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燃氣吸收式空氣源熱泵供熱技術
發布時間:2016-08-18 新聞來源:工程技術部 霍安康 瀏覽次數:

摘要  針對我國現狀嚴重的大氣污染,響應國家環保的號召,加快推進工商業“煤改氣”進程,利用天然氣這一清潔能源,研制了燃氣吸收式空氣源熱泵。本論文闡述了燃氣熱泵機組的工作原理及技術特點,對燃氣熱泵供熱與其他供熱方式進行對比分析,燃氣熱泵供熱具有清潔無污染、節能效果顯著、經濟效益高的特點,是一種新型燃氣供熱技術。

關鍵詞:熱泵、吸收式、燃氣供暖、供暖方式、煤改氣

一、國家政策及背景
   
2013614日,國務院大氣污染治理“十條政策”第一條提出“全面整治燃煤小鍋爐”。關停、脫硫、除塵、煤改氣都是鍋爐治理的可選路徑。但市場對鍋爐脫硫的可行性存在質疑,認為政府對鍋爐整治缺乏財政補貼、企業無積極性、脫硫成本較高等等。

  2015年中華人民共和國大氣污染防治法(修訂草案)中大氣污染防治措施第二十五條指出國務院有關部門和地方各級人民政府應當采取措施,改進能源結構,推廣清潔能源的生產和使用。

因此,必須以清潔能源供替煤炭,以減少污染物的排放量,達到國家要求的環境標準。在此形勢下燃氣供熱得到了迅速發展。隨之,全國各地燃煤鍋爐改造陸續展開,多個地方政府相繼出臺了關于燃煤鍋爐清潔能源替代工作方案的相關政策及相應補貼。隨之清潔能源的大力推廣,天然氣的使用被廣大人民接受。環保意識的強化加快了綠色產品的問世。由于電費的增長、用電高峰期電力的短缺和全球環保意識的日益增強,采用無公害工質的熱能驅動燃氣吸收式熱泵再次引起人們的關注。

二、燃氣熱泵供熱技術的國內外發展現狀

1982年美國能源部準備開發高效吸收式熱泵[1],期望在環境溫度8.3℃時的供熱COP1.6;35℃時的供冷COP0.7。為此,共資助了三項研究,評估各種循環的性能。其中的兩項研究均推薦GAX回熱循環作為高效吸收式熱泵的理論基礎。隨著研究的深入。GAX循環也出現了不同的種類,如基本GAX、分支GAX、VXGAX、半GAX、多分支GAX等,并有多臺機組投入運行。

Phillips公司于19841985年制造出家用或小型商用GAX循環燃氣吸收式熱泵的試驗樣機,其供冷COP=0.70.9,供熱COP=l.61.8;1989年,美國Trane公司完成T80kW基本GAX循環商用制冷機的實驗樣機測試;

美國ServelRobur公司[1]1927年就生產小型直燃式氨/水吸收式制冷機,該公司在60年代研制的風冷式小型燃氣氨/水單效制冷機一直銷售至今。

1990年,Battlle研究所進行了替代的吸收器設計,并建立了吸收器動態性能的試驗系統。1993年初,荷蘭一臺250kW基本GAX循環熱泵投入運行;

19938月,美國Alaska州的Kotzebue鎮的一臺VX循環制冰機投入運行,該機的熱源為70℃的柴油發電機冷卻水,制冷量為50kW,COP=0.35。1993年,上述成果經Carrier公司進行樣機驗證、成本分析和市場研究,認為GAX技術可能成為美國和世界范圍內的主流產品,經申請后取得了生產許可證。

2004年,浙江大學制冷與低溫工程研究所[2],對燃氣熱泵熱電冷三聯供系統作了簡單分析和節能評價。

2004年,東南大學[1]氨水吸收式制冷GAX循環性能進行了分析。

2008年,山東奇威特太陽能科技有限公司與美國研究所合作,開發燃氣型氨水吸收式空氣源熱泵,一直銷售至今。

三、燃氣熱泵工作原理

燃氣熱泵是一種燃氣型氨-水吸收式空氣源熱泵機組,以氨為制冷劑,水為吸收劑。通過依靠天然氣燃燒產生的熱能驅動水對氨的吸收、釋放,產生氨的狀態變化,從而產生吸熱和放熱過程,進而可以制取熱水來作為生活熱水或者進行采暖。系統內部包括兩個循環:制冷劑循環及吸收劑循環。燃氣吸收式熱泵原理如圖1所示。

