海水循环利用系统的制作方法

本发明涉及海洋水利用技术领域，具体地，涉及一种海水循环利用系统。

背景技术：

目前，我国城市冬季供暖主要采用燃煤或燃油锅炉，夏季制冷主要是制冷剂加冷却塔系统，采用传统的供暖或制冷方式不仅使得城市的大气污染严重，同时加剧了能源供应结构与需求的矛盾。随着环境与人类生存问题在世界范围内得到高度的重视，开发、使用清洁能源势在必行。

热泵是将海水中存在的大量的低品位能量收集，在冬季给建筑物供热；在夏季则将建筑物内的能量释放到海水中，以调节室内温度。常用有地源热泵和海源热泵。现有的海源热泵应用方式主要有以下两种：

将盘管换热器浸入海平面以下，中间介质通过盘管换热器从海水中吸热或者放热，不必对海水处理，但当海水较浅时，海水温度波动较大，导致热泵机组制冷量或制热量不稳定。

在海岸打井取水，海水通过渗透与地下土壤多孔介质进行热交换，井内的水一般是海水与地下水的混合水源，但是海水渗透之后，会对沿海地区的地下水质和土壤的生态平衡造成破坏，且同样存在海水温度波动较大，导致热泵机组制冷量或制热量不稳定的问题。

由于受环境、资源等的限制，现有利用海水的热泵技术只能应用到单体别墅、度假村、宾馆等小规模的建筑设施及建筑群中，其对海水的利用深度一般不超过海平面以下15m。而海平面至以下15m的海水的温度受季节气候的影响较大，所以在冬季供暖时，由于海水温度较低，海水能急剧减少，不能提取到稳定的低温热源，通常需要用电能直接供热予以补充能量；在夏季需要制冷空调时，海水温度调高较快，冷能供应也不稳定。因此，对海水的大规模使用受到限制。

技术实现要素：

鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种海水循环利用系统，提取稳定的海水能用于供暖和制冷，以解决海水温度波动大、不稳定的问题。

为了实现上述目的，本发明所述海水循环利用系统包括：

海水提取单元，用于从低于海平面以下20米的位置提取海水；

热交换单元，从所述海水提取单元接收海水，与海水进行热交换以吸收海水能量，所述热交换单元与温度调节单元连接，并将海水能量供给所述温度调节单元使用；以及

海水送还单元，与所述热交换单元连接，用于将经过热交换的海水送还至海洋。

优选地，所述温度调节单元包括制冷单元和供暖单元之一或两者，

当所述海水循环利用系统用于供暖时，所述海水提取单元从第一取水点提取海水并输送至热交换单元，通过所述热交换单元吸收海水能量，输出热能，并供给所述供暖单元使用，通过所述海水送还单元将降温后的海水送还至海洋，其中，所述第一取水点位于海平面以下20米～300米，和/或

当所述海水循环利用系统用于制冷时，所述海水提取单元从第二取水点提取海水并输送至热交换单元，通过所述热交换单元与海水热交换，输出冷能，并供给所述制冷单元使用，通过所述海水送还单元将升温后的海水送还至海洋，其中，所述第二取水点低于海平面以下20米。

优选地，所述海水循环利用系统还包括过滤单元，所述过滤单元与所述海水提取单元连接，用于提取海水前对海水进行过滤处理。

优选地，所述海水提取单元包括第一管道、第二管道、第三管道、第四管道以及封闭的海水中转池，其中，所述第一管道的第一端位于所述第一取水点处，所述第一管道的第二端连接在所述第三管道的第一端，所述第三管道的第二端插入所述海水中转池中，所述第二管道的第一端位于所述第二取水点处，所述第二管道的第二端连接在所述第三管道的第一端与第二端之间，所述第四管道的第一端插入所述海水中转池中，所述第四管道的第二端与所述热交换单元连接，通过所述第四管道将所述海水中转池中的海水输送至所述热交换单元。

