燃气热泵空调范文

燃气热泵空调范文（精选7篇）

燃气热泵空调 第1篇

目前绝大多数医院冷热源能源结构单一, 尤其是冷源, 普遍采用电制冷, 国外大量使用的燃气热泵空调在国内医院的应用实例不多。提起燃气空调, 人们自然会想起直燃吸收式制冷机、热电冷三联供等, 其实燃气热泵空调 (Gas engine driven Heat Pump, 以下简称GHP) 是以燃气为动力驱动制冷压缩机, 从而实现制冷和制热。相比之下, 燃气热泵空调是更为成熟的技术, 与电驱动热泵 (Electric engine driven Heat Pump, 以下简称EHP) 的原理无异、外形相同 (图1) , 只不过驱动动力是燃气发动机 (图2) , 两者的室内空调机部分则完全相同。

日本是国际上最早开始研发并大面积推广GHP技术的国家, 目前, GHP技术在日本、韩国等国家已经普及, 而在我国, 尤其是在医院, 仍处在初级发展阶段。

一、燃气热泵空调原理

燃气热泵空调的工作原理是:以管道天然气和瓶装液化气为能源, 通过高性能的燃气发动机组驱动制冷压缩机 (图3) , 通过制冷循环达到制热制冷目的。由图1可见, 左侧与传统的制冷 (或热泵) 机组无异, 右侧则是燃气机驱动与热回收部分。

与电驱动热泵相同, 燃气驱动热泵同样也有多联机 (可变制冷剂流量空调机, 或称VRV) 、冷水机组 (冬天供热水夏天供冷冻水) 、热回收热泵机组 (同时供热水与冷冻水) 等形式。

但与EHP系统不同, GHP系统在冬季供暖时可利用发动机的排热进行热回收 (图4) , 提高了供暖能力。即使在-15℃时, 其供暖能力也不受影响, 无需除霜, 不会造成能量损失, 运行效率比EHP高。且在冬季可实现6分钟快速启动供暖。

相比之下, EHP供暖受环境影响大, 在低于-5℃时供暖能力会下降至60%以下, 在冬季需要22分钟才能达到最大供暖能力。可见, GHP特别适合于寒冷地区供暖, 无需辅助热源, 或者说冬季适应性强。保证热泵在冬季的供暖能力, 这对医院冷热源的有效性与安全性特别重要。

在夏天, GHP与EHP相比似乎相差不大, 但GHP主要以天然气为能源, 可以大幅度降低由夏季空调产生的高峰用电负荷, 另一方面又可提高天然气在夏季的利用率, 降低储气引起的费用与能耗, 提高管网利用率。

二、燃气热泵空调的优点

以燃气热泵多联机为例, 其优点如下:

1. GHP采用的是低压燃气, 可节省燃气调压器、中压燃气排管, 也无需设置燃气报警系统, 工程施工成本比其他方式低得多;

2. 在运行经济性方面, GHP的机组效率在100%负荷时更高, 无级变速调节发动机转速比EHP机组节约40%的运行费用, 机组性能系数COP高;

3. 从能源的均衡利用来讲, 在空调系统用电90%高峰时可用GHP燃气热泵替代, 从而改善对电力的需求, 削减夏季电力高峰;

4. GHP系统不用专门设置机房, 可节省占地空间和投资, 同时, 系统自动运行, 无需专人值守, 可节省人工管理成本;

5. GHP由新型环保的制冷剂R407C输送能量给室内机组, 有利于环保, 也不需在室内布置供冷供热水管;

6. 操作简便, 可单机开关、冷暖切换、个别计量, 无须手动阀调节;

7. 设计自由度大, 一个系统最多可连接24台室内机, 室内机可随意组合;

