseltnumberinflowoverhorizontalpipes,sincenospecificcorrelationexistforslinkypipes.Nusseltnumberforfreeconvectiondefinedas[11]:（8）（9）TotalheattransferrateforthebridgeheatingisQ(kW).nknumberofseawatersourceheatpumpswereused.HeattransferrateforeachheatpumpandisQ/nk(kW).Hencethepipelengththatprovidestherequiredheatineverysectioncanbecalculatedas,（10）thepipelengthscanbecalculatedineverysectionandthetotalpipelength,（11）（12）Frictionfactorforstraightpipesinturbulentflowis（13）（14）（15）Forusingslinkyheatexchangers,curvatureeffectsshouldbeconsidered.Frictionfactorforslinkyheatexchangerishigherthanthefrictionfactorforstraightpipes.FollowingcorrelationwasproposedbyChiasson[12]tocalculatethefrictionfactorforturbulentflowinslinkyheatexchanger.（16）Where.Owingtohighflowrateandfrictionfactor,pressuredropinthepipeisveryhighandprecautionsmustbetakenforthehighpressuredrop.Itmeansthecirculationpumpsconsumemuchelectricity.Tosavetheelectricenergyitwillbeusefultousemultipleheatexchangersinparallelinsteadofasinglepipe.Sotheflowrateandfrictionfactoraredecreased.Forlaminarflow,thefrictionfactorforslinkyheatexchanger[10]; De>300（17）Re<2300（18）4ThereferencefunctionBycomposingthereferencefunction,itisaimedtogetmaximumheattransferratewithminimumtotalcost.Asthetotalcost,investmentcostandoperatingcosthasbeenregarded.Thefunctiontobeoptimizedcanbedefinedasbelow.（19）Asannualinvestmentcost,heatpumps,circulationpumps,pipeandfittingtools,valvesetc.aretakenintoaccount.Consequently,is（20）Depreciationofinvestmentcostfortheslinkyheatexchangercirculationpumpandheatpumparegivenasfollows:（21）（22）（23）（24）（25）Astheheatexchangercost,onlypipecosthasbeenregarded.Thecollectors,fittingsandcostoflaborwereaddedwithacertainpercentage.Annualdepreciationofpipeinvestmentcost,（26）（27）Annualoperatingcostistheexpensesofelectricityconsumedbycirculationpumpsandheatpumpsduringtheoperatingtime.（28）Arelationshipbetweenheatingcapacityoftheheatpumpanditspriceisgivenas;（29）Arelationshipbetweeninnerdiameterofthepipeanditspriceisgivenasalinearequation.（30）Alinearequationisalsogivenbetweenenergyconsumptionofpumpsandpriceofthepumps.（31）5KeysofstudyTheheatpumpsystemhasbeendesignedtouseinBlackSeaRegionofTurkeywhichistheneartheBlackSea.BlackSeawasusedastheheatsourceandtheaveragetemperatureinwinterisabout10°C.Fluidinlettemperatureis2°Cfordesigncalculations.Toavoidfreezingofthewaterundertheoperatingconditionandinthewinter,itmustbetakensomeprecaution.Therefore,water-ethyleneglycolmixtureisusedinthesystem.Besides,thepropertiesofthefluidandseawaterareshowninTable1andTable2.Heatcapacityofthesystemisabout1300kWand13heatpumpswereusedbecauseofthehighvalueofheatcapacityofthesystem.Table1:Propertiesofwater-ethyleneglycolmixture.25%byweightValueUnitDensity1035SpecificHeat3.8kj/kgKKinematicViscosity3.2×10-5m2/sPranditNumber27.4-Table2:Propertiesofsea