表2 1994年总热量生产在不同热泵站的分配　

　　Table 2 The total heat production in 1994 divided on production plants

泵站

 

管网

 

产热量(GWh)

 

Värtan

 

Central

 

2600

 

Hässelby

 

North-Western

 

1100

 

Harrmarby

 

Southern

 

800

 

Högdalen

 

Southern

 

1200

 

 

 

总计

 

5700

 

　　区域供冷输送网络和供热网络独立，另为一套管线，目前仍在建设中，如图4所示。

　　

　　图4 斯德哥尔摩市中心区域供冷输送网络示意图

　　3.2 斯德哥尔摩海水区域供冷系统

　　1995年5月，Stockholm Energi 开始用它新的区域制冷系统对斯德哥尔摩(瑞典首都)中心地区进行舒适性和各种工艺处理过程的供冷。这个工程独特的地方在于系统制冷的能量大部分来自于波罗的海的海水。

　　制冷设备位于已有的离城市4km的Värtan热泵站的临近。热泵站有四台热泵，每台容量为25MW，从海水获得能量。在热泵站制备出来的热量被送到区域供热管网。热泵站有两个取水口，一个在表面，另一个在深度为20m的海底。冷量的产生，是通过吸入取水口的低温海水，送入热泵，然后通过六个平板换热器，来冷却供往区域供冷管网的水。为了抵挡腐蚀性的、有盐分的海水，换热器平板由钛组成。离开泵站的冷水温度是6℃或更低，从输送管网回来的回水，在负荷较高时温度为16℃，负荷较低时温度较低一些。区域供冷系统设计最大负荷是60MW。

　　在通过热交换器之后，被加热的海水被释放到海洋中，或者回到热泵中，取决于当前的运行模式。在海水温度不是足够地的运行阶段，进入热交换器的水首先通过热泵被冷却到一个合适的温度。如图5。制备出来的冷水通过一个4km长，直径为800mm的运输管线从冷站进入城市。

　　

　　图5 斯德哥尔摩区域供冷系统原理图

　　Figure 5  Principal diagram for district cooling in Stockholm

　　斯德哥尔摩冬夏之间海岸气候温度变化很小。年平均气温为+7℃，7月为+18℃，1月为-3℃。正常冬季有两个月海水表面结冰，7月海水表面温度达到20℃。斯德哥尔摩位于波罗的海沿岸，Malaren湖（瑞典最大的湖）口处，这为利用海水制冷提供了有利条件。在斯德哥尔摩四周区域的波罗的海海水的平均盐度为0.6%。流入的淡水比海水的密度低，因此淡水漂浮在海水之上，穿过群岛，进入波罗的海。这股表面流牵引一些下层含盐海水，并试图取代这些海水，因此在海底形成一股逆流进入斯德哥尔摩周围的水域。正是这股逆流输送低温的底层海水到区域供冷系统的取水水域范围内。这股水流大概要用3个月的时间穿越群岛流到斯德哥尔摩。7月到达制冷站取水口的水从而在5月离开群岛的表面。5月份群岛的水温非常低，这是因为冰在那个时候融化。自然对流条件导致底层水温和表面水温在一年中变化。如图6。这个图也表明了制冷系统需要的温度。最终保证通向用户的水温最高不超过6℃。在夏季高负荷阶段，通过降低水温来增加管网的容量。[10]

　　

　　图6 Värtan海水温度

　　Figure 6 Temperature at Värtan

　　如图6所示，无论表面海水还是底层海水在整个秋天都不够足够低，无法用来作为唯一的冷源满足供冷管网的需要，因此现有的热泵在那个时候被用来生产需要的冷量。这些热泵对这个工程来说是必需的，并且决定了制冷站的位置。[10]

　　3.3 Värtan Ropsten—世界最大的海水热泵供热站

　　Värtan Ropsten区域供热站为Central Network提供了大约60%的总能量输入。在20世纪80年代初期，石油价格上升，电价便宜，人们对热泵兴趣的增加。1984年和1986年之间，一个具有制热量180MW，世界上最大的基于海水的热泵在Värtan Ropsten供热站安装。共有6台瑞士AXIMA制冷公司生产的整机离心热泵机组（型号Unitop® 50FY）。最初，所有的机组使用制冷剂R22运行。一个连续运行的密封油系统防止运行过程中制冷剂的损失和热泵机组的运行停止。当停止使用制冷剂R22的期限确定下来之后，2003年，第一台热泵制冷剂更换成R134a。

　　表3  技术数据

　　Table 3 Technical Data

单机供热能力

 

30 MW

 

单机耗电量 

 

8 MW

 

蒸发温度/冷凝温度

 

–3 °C /+82 °C

 

海水进/出口温度

 

+2.5/+0.5 °C

 

供水温度/回水温度      

 

+57 °C/+80 °C

 

调节能力

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10–100%

 

　　

　　图7 Unitop® 50FY热泵机组外形 共安装了6个这样的机组

　　Figure 7 General view of a heat pump unit type Unitop® 50FY. 6 of these units are installed.

　　

　　图8 安放热泵机组的机房 每台热泵机组上连接2个海水取水口

　　Figure 8 Machine room building for the 6 heat pump units.Two sea water intake pipes are connected to each unit.

　　为了保持低的温降，大量的海水用作热源。夏季使用表层的温水。冬季，进水口15m深，水温大约固定在+3℃。一个大功率的海水泵供应海水到2个薄膜蒸发器。每个热泵机组都安装有两个这样的蒸发器。一个薄的、稳定的水膜通过热交换器的平板表面，接触时间很短。正是这个原因，薄膜蒸发器可以运行在非常低的温差下，使系统运行的可靠性增加。

　　西门子PLC控制系统用于热泵机组的局部的控制和管理，以及整个Värtan区域供热站的控制。[11]该系统投资回报期约为3年[8]。

　　4 总结

　　我国有11万多公里的海岸线，有众多的岛屿和半岛。很多大城市位于沿海地带。目前国内沿海城市发展很快，建筑物分布密集度高，对环保技术及省电节能技术的要求很大，而且国内积累了几十年的集中供热经验，有着较为完善的管网设计及管理经验。

　　我国黄、渤海地区在海水温度最低的2月份表面温度大部分区域在2℃以上，这个温度可以满足热泵的运行条件，在瑞典同样的水温状况下热泵的COP值可以达到3左右，而且取水深度的降低可以大大减少管道安装成本。在夏季，在水深35米处，海水温度多在12-14℃左右，在山东半岛附近受冷水团影响，等温线更密集可以取得更低的海水。南海水温的分布具有明显的热带深海特征。表层水温年均值，除北部沿岸外，大部为28.6℃。南海南北部水温差一般为4℃，夏季更小，仅差2℃。深层水温最低可达2.36℃，几无季节变化[12]。

　　我国北方一些城市如大连、青岛等，与北欧的气候非常接近，在海水资源利用方面也具备非常便利的条件。如果根据当地地理条件，结合热泵技术，进行大规模的整体开发，就带来巨大的经济效益和社会效益。

　　在大连地区，可以使用海水源和污水源热泵，将大型热泵与区域供冷结合；北京地区使用污水源，将大型热泵和区域供冷结合，利用热回收技术；上海地区可以利用海水源将大型热泵和区域供冷结合；广州市可以利用珠江的河水进行区域供冷等。总之发展区域制冷必须与当地的地理、气候、水温条件相结合，因地制宜，走规模化道路。