8. 维护成本低, 输送动力非常小, 制冷剂循环无需循环泵。

三、燃气热泵空调在医院中的应用分析

医院建筑用能的特点是能耗大, 安全性高, 全年热水用量大, 病患在冬天受冷伤害远比夏天受热大。因此许多医院为保证供暖安全性不得不采用传统的锅炉供热。

以上海为例, 近年来医院空调能耗占总能耗比例从32%提高到39%, 而热水能耗占总能耗比例提高得更快, 从15%提高到30%。有的医院必须靠计费洗浴来控制热水消费。热水耗量与医护人员感染控制和患者康复有着密切的关系, 因此不应单纯抑制医院热水需求。另一方面, 目前医院病房大楼、门急诊大楼采用多联机的案例越来越多, 但院方一直担忧EHP多联机在冬季供暖的稳定性问题。

GHP正好为这两个方面的问题提供了一种合理的解决方案。它不仅能常年提供热水, 而且冬季供暖能力受环境影响小, 即使在-15℃时, 其供暖能力也不受影响, 无需除霜, 也无需辅助电加热。GHP多联机的室外机组可布置在屋顶或通风良好的建筑物外墙或地面;无须增加冷冻水循环泵等辅助设施, 冷媒配管长度可达170m;为医院节省了许多机房面积。而且GHP使用低压燃气, 其燃气配套工程设计容易、施工成本低。

当然, GHP多联机的室外机是由燃气发动机驱动, 价格比由电机驱动EHP的室外机高, 但GHP的运行费用要比EHP低。目前燃气发动机的废气排放、噪声和振动等指标已完全符合我国相关法规的要求。

我们以上海市某大型医院门诊楼为例, 将GHP多联机与EHP多联机的运行费用进行比较。

设定门诊楼全年使用情况如下:

供冷时间为:当年5月15日—当年9月15日 (总计150天) ;

供暖时间为:当年11月1日—次年3月15日 (总计80天) ;

每日运行时间:8:00-18:00。

在上述设定的情况下, GHP多联机与EHP多联机的运行费用如表1所示。

由此可见, 由于GHP和EHP系统室内机部分完全相同, 虽然GHP室外机组初投资费用略高, 但运行费用可以减少30%～40%, 一般3～5年可以收回初投资, 见表2。

同样, 对于医院病房大楼、门急诊大楼等, 与传统的电驱动冷水机组加锅炉, 燃气直燃机组、电驱动分体空调加锅炉供暖等相比, GHP多联机最为经济。其年运行费用是电驱动冷水机组加锅炉年运行费用的81%, 是燃气直燃机组年运行费用的75%, 是电驱动分体空调加锅炉供暖年运行费用的63%。因此医院采用GHP不仅提高冷热源有效性与安全性, 而且更突显其节能性。

从环保的角度, 我国燃煤发电量占总发电量的80%以上, 因此我国电力并不能算作真正意义上的清洁能源。而GHP系统以天然气作为能源, 是真正清洁的一次能源, 对环保有着重要的意义。由于采用GHP不仅可以减少电力, 还可以减少燃气的冬、夏季用量的差距, 平抑全年用电和用气量, 提高整个区域用电和用气的效率, 因此能享受地方政府的补贴、享受气价优惠, 其经济性会更佳。

四、结束语

医院除了选用高可靠性的冷热源设备外, 还应采用多能源结构。GHP作为EHP的补充, 对医院是一种不错的选择。GHP不仅可使医院提高冷热源有效性与安全性, 而且更突显其节能性。由于GHP使用的时间正值峰值电价和谷值气价, 对用户来说, 可以节省运行费用。对于国家来说, 可有效地调整能源结构, 稳定用电、用气负荷, 增加电网、气网运行效益。在我国医院中采用GHP有着巨大的经济效益及社会效益, 建议积极推广。

