燃气吸收式空气源热泵供热技术

更新时间:2016-09-18 09:12:35 信息编号:276339
燃气吸收式空气源热泵供热技术
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 摘要  针对我国现状严重的大气污染,响应国家环保的号召,加快推进工商业“煤改气”进程,利用天然气这一清洁能源,研制了燃气吸收式空气源热泵。本论文阐述了燃气热泵机组的工作原理及技术特点,对燃气热泵供热与其他供热方式进行对比分析,燃气热泵供热具有清洁无污染、节能效果显著、经济效益高的特点,是一种新型燃气供热技术。

 

关键词:热泵、吸收式、燃气供暖、供暖方式、煤改气

一、国家政策及背景
    2013年6月14日,国务院大气污染治理“十条政策”第一条提出“全面整治燃煤小锅炉”。关停、脱硫、除尘、煤改气都是锅炉治理的可选路径。但市场对锅炉脱硫的可行性存在质疑,认为政府对锅炉整治缺乏财政补贴、企业无积极性、脱硫成本较高等等。

  2015年中华人民共和国大气污染防治法(修订草案)中大气污染防治措施第二十五条指出国务院有关部门和地方各级人民政府应当采取措施,改进能源结构,推广清洁能源的生产和使用。

因此,必须以清洁能源供替煤炭,以减少污染物的排放量,达到国家要求的环境标准。在此形势下燃气供热得到了迅速发展。随之,全国各地燃煤锅炉改造陆续展开,多个地方政府相继出台了关于燃煤锅炉清洁能源替代工作方案的相关政策及相应补贴。随之清洁能源的大力推广,天然气的使用被广大人民接受。环保意识的强化加快了绿色产品的问世。由于电费的增长、用电高峰期电力的短缺和全球环保意识的日益增强,采用无公害工质的热能驱动燃气吸收式热泵再次引起人们的关注。

二、燃气热泵供热技术的国内外发展现状

1982年美国能源部准备开发高效吸收式热泵[1],期望在环境温度8.3℃时的供热cop为1.6;35℃时的供冷cop为0.7。为此,共资助了三项研究,评估各种循环的性能。其中的两项研究均推荐gax回热循环作为高效吸收式热泵的理论基础。随着研究的深入。gax循环也出现了不同的种类,如基本gax、分支gax、vxgax、半gax、多分支gax等,并有多台机组投入运行。

phillips公司于1984~1985年制造出家用或小型商用gax循环燃气吸收式热泵的试验样机,其供冷cop=0.7~0.9,供热cop=l.6~1.8;1989年,美国trane公司完成t80kw基本gax循环商用制冷机的实验样机测试;

美国servel/robur公司[1]自1927年就生产小型直燃式氨/水吸收式制冷机,该公司在60年代研制的风冷式小型燃气氨/水单效制冷机一直销售至今。

1990年,battlle研究所进行了替代的吸收器设计,并建立了吸收器动态性能的试验系统。1993年初,荷兰一台250kw基本gax循环热泵投入运行;

1993年8月,美国alaska州的kotzebue镇的一台vx循环制冰机投入运行,该机的热源为70℃的柴油发电机冷却水,制冷量为50kw,cop=0.35。1993年,上述成果经carrier公司进行样机验证、成本分析和市场研究,认为gax技术可能成为美国和世界范围内的主流产品,经申请后取得了生产许可证。

2004年,浙江大学制冷与低温工程研究所[2],对燃气热泵热电冷三联供系统作了简单分析和节能评价。

2004年,东南大学[1]对氨水吸收式制冷gax循环性能进行了分析。

2008年,山东奇威特太阳能科技有限公司与美国研究所合作,开发燃气型氨水吸收式空气源热泵,一直销售至今。

三、燃气热泵工作原理

燃气热泵是一种燃气型氨-水吸收式空气源热泵机组,以氨为制冷剂,水为吸收剂。通过依靠天然气燃烧产生的热能驱动水对氨的吸收、释放,产生氨的状态变化,从而产生吸热和放热过程,进而可以制取热水来作为生活热水或者进行采暖。系统内部包括两个循环:制冷剂循环及吸收剂循环。燃气吸收式热泵原理如图1所示。

 