燃氣熱泵機組COP可以達到1.8;適應性強機組在-20℃到43℃的環境下穩定運行;并且針對機組系統特點創新性設計了水路系統以及控制程序,可以開機快速滿功率運行,智能化霜且同時供熱,自動控制水溫達到無級調節。燃氣熱泵分為熱水機組和采暖機組。針對不同的市場的需求可以有不同的供應方式。

四、燃氣熱泵供熱與現有供熱方式對比

目前城市集中供熱有以下五種情況:(1)以煤為燃料的熱電聯產;(2)城鎮供熱鍋爐房;(3)熱、電、冷聯供;(4)熱泵供熱;(5)利用其它清潔能源供熱。

熱電聯產、鍋爐房供熱,單熱源還是多熱源[3],都依靠管網系統傳輸熱量,國家節能標準要求管網輸送效率達到90。據清華大學實測數據(一次網管損失2W/㎡,二次管網損失為5W/㎡,失調損失為7W/㎡)推算,管網輸送效率只有66%~68%,管網熱能損失較大。

除集中供熱,現在市場采暖方式還存在利用地熱能源直接供熱和電能源供熱等方式。就現在國內出現地區結構性缺電情況越來越嚴重,電力驅動的機組對于供熱現狀一直不符合國家倡導的節能減排政策。并且,電力資源作為二次能源,再次作為供暖的主要能源,不僅效率低,而且資源嚴重浪費。電力驅動機組在冬季結霜情況嚴重,在除霜過程中,制熱能力衰減嚴重。而水源熱泵采暖方式直接抽取地下水供熱,不得不提,人類的浪費是驚人的。地下水利用不超過5℃溫差就直接排掉,造成大量地下水白白流失。地下冷熱不平衡不斷加劇,機組出力越來越差,造價的層層疊加。

電空調機組使得溫室氣體的排放劇增,臭氧層的破壞,本應屬于室內的熱量投放到室外,使室外的空氣參數變得更加惡劣,進而增加空調機組的電力損耗。

燃氣供熱[4]雖然天然氣供熱成本提高了,提高能效要增加投資,但為了使城市的天空變藍,為了可持續發展,國家和一些城市仍采取優惠政策鼓勵使用天然氣等清潔能源。 而且從實施《民用建筑節能設計標準》后,提高了建筑隔熱保溫性能,降低了建筑采暖能耗的結果是大幅度地降低天然氣供熱方式的年運行費用,增加天然氣供熱方式與集中燃煤供暖采暖方式的競爭能力。

燃氣熱泵供暖技術,完美結合了燃氣與空氣源熱泵。系統有兩部分能源輸入,一部分來源于天然氣的燃燒,另一部分則來源于空氣能,從整體來講,空氣能量越大,機組出力越大。采用分散式供熱,在傳統的供暖系統上可以省略復雜的管網輸送,針對供熱區域可以采取分塊分區分別供暖。機組本身特定對震動、噪音做出相應的措施,可以將燃氣熱泵機組放置在建筑物的屋頂,或者附近區域直接針對單棟建筑供暖。省去龐大的管網輸送,將管網熱能損失降到最低。在空氣中提取熱量,與水地源熱泵相比,不會造成地下水的二次污染。并且燃氣熱泵的驅動能源為天然氣這一環保能源,直接燃燒利用,高效利用,降低資源的浪費。

四、結論

    我國近年來國力增強,經濟飛速增長,在世界的地位舉足輕重,現環境問題依然成為全球問題,環保和節能將會成為新的世界主流,中國亦不可與世界主流相持駁論。在全國“煤改氣”的高潮中,電力短缺,各地補助政策也相繼出臺。燃氣熱泵擁有高效節能、耐低溫、低噪音、遠程控制、智能除霜等技術特點,也可節省二次管網輸送的熱損及造價、適用范圍廣、清潔無污染、以模塊為單位安裝方便、維修方便,不對水進行二次污染等系統優勢,突出了明顯的經濟性、環保性、節能性,這即將掀開供熱界的新篇。

參考文獻

[1]廖健敏.氨水吸收式制冷GAX循環性能分析[M].東南大學.2004

[2]催曉龍、陳光明.燃氣熱泵技術研究進展[J].中國制冷學會第十七次團體會員大會暨第五屆全國食品冷藏鏈大會論文集.2004

[3]溫麗.中國供熱采暖技術發展概況及現狀分析.建筑節能專業委員會供暖節能網

[4]李獻瑞、劉笑.燃氣供熱的現狀與展望[J].北京節能.2000-2

 

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