摘要：文章介绍了燃气热泵空调的原理与优点, 并且以上海市某医院为例, 将燃气热泵多联机与电驱动热泵多联机的运行费用进行了比较。

燃气热泵应用前景分析 第2篇

关键词：燃气热泵,工作原理,应用前景,可行性分析

0 引言

随着我国经济的发展, 人民生活水平的提高, 以及全球气候日益恶化的影响, 人们对节能环保的要求愈发严格。现阶段电力工业的能源结构以煤为主, 既对交通运输造成了巨大压力, 又给生态环境带来了严重的污染, 这俨然成为经济发展的主要制约因素。燃气热泵以天然气为主要能源结构, 天然气以管网输送给用户, 方便又安全。我国现大力支持电力工业的改革, 并已着手大力调整能源生产结构和消费结构, 燃气热泵作为技术先进的以天然气为能源的终端产品, 其市场前景极为广阔。

1 目前能源和电力发展状况

我国目前电力工业装机容量为3亿kW, 其中火电、水电及核电分别占75%、24% 及1%。以煤为主的能源结构, 既造成了交通运输的巨大压力, 又给大气和生态环境带来了严重的污染, 且所排放的SO2一直未能得到有效的控制, 在酸雨问题突出和污染负荷集中的地区, 已成为经济发展的严重制约因素。据统计, 因空气和水污染所造成的经济损失约占我国国内生产总值的4% ~ 8%, 可见环境问题已直接影响到了人类可持续发展的战略。因此, 国家非常重视天然气的开发和利用, 大量采用天然气是解决我国环境问题的技术上最佳、经济上可行、国力上可能的最佳方案。

天然气具有高热值, 低成本, 污染低, 燃烧转换率高且适于管道长距离运输的特点。与燃煤或燃油相比, 氮氧化物排放量可削减90%, CO2排放量可减少60%, 颗粒物排放量可降低95% 且没有SO2的排放。不断提高的生活质量驱动着人们追求更高的环境质量, 包括更清洁的空气和更美好的生存空间, 天然气以管网输送给用户, 其使用方便性和安全性已为人们所认同, 气价在同油价和其他能源价格的竞争中胜券在握。在过去的10年里约有20多个国家大量投资, 或全面修订能源政策, 以鼓励天然气的使用。例如, 英国1990年燃气电厂容量仅占总容量的0.5%, 而到1998年其比例增加到32.5%。美国在1999年起着力发展基于天然气和燃气轮机应用的小型冷热电联产技术 (CCHP) , 其燃气蒸汽联合循环发电效率比燃气轮机发电提高32%, 且可将能源利用率提高到90%。预计未来10年内, 世界范围内初级能源结构将会有显著的改革, 天然气份额将从目前15% 上升到24%。

近年来, 我国在天然气勘探方面取得了重大进展, 已探明的天然气资源总量为38万亿m3, 正逐步形成四川、陕甘宁、新疆、黄海4个年产量在100亿~200亿m3及东海、青海2个年产量在50亿m3以上的天然气产区。国家已经着手大力调整能源生产结构和消费结构, 并于2013年开发实施“西气东输“等大型能源工程, 且在加快现有天然气资源开发利用的基础上还将从西亚和俄罗斯西伯利亚引进管道天然气, 因此, 未来10年内中国天然气消费量每年将以12% ~ 15% 速度递增。国家计委预计, 天然气消耗在初级能源中比例将从目前2% 上升至2010年的69%, 尚有很大的发展空间。北京2000年冬季采暖供热的一半能源来自天然气, 相当程度上改善了首都的大气环境质量。

2 燃气热泵工作原理

燃气热泵是以燃气机为动力来驱动的压缩式热泵。其工作原理是将燃气 (天然气、液化石油气、煤气或沼气等) 送入燃气机将燃气燃烧后释放的热能转化成动力来驱动热泵系统, 从而实现热泵的逆向热力学循环, 达到将能量从低温热源转移到高温热源的目的。

