淺析礦井水水源熱泵工程的應用

（開灤集團唐山社區(qū) 河北 唐山 063000）

摘 要： 采用煤礦礦井水水源熱泵為煤礦礦區(qū)及生活后勤供應生活熱水、采暖和制冷，可以為企業(yè)節(jié)約能源消耗，達到節(jié)能減排，保護環(huán)境，提高企業(yè)效益的目標。工程的建設將進一步推動煤礦企業(yè)可再生能源應用工作又快又好發(fā)展，有較大的推廣前景。

關鍵詞： 礦井水；水源熱泵；工程；應用

一、引言

近年來，水源熱泵系統(tǒng)得到了廣泛應用，尤其是各煤礦企業(yè)，利用煤礦礦井水水源熱泵系統(tǒng)為礦區(qū)及生活后勤供應生活熱水、采暖和制冷，為企業(yè)節(jié)約了能源消耗，達到節(jié)能減排，保護環(huán)境，提高企業(yè)效益的目標。開灤集團建設了13座礦井水處理廠、5個礦井水能量利用項目。目前，礦區(qū)礦井水處理能力達到了16.3萬噸/日，礦井水能量利用總制冷量和總制熱量分別達到25224KW和40678KW。其中范各莊礦業(yè)公司、呂家坨礦業(yè)公司和東歡坨礦業(yè)公司等陸續(xù)新建了凈化水廠，將從礦井中排出的礦井水進行凈化處理達到飲用水標準后，為礦區(qū)及生活后勤單位供給生產、生活用水。經過處理后的礦井水水溫常年保持在16～19℃之間，比同期的冬季室外氣溫高，比夏季室外氣溫低，且日水溫、水量的波動較小，這為利用水源熱泵供暖和制冷提供了極為便利的優(yōu)越條件。經過處理后的礦井水作為水源熱泵的冷熱源，凈化后的礦井水經過熱泵機組換熱后，直接進入自來水管網作為礦區(qū)及生活后勤單位生活用水使用。這種環(huán)環(huán)相扣的水資源綜合利用方式，為建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會及資源的綜合利用方面，樹立了良好的示范作用。

二、水源熱泵的基本原理

水源熱泵技術是利用地球表面淺層水源中吸收的太陽能和地熱能而形成的低溫低位熱能資源，采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現低位熱能向高位熱能轉移的一種技術。夏季機組低溫介質水轉換建筑中熱量降溫，冬季把暖網水熱能轉換到建筑物供暖。水源熱泵與常規(guī)空調相比，具有高效節(jié)能、節(jié)水省電、環(huán)保效益顯著的特點。其一機多用、應用范圍廣、運行穩(wěn)定可靠，維護方便，能源可再生利用等諸多優(yōu)點優(yōu)勢，有著持續(xù)發(fā)展的需求。

三、水源熱泵系工程設計方案

（一）工程簡介

水源熱泵工程采用礦井水水源熱泵為生產和生活提供制冷、熱負荷。夏季水源熱泵機組提供冷量，冬季則提供采暖需求，全年為礦區(qū)男、女更衣室提供洗浴熱水。

（二）工程設計原理

本工程利用礦井水中較低的能量，冬季為熱泵機組提供低溫熱源，將礦井水中低位能量轉化為高位能量，供給末端采暖使用和制備生活熱水；夏季為熱泵機組提供冷源，熱泵機組向空調末端提供冷量，進行空調制冷。

（三）系統(tǒng)工藝流程

水源熱泵制熱工況水利用流程圖見圖1，制冷工況水利用流程圖見圖2.礦井水提取工藝為：水池→礦井→水循環(huán)泵→礦井水源熱泵機組→管道輸送→排入水池。

（四）工程技術方案

1、制冷技術

該工程的水源熱泵空調系統(tǒng)是以水源熱泵機組作為空調主機，采用礦井水作為水源的系統(tǒng)，通過系統(tǒng)管路上閥門的開閉實現機組制冷與制熱的切換。熱泵機組本身具有既制冷又制熱的功能，且制冷效率遠大于分體式空調器的制冷效率。與家用空調器相比，至少節(jié)能40%。

2、熱回收技術

該工程中有全年的熱水負荷，將采用熱回收技術和設備。利用這部分熱量來獲取熱水，實現廢熱利用的目的。熱回收技術應用于水源機組，減少原冷凝器的熱負荷，使其熱交換效率更高；所以經過熱回收改造后，其工作效率都會顯著提高。根據實際檢測，進行熱回收改造后機組效率提高5%-15%。技術改造后負荷減少，機組故障減少，壽命延長。

3、工作方式

系統(tǒng)采用一組空調水循環(huán)泵作為空調水和采暖水的循環(huán)動力。工程所使用的礦井水已經經過處理，達到飲用水的標準，可直接進入水源熱泵機組。

4、工程主要設備

根據采暖、空調負荷狀況，選擇SGHP1800型水源熱泵機組作為空調主機，夏季制冷和提供生活熱水，冬季供熱和提供生活熱水，機組主要技術參數見表1.

SGHP1800A型熱泵機組耗電功率：制熱時421KW，制冷時300KW。全年制備生活熱水需2臺機組，耗電功率842KW，夏季制冷時需2臺機組，耗電功率600KW，冬季采暖時需1臺機組，耗電功率421KW。

四、效益分析

（一）技術經濟分析

1、常規(guī)能源替代量

與傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比，水源熱泵每年可以節(jié)約常規(guī)能源約4400萬kWh；若系統(tǒng)的使用壽命按照15年計算，總共可以節(jié)約常規(guī)能源約66522萬kWh。

2、費效比

水源熱泵工程的使用壽命按照15年計算，則該工程的費效比（增量成本/壽命期內常規(guī)能源替代總量）約為0.04元/kWh。

3、運行費用分析

經核算，綜合考慮運行的電費、人員費、折舊費等各項運行費用，水源熱泵工程的運行費用每年約為603.4萬元。

（二）效益分析

1、節(jié)能效益分析

水源熱泵工程實施后，每年可以節(jié)約標準煤約10895t。其中每年采暖節(jié)約標準煤1205t，制冷節(jié)約標準煤239t，生活熱水供應節(jié)約標準煤9451t，具有很好的節(jié)能效益。

2、經濟效益分析

水源熱泵工程實施后，每年可以節(jié)約人民幣約562.6萬元。工程總投資約2242.2萬元，投資回收年限為4年。

（三）環(huán)境影響分析

近年來，唐山市的大氣環(huán)境污染日益嚴重，尤其是冬季采暖季，而以煤為主的能源消費是造成大氣環(huán)境污染的重要原因。因此，如何在采暖供熱方式的選擇上突出環(huán)境保護的制約，具有重要意義。水源熱泵工程無需鍋爐，沒有燃燒過程，不存在固體廢棄物、有毒有害氣體及煙塵排放等問題，不消耗水資源，不污染地下物質，因而是環(huán)保的空調系統(tǒng)。水源熱泵工程實施后，每年可以減少向大氣排放約7343t（按碳計）二氧化碳，217.9t二氧化硫，108.9t粉塵，環(huán)境效益非常明顯。

五、結論

當前，國家、省、市各級政府十分重視可再生能源開發(fā)利用工作，礦井水既是一種具有行業(yè)特點的污染源，又是一種寶貴的可再生水資源。開灤集團各煤礦礦區(qū)充分利用礦井水水源熱泵工程，必將進一步推動企業(yè)節(jié)能減排工程的進一步深化，促進煤礦可再生能源應用工作又好又快發(fā)展。

作者簡介：楊洋（1982-）女，大學，開灤集團唐山社區(qū)助理工程師。