WFI海水源热泵空调工程在青岛发电厂的应用
当前，水源/地源热泵这一主要应用可再生能源，节能、环保的绿色空调系统已被普遍认可，然而由于这一领域在国内处于起步阶段，应用实施中还需要不断总结经验。
以海水为冷热源的热泵系统的成功应用，将为各沿海、沿江城市的水源系统的应用提供借鉴。本文旨在通过目前国内建成的第一个海水源热泵空调系统示范工程的实施，介绍由WFI海水源热泵空调系统的工作原理、工程设计、运行参数、节能效益分析，为实施大型水源热泵区域供热、供冷提供理论和实践样板。
1 工程概况
该工程位于青岛发电厂内，建筑共2层，一层为职工食堂，二层为工会办公室，层高均为4.5m，建筑面积2400m²，空调总面积为1871.5 m²(不计算浴室面积)。此热泵空调系统同时供应洗澡热水，按100 m²/d计。
一层为职工食堂，分就餐区和厨房灶间两部分，24h正常营业。厨房灶间由于有蒸汽锅等散热量较大的设施、设备，冬季白天温度大约在26℃-28℃，需要制冷运行；晚上需要制热运行。二层为工会办公室、歌舞厅、健身活动室以及会议室，各自冷热温度需求不同，使用时间分散且不固定。
2 关于WFI
此工程应用的是美国WFI水-水机组和水-空气机组。WFI致力于高端水源热泵产品的研发，以及地下环路的设计与应用。
WFI带动水源热泵行业进入高端建筑市场，并使地源系统的应用得以科学、规范。“专注、创新，引领行业”，WFI品牌已成为整个行业高端产品、技术以及服务的最佳典范象征，更获得了行业超过50%的市场份额以及高达96%的业界最高客户满意率。
WFI的中国生产基地拥有先进的生产流水线、一流的焓差实验室，并拥有专业的主机开发设计师、工程设计和各类管理人员。该基地在从事水源/地源热泵产品的开发、制造、销售的同时，同样担负着在中国推广环路设计、应用及施工的任务，并已完成了众多颇具影响、包括建筑面积超过两万平方米的高层建筑的地源热泵工程。
3 空调设计参数
3.1室内空气设计参数
WFI设置的室内空气设计参数是按照采暖通风与空调设计规范选取，其参数见表1
3.2 海水设计温度
青岛沿海海水温度水下5m处，冬夏海水温度变化不大，因此本设计海水温度按照最低水位水下5m计算，其数值夏季(7月~9月)25.2℃；冬季(12月)6.39℃，冬季(1月~2月)3.74℃。
3.3空调负荷
1)夏季冷负荷：QL =231.5KW ；冬季热负荷： QR =187.2 KW。
2)浴室热负荷：QR =273.5 KW。
4 空调系统设计
为满足不同区域在同一时间对冷暖的不同需求，设计工程师考虑在室内采用水-空气热泵机组，保证机组可以随时冷热切换，相当于用“二管制”代替了传统空调系统"四管制"才可达到的同时满足冷暖要求的高档享受，节省了水管路的费用，而且方便运行管理。
每台热泵机组根据室内新风需求，在回风管道上引入适量的新风，新风入口装有电动调节阀，风阀的开启与关闭与热泵机组的风机连锁。
每台机组具有制冷、制热与通风功能，并且均配有室内控制器。过渡季节，可根据实际需要制冷、制热或通风运行。
水系统为异程设计，每台水-空气机组进水管上装有过滤器，回水管上装有自动排气阀。每层水管路连接的第一台热泵机组进出水管上装有温度计、压力表，其余每台均预留安装孔，方便机组的运行检修。
5 海水源热泵系统
5.1海水处理
据WFI环路设计的工程师测量，该地海水中含有一些生物活性和高含量的固体粒子(砂子、有机物质等)，含盐量也很高。这些颗粒可能会在表面形成沉淀物，结果会增加生物活性以及微生物腐蚀的可能性。为了避免这些，在海水引入口安装一个机械过滤器来过滤掉这些颗粒，还要通过杀死细菌的方法减少生物活性。
5.2蒸发器
为了避免海水直接进入热泵机组，而对蒸发器产生腐蚀，该系统设计中我们引入了抗海水腐蚀的二级换热器，换热器采用钛板制作，其示意图如图1所示。
5.3海水管道设计
海水管道采用硬聚氯乙烯给水管材(U-PVC)，海水下管道在海底开槽挖沟安装，陆地上管道直埋敷设。
6 洗澡热水系统设计
浴室内原有喷淋头没有混水阀，洗浴时直接使用蓄热水箱内的热水，所以蓄热水箱内的热水控制在45℃时。该系统选用3台水-水热泵机组，机组出水温度40℃-45℃，接入浴室蓄热水箱。当蓄热水箱内的水温高于45℃时，3台热泵机组停止运行，当蓄热水箱内的水温低于40℃时，3台热泵机组启动运行。使用该生活热水系统代替原计划的电锅炉，节约了5倍的效率。
7 自动控制
7.1 循环水系统控制
本工程采用变流质、变供回水温差运行，一二次网循环水泵均采用变频控制，根据海水温度的变化，控制水泵的启停和运转频率。
7.2 空调系统与洗澡水系统运行控制
冬季，空调系统与洗澡水系统均在制热模式下运行，两个系统并联运行。夏季，空调系统在制冷模式下运行，而洗澡水系统在制热模式下运行，将空调房间内的热量转移到洗澡水系统中，可以实现系统间能量转移，节省一次网能量。当第二次网回水温度高于设定的最低温度时，两个系统并联运行；当二次网回水温度低于设定的最低温度时，两个系统串连运行。
7.3 系统补水控制
二次网循环水泵补水定压点处安装有电接点压力计，当测得的压力值低于设定值时，补水泵停止运行；当压力超过安全压力时，安全阀开启泄压。
7.4 新风口控制
水-空气热泵机组的风机停止运行后，装在新风口处的电动调节阀自动关闭。
8 运行状况
本 工程2004年8月开始施工，2004年11月调试完毕投入正常运行使用。
由于海水供水温度基本恒定，换热温度也基本上维持在一定范围内，经过整个冬季制热和夏季制冷运行监测，机组运行效果非常良好，达到设计预期目标。
9 结语
海水源热泵系统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，从而实现海水源热泵的一机多用。
海水源热泵系统仅用少量电能实现采暖、制冷，不燃气、不燃煤，无污染物的排放，环保效益显著。
海水源热泵空调系统已各采暖及空调(制冷)季总运行费用＜30元/ m². a，比传统中央空调可节能30%~40%。
在创造极大的环保、节能价值的同时，水源热泵系统的应用更令城市更美丽。该系统取消了空调外机、取消了冷却塔等散热装置，因此令建筑与城市更和谐。这一点，对旅游城市、尤其是沿江、沿河的历史风貌建筑的保护、维护城市的原生态，意义更加重大。
该海水源热泵应用示范工程的建立，为开发利用海洋新能源提供了理论和实践样板；积累了海水源热泵运行数据与经验，为大型海水源热泵区域供热供冷提供了科学依据，同时也为上海、重庆等沿江城市的大规模沿江建筑群的空调系统选用，提供了有效借鉴。