燃气热泵的工作流程如图1所示, 其制冷系统部分与普通的热泵完全相同。燃气燃烧后产生的高温热能约30% 通过燃气轮机转化为机械能来驱动压缩机, 65% 以废热形式被500℃左右排气所带走, 剩下的5% 则为90% 左右汽缸冷却水排出。燃气热泵在制冷模式下运行时, 阀v2、v3关闭, v1、v4阀打开, 空调系统回水经水侧换热器11吸收低温低压汽液两相混合物在相变过程中所释放的冷量水温下降后经v4直接供应末端。燃气轮机所排出的高温废气可直接排机外, 也可以增设回收盘管, 对这部分废热进行回收利用, 以作生活热水。缸体冷却水则通过v2进入空冷器1散热, 水温下降后重新回到燃气轮机吸收缸体热量, 以对缸体进行冷却。机组在制热模式下运行时则阀v1、v4关闭, v2、v3打开, 空调系统回水经水泵13进入水侧换热器11, 吸收压缩机6所排出的高温高压蒸汽在冷凝过程中所释放的大量热量后水温上升, 之后又经阀v3进入排气废热回收器12和散热器10, 以吸收燃气轮机排气和缸体冷却水热量后通向末端, 从而使整个热泵系统的制热性能得到了极大提高。

注:1—散热器1 2—风侧换热器 3—四通电磁阀 4—膨胀阀 5—汽液分离器 6—压缩机 7—水泵2 8—燃气输机 9—发电机 10—散热器2 11—水侧换热器 12—废热回收器 13—水泵 11. 制冷模式 冷媒系统流程:6 →3→2 →4→11 →3→5 →6空调水系统:13 → 11 →v4散热水系统:7 →8→v1→1→7 v1, v4 开;v2, v3 关2. 制热模式 冷媒系统流程:6 → 3→11 →4→2→3→5 →6空调水系统:13 → 11 →v3→12→10散热水系统:7 →v2→10→7v1, v4 关;v2, v3 开

3 燃气热泵可行性分析

20世纪70年代的石油危机使人们认识到了节能的重要性, 燃气热泵技术是一项高效节能的技术, 发展燃气热泵还具有缓解电力紧张、调节燃气季节平衡和提高天然气需求总量的优势。因此, 欧美及日本等工业国家早已开展了燃气热泵技术研究。其中欧洲诸国主要以大中型燃气机热泵研究为主, 日本则主要侧重于小型家用燃气机热泵研究。1981年通产省组织了3家燃气公司 (Tokgo gas、Tohl gas和Osaka gas) 和12家空调厂商进行小型GEHP技术协作。自70年代开始, 日本各大城市空调普及率不断提高, 单纯依靠电力已不堪重负, 且在夏季形成了很集中的电力高峰负荷。为此, 日本政府采取了不少导向措施, 如减少燃气空调投资税率, 增加燃气空调发展设施的投资, 调整燃气和电力的价格, 来促进燃气空调的快速发展。至1998年底, 日本的燃气热泵总量已达31万台, 总容量则达到210万kW。燃气热泵主要的优势体现在以下几个方面:

3.1 较高能源利用率

与电动热泵相比, 燃气热泵具有较高初级能源利用效率。热泵机组性能指针通常用制热系数COP来表示, COP虽可表示热泵的制热性能, 但不能反映出源动机转换效率及能量传递过程中损失等因子, 因此不能全面反映热泵系统的能源利用效率, 需用初级能源利用效率PER来比较不同设备的性能。

从图2及图3可知, 电动热泵的PER为0.95, 而燃气热泵的PER则为1.54, 为电动热泵的1.6倍。其主要原因在于燃气热泵能充分利用燃气轮机所排放废热和缸体冷却散热, 且高温燃气所产生的机械能又可完全用作压缩机动力, 制热性能系数COP为电动热泵的1.1倍, 所以燃气热泵有较高的能源利用效率。

天然气是一种优质燃料, 无论用天然气代替煤烧锅炉直接供热, 或以燃气用作直燃式吸收式制冷机能源, 或以燃气在锅炉燃烧后所获蒸汽 (或热水) 作为吸收式制冷机热源, 均是效能不高的能源利用方式, 其PER仅为0.9左右。燃气热泵则可充分利用燃气轮机所产生机械功通过逆热力学循环来从空气中获取更多热量, 而实现能量的梯级利用。从可持续发展观点出发, 燃气热泵作为技术先进的以天然气为能源的终端产品, 其市场前景极为广阔。