进一步地，在所述第二管道上，靠近所述第二管道的第二端的位置设置有第二阀门，在所述第三管道上，所述第三管道的第一端与所述第二管道的第二端之间设置有第一阀门，

其中，供暖时，所述第一阀门打开，所述第二阀门关闭，海水从所述第一取水点通过第一管道和第三管道进入所述海水中转池，并通过第四管道输送至所述热交换单元；和/或制冷时，所述第一阀门关闭，所述第二阀门打开，海水从所述第二取水点通过第二管道和第三管道进入所述海水中转池，并通过第四管道输送至所述热交换单元。

优选地，所述第一管道、所述第二管道和所述第三管道是倒虹吸管道，或者，所述第一管道和所述第三管道以及所述第二管道和所述第三管道分别形成u型连通器，使得海水从所述第一取水点或所述第二取水点进入所述海水中转池。

优选地，所述第一管道还包括从第二端延伸并与所述海水送还单元连接的延伸端，在所述第一管道上，所述第一管道的第二端与延伸端之间设置有第三阀门，所述海水送还单元包括第五管道、第七管道以及海水回水池，

其中，所述第五管道的第一端插入所述海水回水池，所述第五管道的第二端连接所述热交换单元，所述第七管道的第一端连接所述海水回水池，且在所述第七管道上靠近所述第七管道的第一端的位置设置有第五阀门，所述第七管道的第二端插入至海洋，

其中，供暖时，所述第三阀门关闭，所述第五阀门打开，通过所述热交换单元降温后的海水通过所述第五管道进入所述海水回水池，通过所述第七管道将所述海水回水池中的海水送还至海洋；和/或制冷时，所述第三阀门打开，所述第五阀门关闭，通过所述热交换单元升温后的海水通过所述第五管道进入所述海水回水池，通过所述第一管道将所述海水回水池中的海水送还至所述第一取水点。

优选地，所述热交换单元包括多台热泵机组，所述多台热泵机组包括海源热泵机组和水源热泵机组中的一种。

优选地，所述海水送还单元包括第五管道、第六管道、第七管道以及海水回水池，其中，所述第五管道的第一端插入所述海水回水池，所述第五管道的第二端连接所述热交换单元，所述第六管道的第一端连接所述海水回水池，且在所述第六管道上靠近所述第六管道的第一端的位置设置有第四阀门，所述第六管道的第二端插入至海平面以下20米～300米，所述第七管道的第一端连接所述海水回水池，且在所述第七管道上靠近所述第七管道的第一端的位置设置有第五阀门，所述第七管道的第二端插入至海洋，

其中，供暖时，所述第四阀门关闭，所述第五阀门打开，通过所述热交换单元降温后的海水通过所述第五管道进入所述海水回水池，通过所述第七管道将所述海水回水池中的海水送还至海洋；和/或制冷时，所述第四阀门打开，所述第五阀门关闭，通过所述热交换单元升温后的海水通过所述第五管道进入所述海水回水池，通过所述第六管道将所述海水回水池中的海水送还至海洋。

优选地，所述第一取水点位于海平面以下50米～150米，所述第二取水点位于海平面以下100米～700米，制冷时，所述海水送还单元将升温后的海水送还至海平面以下50米～150米。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明通过海水提取单元分别从位于海平面以下20米～300米的第一取水点和位于海平面20米以下第二取水点提取海水，用于供暖和制冷，提取的海水温度稳定，使得制热量和制冷量稳定；且本发明通过海水送还单元送还海水，形成海水的循环利用，供暖和制冷时，分别送还海水，将升温后的海水送还至第一取水点储存能量，可在供暖时取用，节能环保。

本发明海水提取单元通过倒虹吸或者管道间形成u型连通器的方式实现海水的远距离水平传输，减少海水水平运输的能耗，且在热交换单元之前设置海水中转池，既储存海水，又解决了热交换单元中热泵机组必须使用海源热泵的问题。

附图说明

图1是本发明所述海水循环利用系统结构框图；

图2是本发明所述海水循环利用系统一个实施例的结构框图；

图3是本发明所述海水循环利用系统的实施例结构示意图；

图4是本发明所述海水循环利用系统另一优选实施例结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

下面结合图1至图4来详细说明本实施例。

图1是本发明所述海水循环利用系统结构框图，如图1所示，本发明所述海水循环利用系统包括：

海水提取单元100，用于从低于海平面以下20米的位置提取海水，并将海水输送至热交换单元200；

热交换单元200，从海水提取单元100接收海水，与海水进行热交换以吸收海水能量，热交换单元200与温度调节单元700连接，并将海水能量供给温度调节单元700使用；以及

