重庆地区江水源热泵利用成果显著

    近日，国家“十一五”科技支撑计划重点项目：长江上游地区地表水水源热泵系统高效应用关键技术研究与示范顺利实施，并取得丰硕成果。

重庆市涪陵区CBD中央商务区（一期）江水源热泵示范工程

 
地表水水源热泵系列标准

 
重庆大剧院江水源热泵示范工程

 
SRBLG500高效节能水源热泵机组
 

重庆嘉陵制冷空调设备有限公司水源热泵产业基地

　　2006年年底，中央经济工作会议提出把节能减排作为经济结构调整和增长方式转变的突破口和重要抓手。自此，节能减排和环境保护工作被提升到一个前所未有的高度。在这个宏伟的蓝图中，水——大自然的生命之源，正越来越多地承载着人们建设家园，美化环境，实现可持续发展，造福子孙后代的期望。

　　适应可再生能源建筑应用需求 提高地表水水源热泵整体科技水平

　　我国正处于经济高速增长和城镇化快速发展的时期，对能源提出了更高的要求。为此，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》将可再生能源开发利用作为未来优先发展的重要技术领域之一。自上世纪50年代以来，我国就开展了热泵方面研究，取得了一定的成果，但总体上来看，我国地表水水源热泵技术的研究还存在技术集成、系统模式识别和设计不足、取水—水处理技术缺陷较大、基本数据获取及相关理论分析和软件系统的研发不足等重要问题。

　　为了落实国家节能减排的战略任务，保障重庆市“十一五”规划对能源的需求，推进城乡统筹综合示范建设，2007年开始，重庆市建设技术发展中心联合重庆大学、重庆嘉陵制冷空调设备有限公司、中国建筑西南设计研究院等10余个单位，结合重庆市地表水水源热泵的工作需求和现有工作基础，以长江上游地区地表水应用为对象，承担了国家“十一五”科技支撑计划重点项目“长江上游地区地表水水源热泵系统高效应用关键技术研究与示范”，项目总投入5811万元，其中国家专项经费1843万元，地方财政和企业配套资金3968万元。

　　项目设置了“取水—水处理关键技术与成套化设备研究”“高效地表水水源热泵机组及输配系统关键技术与设备研究”和“地表水水源热泵系统应用支撑技术与优化集成研究与示范”等3个课题。三年多来，项目组投入近200名科研人员，通过深入研究，开发了适应长江上游地区地表水水源条件的高效水源热泵机组及输配系统，研究和突破了取水—水处理和系统应用保障关键技术，建立健全了长江上游地区地表水水源热泵系统技术标准、规程和图集，并建设了集成化的示范工程，形成了经济、适用、高效的地表水水源热泵系统技术模式、工程模式和管理模式，初步建立了在长江流域开展地表水水源热泵推广应用的科技支撑体系。

　　项目立足于国家和地方的需求，通过集成创新和关键技术突破，基本攻克了在含沙量或含藻量较高的地表水区域经济高效地开展水源热泵应用的关键难题，大大地提高了热泵设备在地表水水源条件下的适应能力和能效，实现了取水—水处理技术的设备化和简易化，并从其输配系统优化、水环境影响及控制、系统优化设计、技术标准等方面建立了应用保障技术体系。整体上提高了我国地表水水源热泵的科技水平。同时，还建立了一支跨学科的、技术研发与工程应用相结合的人才队伍，对于提高我国地表水水源热泵的总体工作水平做出了积极贡献。

　　学科交叉合作解决行业关键难题 实现节能和经济效益双赢

　　开式地表水水源热泵系统的能效要明显高于闭式地表水水源热泵系统，但其在较高含沙量和藻密度情况下存在易腐蚀、易堵和换热效率低的问题。针对这一难题，项目采取热泵机组和取水处理设备同时分担的技术路线，一方面研发适应性机组以提高其在高效换热工况下对水质的适宜性，降低水质标准，另一方面研发简易化和设备化的取水水处理技术和设备，降低取水水处理的成本和实施难度，通过学科交叉，共同解决制约开式地表水水源热泵应用的难题，实现节能和经济效益的双赢。
 

