刘钊

摘   要：针对目前先进的水源热泵技术，在简单介绍其基本原理和优势特点的基础上，结合某矿井实际情况，对水源热泵技术和传统电锅炉系统的技术经济性进行对比，最后通过计算与对比，得出水源热泵技术在运行经济性、维护便利性与环境保护方面均优于传统电锅炉系统，当矿井中有丰富矿井水资源存在时，应将水源热泵技术作为首选的结论。

关键词：水源热泵技术  煤矿生产  可行性分析

中图分类号：TD82                                  文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2019）02（b）-0045-02

水源热泵是一项高效环保的资源应用技术，它能最大限度发挥浅层岩体具有的储冷及储热作用，对地表上的建筑或设施进行制冷与供热，是现在先进的绿色节能技术。在煤矿生产中，会产生很多矿井水，对这些矿井水进行综合利用，除了能节省能源，满足生产实际要求，还能减轻对环境造成的污染与破坏，符合可持续发展实际要求。

1  水源热泵基本原理

水源热泵即以热泵为原理，将高位电能输入后，将高位热能转移至地表水。在夏季，地面温度高，但水温低，使用低温水，能降低地面建筑温度;而在冬季，可以从水中提取一定热量，为建筑供暖[1]。

水源热泵主要有制冷和制热两种模式：其一，制冷模式，在夏季，制冷剂从压缩机中进入到冷凝器以后，对矿井水实施放热，然后通过节流装置形成液体，由蒸发器对供水予以制冷，当制冷剂变为气体之后，由压缩机压缩，以此不断循环，起到持续制冷作用;其二，制热模式，在冬季，制冷剂从压缩机中进入到冷凝器，对循环水进行吸热，然后通过节流装置形成液体，由蒸发器对供水予以制热，当制冷剂变为气体之后，由压缩机压缩，以此不断循环，起到持续制热作用。

水源热泵技术主要具有以下几方面优势：其一，高效节能，水源热泵有着极高的能效比，仅需少量电能即可获取大量能量。它的实际运行效率可以达到空气源热泵120%～160%，而且运行費用还远远少于普通空调;其二，节水节地，基本无需消耗水资源，将矿井中的水视作冷热源，通过热量的吸收或放出来实现制冷或制热;无需设置锅炉等大型设备，相较于普通空调设备，能极大地缩减机房占地面积;其三，基本不会造成环境污染，这项技术是一种绿色，对环境保护有益的新产品，运行时基本没有污染产生，能有效降低煤矿生产过程中的减排压力;其四，系统运行安全稳定，一年中矿井水温基本保持稳定，该特性除了能为系统的安全稳定运行创造有利条件，还能保证系统运行的有效性及可靠性;其五，实用功能多，仅一套水源热泵即可实现至少两套传统系统的实用功能，既能降低系统运行成本，又能降低系统维护和管理难度;其六，由计算机系统控制，现场操作人员及维护人员均较少，能有效节省人力;最后，可对废弃资源进行回收利用，对于矿井水，过去都是直接排至地面，但在引用水源热泵后，对其进行适当处理即可作为冷源或热源，同时采用机组即可转换为空调，减少煤矿资源的开发和生产成本，并能避免地下水回灌等实际问题[2]。

2  煤矿生产中水源热泵技术应用可行性

2.1 矿井概况

某矿井年产量约90万t/a，深度为1000m左右，稳定状态下的排水量约28224m3/d，实际排水量最大可以达到41784m3/d，矿井水的温度始终为16℃。在矿井的工业广场中，其总热负荷为4251kW。

2.2 水源应用的可行性

设计水源热泵的过程中，应对矿井水源能否达到系统要求进行充分考虑，要求达到以下标准：首先，水量应充足;其次，水温保持恒定且适宜;最后，水质良好，供应能保持稳定。如前所述，该煤矿的水源温度为16℃，水质状况良好，可满足技术应用要求。另外，可用水量在900m3/h以上，主要是冬季热负荷，当以5℃温差实施热量提取时，对矿井水最高需求量在585m3/h左右。可见，该矿井的水量较为充足，能为水源热泵的运行提供良好条件[3]。