3.2 转移电力高峰负荷

随着国民经济快速发展, 人民生活水平的不断提高和全球气候的日益恶化, 空调已成为人们室内环境的主要组成部分, 促进了商业建筑用中央空调和家用房间空调器的迅速发展, 中国已成为仅次于美国、日本的第三大空调市场, 空调耗能目前已占建筑能的70%, 尤其是在炎热的夏季和寒冷的冬季, 用电量激增, 城市电网不堪重负, 造成频繁拉闸限电。虽然电力高峰负荷增长很快, 但电网负荷率却在逐年下降, 华东电网和华南电网峰谷差已达30%。全国20 GW以上机组仅在高峰负荷运行数百小时, 而在电网低谷时, 需停止很多机组, 造成电力资源的闲置和浪费。发电机组的频繁启动既增加能耗, 又影响机组使用寿命, 是很不经济的运行方式。

发展燃气热泵, 可有效地转移电力高峰负荷需求, 减少电厂投入, 提高电网的经济运行, 促进能源机构调整, 还可改善人类生存的环境质量 (电网负荷率每提高1%, 可降低供电成本1%。并减少200~300 kt CO2排放量) , 其潜在的经济效益和社会效益十分可观。

3.3 提高电网气网整体效率

夏季正是用电高峰, 却又是用气低谷, 使用燃气热泵可降低电网夏季高峰负荷, 同时又可填补天然气低谷, 实现能源的充分和均衡利用。

3.4 容量无级调整

控制燃气量即可改变气轮机转速和驱动动力, 达到改变制冷量和制热量的目的。外气温度较低室内负荷较大时还可增加燃气量, 使压缩机超速运转, 以增加机组制热能力。故燃烧热泵具有与变频机组同样的调节特性。

4 结语

传统电力工业的结构是基于这样一种设想, 即大功率中央发电站是向用户提供电力的最经济途径。但随着天然气应用的深入及燃气轮机技术发展, 这种格局将被完全打破, 被较小型、更模块化的发电技术所代替, 这些技术可使用户自己发电, 并将多余电力通过电网出售给其他用户。这种发电站广泛过渡结合的“分散“电力系统, 可极大地改善效率及减轻当今电力系统的环境污染, 减少输配电线路建设, 且可提高供电可靠性。作为一项高效节能技术, 发展燃气热泵, 提供区域集中供冷、供热及发电, 其应用前景十分广阔。

参考文献

[1]周义德, 樊瑞.我国燃气热泵空调的应用前景探讨[J].节能, 2004 (9)

[2]任挪颖, 晏刚.燃气热泵的发展优势[A].第十二届全国冷 (热) 水机组与热泵技术研讨会论文集[C], 2005

[3]焦文玲, 胥杰.燃气热泵技术及其应用[J].煤气与热力, 1998 (4)

燃气空气源热泵的技术经济分析 第3篇

我国南方地区大多无集中供热系统,冬夏季人们一般采用空调来满足舒适性的要求［1］。而我国寒冷地区冬季多采用集中供热,夏季居住建筑仍然可采用空调来满足制冷需求,这使得电驱动空气源热泵得到普遍应用。

燃气空气源热泵是采用燃气机作为动力来驱动的压缩式热泵,可回收发动机的烟气余热用于冬季供暖、夏季供冷和制备生活热水。文中以燃气空气源热泵为研究对象进行了相关技术经济分析。

1背景

1. 1燃气的迅速发展及冬夏季的不平衡应用

依托国家“十一五”规划,随着西气东输管线的建成,加之天然气具有清洁、方便、经济的优势, 因此天然气应用得到了迅速的发展。由于天然气的大量使用,更多地区使用天然气必将面临一个难题,即冬季用气高峰与夏季用气低谷之间的矛盾。 全国夏季天然气富裕量最大,但储气较困难,目前地下储气或低温液化储气受地质条件、投资及管理的限制也不易实现,而发展燃气空调就可以有效地缓解夏季用气低谷所产生的问题［2］。