海水送还单元300，与热交换单元200连接，用于将经过热交换的海水送还至海洋。

图2是本发明所述海水循环利用系统一个实施例的结构框图，如图2所示，优选地，温度调节单元700包括制冷单元400和供暖单元500之一或两者。当海水循环利用系统用于冬季供暖时，海水提取单元100从第一取水点提取海水并输送至热交换单元200，通过热交换单元200吸收海水能量，输出热能，并供给供暖单元500使用，通过海水送还单元300将降温后的海水送还至海洋，

当海水循环利用系统用于夏季制冷时，海水提取单元100从第二取水点提取海水并输送至热交换单元200，通过热交换单元200与海水热交换，输出冷能，并供给制冷单元400使用，通过海水送还单元300将升温后的海水送还至海洋。

由于海水浅层温度随季节变化较大，受太阳辐射影响大，海平面以下垂直深度越深，海水温度受太阳辐射的影响越小，且随着海水垂直深度增加，海水温度降低，因此，选取第一取水点位于海平面以下20～300米(m)，第二取水点低于海平面以下20m，以得到比较稳定温度的海水热能或冷能，海水温度受太阳辐射和周围环境影响较小，使得本发明所述海水循环利用系统可以大规模用于城镇、小区集中供暖以及制冷空调中，节能环保。

第一取水点和第二取水点的具体位置需要根据具体的海洋情况和地理位置情况确定，可在提取海水前对海水取水点位置处的海水温度进行探测分析，确保海水水源能的可靠性，根据区域海水温度变化曲线选取，进而确定第一取水点和第二取水点的具体位置。优选地，第一取水点位于海平面以下50～150m，海水处于常温状态；第二取水点位于海平面以下100～700m，海水温度约8～15℃。

为了防止海洋动、植物等海洋生物进入海水循环利用系统，优选地，所述海水循环利用系统还包括过滤单元600，过滤单元600与海水提取单元100连接，用于提取海水前对海水进行过滤处理，可对第一海水取水点和第二海水取水点进行2～3级过滤保护，以保证海水的水质。例如，可以在第一取水点的第一管道110的第一端处和第二取水点的第二管道120的第一端处分别设置多层过滤网610和620，以在海水进入海水循环利用系统之前对海水进行过滤处理，保证海水水质。

图3是本发明所述海水循环利用系统的实施例结构示意图，如图3所示，海水提取单元100包括第一管道110、第二管道120、第三管道130、第四管道140以及封闭的海水中转池150。

其中，第一管道110的第一端位于第一取水点处，第一管道110的第二端连接在第三管道130的第一端，第三管道130的第二端插入海水中转池150中，第二管道120的第一端位于第二取水点处，第二管道120的第二端连接在第三管道130的第一端与第二端之间，第四管道150的第二端与热交换单元200连接，通过第四管道140将海水中转池150中的海水输送至热交换单元200，海水在热交换单元200中进行热交换。

优选地，在第二管道120上，靠近第二管道120的第二端的位置设置有第二阀门121，在第三管道130上，第三管道130的第一端与第二管道120的第二端之间设置有第一阀门131，第四管道140的第一端插入海水中转池150中；

其中，供暖时，第一阀门131打开，使得第一管道110与第三管道130连通，第二阀门121关闭，使得第二管道120与第三管道130断开，海水从第一取水点通过第一管道110和第三管道130进入海水中转池150，并通过第四管道140输送至热交换单元200，通过热交换单元200吸收海水能量，输出热能，并供给供暖单元500使用；和/或制冷时，第一阀门131关闭，使得第一管道110与第三管道130断开，第二阀门121打开，使得第二管道120与第三管道130连通，海水从第二取水点通过第二管道120和第三管道130进入海水中转池150，并通过第四管道140输送至热交换单元200，通过热交换单元200与海水热交换，输出冷能，并供给制冷单元400使用。