2.3 主机设计

以现场的实际情况为依据，制冷或制热区域的总负荷可以达到2851kW，对此为满足要求，需配置两台机组，每台机组的制热量在1950kW左右，出水温度可达50℃;在生活热水方面，总热负荷为1400kW，所设水箱的总容积为80t，配置两台机组，每台796kW，使热水的出水温度不低于50℃。

2.4 技术经济性

2.4.1 运行电费

为验证水源热泵技术具有的优越性，对其和传统的电锅炉进行对比，同时以实际情况为依据，提出下列几条规定：采暖期为本年的11月中旬至次年的3月中旬;制冷期为本年的8月至10月;全年每天均提供热水，将供暖负荷系数确定为每天0.6，电价取0.61元/kW·h。

（1）水源热泵。

在制热模式下，总功率可以达到1000kW以上，生活热水方面的总功率可以达到431.6kW[4]。

（2）电锅炉。

在制热模式下，总功率为2850kW，而生活热水方面的总功率为1400kW。

经计算，水源热泵的电费总计为265.1万元/a，而电锅炉的电费总计为624.4万元/a，可见，采用水源热泵技术后，每年都能减少359.3万元的电费。

2.4.2 经济效果

以当前的设备采购价格与安装调整费用计算，水源热泵总投资为896万元左右，但电锅炉仅需513万元左右。在人工费方面，水源热泵与电锅炉分别需要10万元/a、15万元/a。经计算，水源热泵的费用现值为2742.06万元/a，电锅炉的费用现值为4803.69万元/a。由于水源热泵的费用现值远小于电锅炉，所以有着很高经济优势，在条件允许的情况下，应将水源热泵作为首选方案。除此之外，电锅炉无法实现制冷，仅具有制热的功能，当夏季时，还要产生用于制冷的费用。

2.5 环境效益

在矿井中借助水源热泵系统对矿井水废热实施集中吸收，用于供暖与产生生活热水，可以在持续提供能量的基础上，减少对其它能源的使用和消耗，而且基本没有二氧化碳、二氧化硫、烟尘及灰渣等产生。据统计，每年在矿井水当中提取的总余热，经换算等于标准煤3124t，能减少二氧化碳排放近81224t，二氧化硫排放近60t和粉尘排放近34t。由此可见，对水源热泵技术而言，不仅具有良好的经济性，而且还具有显著环境效益，在矿井这种复杂但矿井水十分丰富的情况下极为适用。

3  结语

综上所述，水源热泵是一项高效节能、节水节地、无污染、运行稳定、功能丰富、自动控制和可对资源进行回收利用的新技术，它的引入应用，和传统的电锅炉系统相比，不仅能充分利用矿井水资源来实现制冷与供暖，而且不会造成环境污染，清洁高效，虽然水源热泵系统应用初期需要投入比电锅炉系统高的成本，但仅需一年左右的时间即可收回成本。因此，在有充足矿井水资源的矿井中，应用水源热泵技术是合理可行的，能为矿井生产真正实现节能减排和绿色环保提供可靠技术支撑。

参考文献

[1] 胥晓瑜.关于在水厂和污水厂中使用水源热泵技术的新思路[J].净水技术，2018，37（S2）：121-124.

[2] 袁方，洪杰南.基于热泵技术南方电厂循环水余热利用研究[J].发电设备，2018，32（6）：450-453.

[3] 杜丽娟.浅谈热泵技术在热水供应中节能环保的应用[J].内燃机与配件，2018（21）：175-176，188.

[4] 王家政，白莉，武思彤.长春市热泵技术的对比研究与适应性分析[J].北方建筑，2018，3（5）：44-46，64.