1. 2能源的梯级利用

燃气空气源热泵可回收发动机的烟气余热,可将来实现冬季供暖、夏季供冷、制备生活热水［1］。冬季由于室外温度很低,为了保证燃气机热泵运行,可将回收的余热作为制热能力补充。另外,还可利用回收的热量对室外机进行除霜［1］,实现能量的梯级利用。

2燃气空气源热泵系统流程

燃气机热泵制热流程图如图1所示。燃气机热泵制冷流程图如图2所示。

3技术经济可行性分析

计算分析模型: 北京某2层办公楼,其总建筑面积约10000m2,总冷负荷1050k W,总热负荷700k W。北京地区室外气象参数: 夏季空调室外计算湿球温度26. 4℃,冬季供暖室外计算温度- 9℃ ,夏季室内设计温度27℃ ,冬季室内设计温度21℃。

分析比较该计算模型的燃气空气源热泵、电驱动空气源热泵、燃气锅炉房+ 制冷机组的3种方案的能耗以及投资运行费用。

3. 1一次能源效率方面［3］

1) 方案一: 燃气空气源热泵供热+ 制冷。

2) 方案二: 电驱动空气源热泵供热+ 制冷。

3) 方案三: 燃气锅炉房供热+ 制冷机组制冷。

燃气空气源热泵在制冷、制热工况下系统的总效率分别为169. 72% 、168. 17%［4］,电驱动空气源热泵理论COP为3. 08 ~ 4. 05,火力发电的效率约30% ~ 40% ,燃气锅炉实际运行热效率80% ~ 85%［5］。

3种方案一次能源利用效率比较如表1所示。 根据表1可以看出燃气空气源热泵一次能源利用率最高,具有显著的节能效果。

3. 2制备生活热水方面

式中: Q—吸收的热量,J;

Cp—热水比热,J/(kg·℃);

m—热水质量流量,kg;

Δt—冷热水温差,℃ ;

w—一次能源消耗量,J;

η—系统的总效率,%。

由式( 1) 可以得出制备等量,等温差生活热水所需要吸收的热量相同,因此一次能源消耗量之比［6］w1∶ w2∶ w3= 0. 59 ∶ 1. 08 ∶ 1. 25。制备等温等量热水一次能源消耗量之比如图3所示。

由图3可以得出: 在生活热水产量相同的情况下,燃气机热泵的一次能源消耗量明显低于电驱动空气源热泵和燃气锅炉房,节能效果显著。

3. 3在初投资方面分析

1) 燃气空气源热泵在冬夏季可达到一机两用的效果,不仅节省了制冷机组费用而且节省了锅炉房面积,同时达到环保作用。

2) 与燃煤锅炉房相比,热泵装置不需要燃料输送费和保管费及排渣运输费。

3. 4在系统及运行费用方面

该案例中空气源热泵1a运行费用,冬季按照120d( 4个月) 计算,1天24h,夏季制冷按照90d( 3个月) 计算,1天24h计算。

式中: Q冬—冬季供热量,J;

Q夏—夏季制冷量,J;

q—冬季热负荷或夏季冷负荷,W;

T—冬季或夏季运行时间,s;

W1—燃气机热泵运行费用,万元;

W2—电驱动热泵运行费用,万元;

a—标准天然气的低位发热量,取a=38460k J/m3;

b—北京市天然气价格,取b = 2. 67元/ m3;

c—北京市电费价格,取c=0.511元/k Wh[7]。

代入数据,得: Q冬= 1. 09 × 1013J; Q夏= 5. 44 × 1012J; W1= 11. 34万元; W2= 23. 32万元。

燃气空气源热泵系统与电驱动空气源热泵系统的主要设备及技术参数分别如表2、表3所示。 由表2、表3可以看出,燃气空气源热泵初投资与运行费用的总和低于电驱动空气源热泵的费用,故燃气空气源热泵更经济、更节能。