　　在高效换热水源热泵机组方面，成功搭建了水源热泵机组在水质（含沙量和浊度）变化下的动态性能模拟实验平台，建立了水源热泵机组动态性能仿真模型，利用实验平台和仿真模型，完成了不同水质条件下的水源热泵机组性能变化实验，基本掌握了长江上游地区地表水水源水质条件对水源热泵机组性能影响的规律，提出了长江上游地区地表水水源热泵机组水质建议标准；通过在制冷剂循环系统中增设过冷经济器增大过冷度，提高了半封闭螺杆压缩机的效率；通过从膨胀阀节流前引一分支管路至压缩机吸入端或者吸收过冷经济器的闪发蒸汽，直接导入压缩机吸入端均可实现直接冷却压缩机线圈，从而解决热泵热水机排气温度过高的问题；通过在水源热泵机组进水端设置特殊装置，并将换热器内部的水流速度控制在1.5—2.0m/s范围，结合采用耐腐蚀、抗冲击能力强的镍铜管和复合管板，并进行系统管路优化设计，使水源热泵机组在具有较好的耐蚀性和抗冲击能力的前提下保持了良好的换热性能，成功研制出了适应长江流域水温水质特点，具有防蚀、防堵、防垢性能的200kW、500kW高效节能地表水水源热泵机组和300kW、500kW高效节能水源热泵热水机，实现在具有抗腐蚀、防微生物和易清洗性能的基础上，比国家标准规定的节能产品能效指标高15%以上、比传统中央空调系统的运行效率提高了30%；建立了输配系统能耗模型，提出了地表水水源热泵系统的临界取水高差概念及其计算确定方法，得出了总能耗最小的冷却水最佳温差，与传统运行模式相比，所提出的最佳温差下的运行模式可节能4.5%—6.5%，建立了水源热泵结合蓄能系统的动态空调负荷预测体系、优化控制模型和评价指标，提出了新型的简便式能量型计量方法，得出了地表水水源热泵系统主要耗能设备耗能比例，并提出了地表水水源热泵系统的控制逻辑以及控制参数的确定方法。

　　在水源、取水、水处理技术方面，首次针对水源热泵应用需求全面地获取了三峡水库试运行期间长江、嘉陵江典型江段、地下潜流水和城市内湖及水库等水体的基础数据和资源分布图，并建立了动态监测数据库；首次针对长江上游地区各类地表水体水源特点和水源热泵技术需求，较完整地构建了经济适用的取水与水处理技术体系，包括：针对江水源直接取水的侧向流翼片斜板高效除沙取水头部、具有微细沙去除能力的改进型水力旋流除沙器、自动清洗分级过滤器和水源热泵专用滤水器；针对潜流水取水的改良型贴砾过滤器及其安装工艺和改进型滤床清淤工艺；针对城市内湖取水的超声波微滤除藻过滤器和防堵除沙型湖库取水净水一体机等，所开发的技术较目前所采用技术系统化更高，大大降低了单位热效率的增量成本，并实现了设备化和简易化，使得在高含沙量和高藻量水源条件下经济高效、便捷地开展地表水水源热泵应用成为可能。

　　在应用保障技术和平台建设方面，在国内首次系统地研究了地表水水源热泵机组尾水排放对水环境的影响，提出了评价指标体系、综合评价方法和降低水环境影响的最优排放方式及其设计技术；建立了建筑全年动态负荷、地表水规模、空调系统的模拟分析方法，开发出长江上游地区地表水水源热泵系统工程应用计算分析设计计算机辅助软件；针对三峡水库蓄水后长江上游地区地表水水文、水沙特征，结合关键技术的研究成果和工程示范经验，在国内首次编制了《重庆市地表水水源热泵系统建筑应用管理规定》《地表水水源热泵系统适应性评估标准》《地表水水源热泵系统设计标准》《地表水水源热泵系统施工质量验收标准》《地表水水源热泵系统运行管理技术规程》《地表水水源热泵系统设计标准图集》，形成了初步的标准体系，填补了该领域空白；确定了地表水水源热泵系统集成优化设计的目标值，提出了系统集成优化设计方法、重点环节、节能控制策略及最优的江水设计温度取值。通过上述成果，系统地建立了地表水水源热泵应用支撑技术和标准体系。综合应用上述技术，可实现系统运行能效较使用前提高20%以上，环境影响降低到标准范围之内。所建立的标准体系不仅可促进技术的推广应用，而且可提高建设质量，节约设计时间，节约运行管理费用20%以上。

　　截至目前，项目已研制新产品、新工艺、新装置12项；申请专利22项，其中发明专利6项；发表技术论文60余篇；主持和参与编制地方标准4项；成果转化应用数4项，成果转让获得收入500多万元。项目已培养博士1人、硕士31人、专业技术人员190人，为承担单位培养了一支技术研发与工程应用相结合的人才队伍。组织实施示范工程8个，总面积近30万平方米，示范工程系统能效提高20%以上。项目累计取得经济效益13395万元，整个项目可实现年节电近1250万度，年减排二氧化碳约1.5万吨，年减排二氧化硫约121.5吨。项目成果推广应用前景广阔，按照取长江水量的1%计算（水体按静止流体计算，取1%的水量造成长江水体温升0.10℃，若考虑流动，散热等因素，温度变化将会更小），可满足3000多万平方米的公共建筑空调需求，按现有示范工程投资成本统计，每平方米投资约326.9元，则产生119.1亿元的市场效益。对于在具有适合条件的地区实现2020年可再生能源在建筑领域消费比例占建筑能耗的15％以上提供了强有力的科技支撑。
 

    重庆已初步建立相对完善的地表水水源热泵系统应用技术标准体系，填补了国内空白，该标准体系已为重庆市地表水水源热泵建筑应用的实施提供了有效的工程指导和技术借鉴，目前重庆市已实施完毕和正在实施的水源热泵示范工程共22个，示范面积达292万平方米。

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