将海水从海洋中输送至热交换单元200中，分为水平运输和垂直运输，且水平运输和垂直运输均可以使用海水泵将海水提升至热交换单元200中。为了减少海水较长距离的水平运输的能耗，节约能源，且便于热交换单元200中多个设备之间的流量调节，优选地，第一管道110、第二管道120和第三管道130是倒虹吸管道，或者，所述第一管道110和所述第三管道130以及所述第二管道120和所述第三管道130分别形成u型连通器，使得海水通过从第一取水点或第二取水点进入海水中转池150中。海水中转池可以在海水进入热交换单元之前，适当的储存海水，缓解海水运输的压力，且便于热交换单元中设备的维修或检修。

优选地，海水中转池150位于热交换单元200附近的低洼位置，且海水中转池150的上表面低于海平面，使得海水可以通过倒虹吸的方式进入海水中转池150中，第三管道130的第二端与第四管道140的第一端在海水中转池150中均插入至海平面以下10～15m。或者，当热交换单元200附近无低洼位置可供建设海水中转池时，可先通过提升泵将海水提升至超过热交换单元200高度的位置，使得海水可以通过倒虹吸的方式进入海水中转池150中，此时，海水也可以自流进入海水中转池150中。

热交换单元200包括多组热泵机组，每台热泵机组包括压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀，通过热泵机组内的循环工质不断完成蒸发、压缩、冷凝、节流、再蒸发的热力循环过程，实现海水的热交换。

供暖时，从膨胀阀出来的低温低压工质气液混合物进入蒸发器中，在蒸发器中吸收海水热量，工质液体蒸发变为饱和蒸气，进入压缩机；压缩机消耗少量能源，把低压工质蒸气压缩为高压高温过热蒸气，进入冷凝器中；循环工质在冷凝器中把热量传递给载热剂，输出热能，工质自身变为高压中温饱和液体，进入膨胀阀，通过膨胀阀后变为低压低温工质气液混合物，进入蒸发器，进行下一个循环。输出的热能是集中采暖的热源，由载热剂通过管网输送至供暖单元500使用。例如，海水提取单元从第一取水点提取温度为20℃的海水，经过热交换单元之后，海水温度可降低至10～15℃，海水送还单元将降温后的海水送还至海洋。

制冷时，低温低压的工质饱和蒸气从蒸发器出来，进入压缩机；压缩机消耗少量能量，把低压工质蒸气压缩为高压高温过热蒸气，进入冷凝器；工质在冷凝器中被海水冷却，工质自身变为高压中温饱和液；之后进入节流装置，通过节流装置后变为低压低温湿蒸气，进入蒸发器；在蒸发器中工质发生蒸发相变制冷，输出冷能，将载冷剂冷却到适宜温度，工质自身变为低压低温饱和蒸气，进入压缩机开始下一个循环。输出的冷能是集中制冷的冷源，由载冷剂则通过管网输送至制冷单元400使用，为各类空调房间供冷，且输出冷能不会增加空调周边空气的温度，而是将其中的热量通过海水回归至海洋。例如，海水提取单元从第二取水点提取温度为15℃的海水，经过热交换单元之后，海水吸收热量，海水温度可升高至20～25℃，海水送还单元将升温后的海水送还至海洋，送还的海水可以在海洋中储存，供冬季供暖单元使用。

需要说明的是，海水在热交换单元进行热交换，输出的热能或冷能的具体数值由海水提取单元提取的海水温度以及热交换单元中设备机组的热效率而定。

优选地，热泵机组可以是海源热泵机组和水源热泵机组的一种。

优选地，海水送还单元300包括第五管道310、第六管道320、第七管道330以及海水回水池340，其中，第五管道310的第一端插入海水回水池340，第五管道310的第二端连接热交换单元200，第六管道320的第一端连接海水回水池300，且在第六管道320上靠近第六管道320的第一端的位置设置有第四阀门321，第六管道320的第二端插入至海洋，第七管道330的第一端连接海水回水池340，且在第七管道330上靠近第七管道330的第一端的位置设置有第五阀门331，第七管道330的第二端插入至海洋，