燃气热泵机组cop可以达到1.8;适应性强机组在-20℃到43℃的环境下稳定运行;并且针对机组系统特点创新性设计了水路系统以及控制程序,可以开机快速满功率运行,智能化霜且同时供热,自动控制水温达到无级调节。燃气热泵分为热水机组和采暖机组。针对不同的市场的需求可以有不同的供应方式。

四、燃气热泵供热与现有供热方式对比

目前城市集中供热有以下五种情况:(1)以煤为燃料的热电联产;(2)城镇供热锅炉房;(3)热、电、冷联供;(4)热泵供热;(5)利用其它清洁能源供热。

热电联产、锅炉房供热,单热源还是多热源[3],都依靠管网系统传输热量,国家节能标准要求管网输送效率达到90。据清华大学实测数据(一次网管损失2w/㎡,二次管网损失为5w/㎡,失调损失为7w/㎡)推算,管网输送效率只有66%~68%,管网热能损失较大。

除集中供热,现在市场采暖方式还存在利用地热能源直接供热和电能源供热等方式。就现在国内出现地区结构性缺电情况越来越严重,电力驱动的机组对于供热现状一直不符合国家倡导的节能减排政策。并且,电力资源作为二次能源,再次作为供暖的主要能源,不仅效率低,而且资源严重浪费。电力驱动机组在冬季结霜情况严重,在除霜过程中,制热能力衰减严重。而水源热泵采暖方式直接抽取地下水供热,不得不提,人类的浪费是惊人的。地下水利用不超过5℃温差就直接排掉,造成大量地下水白白流失。地下冷热不平衡不断加剧,机组出力越来越差,造价的层层叠加。

电空调机组使得温室气体的排放剧增,臭氧层的破坏,本应属于室内的热量投放到室外,使室外的空气参数变得更加恶劣,进而增加空调机组的电力损耗。

燃气供热[4]虽然天然气供热成本提高了,提高能效要增加投资,但为了使城市的天空变蓝,为了可持续发展,国家和一些城市仍采取优惠政策鼓励使用天然气等清洁能源。 而且从实施《民用建筑节能设计标准》后,提高了建筑隔热保温性能,降低了建筑采暖能耗的结果是大幅度地降低天然气供热方式的年运行费用,增加天然气供热方式与集中燃煤供暖采暖方式的竞争能力。

燃气热泵供暖技术,完美结合了燃气与空气源热泵。系统有两部分能源输入,一部分来源于天然气的燃烧,另一部分则来源于空气能,从整体来讲,空气能量越大,机组出力越大。采用分散式供热,在传统的供暖系统上可以省略复杂的管网输送,针对供热区域可以采取分块分区分别供暖。机组本身特定对震动、噪音做出相应的措施,可以将燃气热泵机组放置在建筑物的屋顶,或者附近区域直接针对单栋建筑供暖。省去庞大的管网输送,将管网热能损失降到最低。在空气中提取热量,与水地源热泵相比,不会造成地下水的二次污染。并且燃气热泵的驱动能源为天然气这一环保能源,直接燃烧利用,高效利用,降低资源的浪费。

四、结论

    我国近年来国力增强,经济飞速增长,在世界的地位举足轻重,现环境问题依然成为全球问题,环保和节能将会成为新的世界主流,中国亦不可与世界主流相持驳论。在全国“煤改气”的高潮中,电力短缺,各地补助政策也相继出台。燃气热泵拥有高效节能、耐低温、低噪音、远程控制、智能除霜等技术特点,也可节省二次管网输送的热损及造价、适用范围广、清洁无污染、以模块为单位安装方便、维修方便,不对水进行二次污染等系统优势,突出了明显的经济性、环保性、节能性,这即将掀开供热界的新篇。

参考文献

[1]廖健敏.氨水吸收式制冷gax循环性能分析[m].东南大学.2004

[2]催晓龙、陈光明.燃气热泵技术研究进展[j].中国制冷学会第十七次团体会员大会暨第五届全国食品冷藏链大会论文集.2004

[3]温丽.中国供热采暖技术发展概况及现状分析.建筑节能专业委员会供暖节能网

[4]李献瑞、刘笑.燃气供热的现状与展望[j].北京节能.2000-2

 


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