其中，供暖时，第四阀门321关闭，第五阀门331打开，通过热交换单元200降温后的海水通过第五管道310进入海水回水池340，通过第七管道330将海水回水池340中的海水送还至海洋；和/或制冷时，第四阀门321打开，第五阀门331关闭，通过热交换单元200升温后的海水通过第五管道310进入海水回水池340，通过第六管道320将海水回水池340中的海水送还至海洋。

由于经过热交换单元的海水高度高于海平面，所以，海水送还单元可以使用倒虹吸或者海水自流的方式将海水送还至海洋。

优选地，第六管道320的第二端插入至海平面以下20～300m，更优选为插入至海平面以下50～150m，使得经过交换单元换热后升温的海水储存的热能在海平面以下储存，此处海水温度低，海水受太阳辐射和周边环境影响较小，温度较稳定，可供暖时取用。

对于供暖时，通过第七管道330将海水回水池中的海水送还至海洋的位置，本发明并无具体限定，可以直接就近送还至海洋，只要满足当地的海洋使用规划即可。

图4是本发明所述海水循环利用系统另一优选实施例结构示意图，如图4所示，与图3中所示海水循环利用系统中不同之处在于，第一管道110还包括从第二端延伸并与海水送还单元300连接的延伸端，在第一管道110上，第一管道110的第二端与延伸端之间设置有第三阀门111。优选地，海水送还单元300包括第五管道310、第七管道330以及海水回水池340，第五管道310的第一端插入海水回水池340，第五管道310的第二端连接热交换单元200，第七管道330的第一端连接海水回水池340，且在第七管道330上靠近第七管道330的第一端的位置设置有第五阀门331，第七管道330的第二端插入至海洋。

其中，供暖时，第一阀门131打开，第二阀门121关闭，第三阀门111关闭，第五阀门331打开，使得第一管道110与第三管道130连通，而第一管道110与海水送还单元300断开，第二管道120与第三管道130断开，海水从第一取水点通过第一管道110和第三管道130进入海水中转池150，并通过第四管道140输送至热交换单元200，通过热交换单元200降温后的海水通过第五管道310进入海水回水池340，通过第七管道330将海水回水池340中的海水送还至海洋。

和/或制冷时，第一阀门131关闭，第二阀门121打开，第三阀门111打开，第五阀门331关闭，使得第一管道110与第三管道130断开，而第一管道110与海水送还单元300连通，第二管道120与第三管道130连通，海水从第二取水点通过第二管道120和第三管道130进入海水中转池150，并通过第四管道140输送至热交换单元200，通过热交换单元200升温后的海水通过第五管道310进入海水回水池340，通过第一管道110将海水回水池340中的海水送还至第一取水点。

即，供暖时，第一管道110用于将海水输送至海水中转池150中，制冷时，第一管道110可用于将海水送还至第一取水点，减少管道使用量。

本发明的海水循环利用系统可单独用于制冷或供暖，也可应用于两者。

以300万m²供暖面积的住宅小区的供暖为例，说明本发明所述海水循环利用系统的节能效益：

海源热泵与锅炉(电、燃料)供热系统相比，锅炉供热只能将90％以上的电能或70～90％的燃料内能转换为热量，供用户使用，因此海源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省约二分之一以上的能量；由于海源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40％左右，其运行费用为普通中央空调的50～60％。

综合考虑项目投资成本以及电能供暖时消耗成本等因素进行比较，对300万m²供暖面积进行节能计算：

本发明海水循环利用系统供暖以及各装置基础数据如下表1：

表1

以能耗折算的标煤量进行对比分析节能效益如下表2：

表2

由表1和表2可知，本发明海水循环利用系统用于供暖时，节能效果显著，可节能32.99％，单位供暖面积节省标煤量6.5kg标煤。

综上所述，本发明海水循环利用系统采用海源热泵供暖时，节能效果显著，且对陆路没有污染，节能环保，没有改变海水的性质及增加或减少物质，所以不会对海洋造成污染。

本发明在夏季用于制冷时，还能取得以下效果：

减少城市外挂机的噪声，美化城市，减少安全隐患；减少室内热量向室外的排放，使得室外温度最大限度的保持自热温度，减少室外温度对室内温度的影响，降低夏季的城市效应，改善城市夏季生活环境；减少粉尘排放量，降低空气污染难度。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。