4结语

1) 燃气空气源热泵、电驱动空气源热泵、燃气锅炉房及制冷机组组合这3种方案相比较,燃气空气源热泵一次能源利用率最高,制备等量、等温生活热水条件下最经济节能,电驱动空气源热泵均次之,燃气锅炉与制冷机组组合最差。

2) 燃气空气源热泵、电驱动空气源热泵在主要设备初投资及运行费用方面比较,燃气空气源热泵比电驱动空气源热泵初投资多6万元,全年运行费用可节省11. 98万元,全年总费用节省5. 98万元,回收期为16a。

摘要：以北京某办公建筑为例,分析比较了燃气空气源热泵、电驱动空气源热泵、燃气锅炉房与制冷机组组合这3种方案在夏季制冷、冬季供暖及制备等量生活热水时的能耗和经济性。分析计算结果表明:燃气空气源热泵更经济、节能,为我国大力发展燃气空气源热泵提供了有力依据。

浅析地源热泵空调技术 第4篇

关键词：地源热泵,地下换热器,可再生能源,节能

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源 (也称地能, 包括地下水、土壤或地表水等) 的既可供热又可制冷的高效节能环保型空调系统。地源热泵通过输入少量的电能, 即可实现低温热源向高温热源的转移。在冬季, 把地能中的热量“取”出来, 经热泵机组提高温度后, 供给室内用户取暖;在夏季, 把室内的热量取出来, 释放到地层中去。

1. 地源热泵国内外发展近况

地源热泵的历史可以追溯到1912年的瑞士, 而其真正意义上的商业应用也只有近20年的历史。如美国到1985年为止全国共有1.4万台地源热泵, 1997年就上升到4.5万台, 到目前为止共安装了40万台, 而且每年在以10%的速度稳步增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19%, 其中在新建建筑中占30%。美国计划到2001年达到每年安装40万台地源热泵的目标, 届时将降低温室气体排放100万t, 相当于减少50万辆汽车的污染物排放, 每年节约能源费用达4.2亿美元。

我国的地源热泵事业近几年已开始起步, 且发展势头良好, 可预计中国的地源热泵市场前景广阔。美国能源部和中国科技部于1997年11月签署了中美能源效率及可再生能源合作议定书, 其中主要内容之一就是降低能源消耗速度警惕“温室效应”, 大力推行节能环保的“地源热泵”技术, 该项目拟在中国的北京、杭州和广州3个城市各建一座使用地源热泵进行供暖制冷的商业建筑, 以推广运用这种“绿色技术”, 缓解中国对煤炭和石油的依赖程度, 从而达到能源资源多元化的目的。同时, 科技部委托的中国企业也正纷纷将美国的地源热泵技术及设备引进中国市场, 这将促进我国地源热泵技术市场化、产业化的发展, 并使我国地源热泵的研究开发尽快赶上国际潮流。

2. 结构原理和运行状况

2.1 基本结构

地源热泵的基本结构可分为地上和地下两个部分。地上部分与其它水源制冷机组基本相同, 不同之处是地下部分——在地表以下埋藏着若干段长寿命、高强度的塑料管道, 在冬季管道里循环的溶液从土壤里吸收热量传递给热泵, 在夏季将热量从热泵传递回土壤中去。这些塑料管道就相当于一个地下换热器, 在夏季和冷却塔的作用相同, 在冬季和锅炉的作用相同。地下埋管部分可根据区域地质特点, 既可水平放置又可垂直放置;同时可根据区域面积、大小, 既可串联排布又可并联排布。

2.2 运行状况

地源热泵在循环期间有3个必需的环路和1个可供选择的生活热水环路。 (1) 冷热媒水环路:把已调节好的冷热媒水分配到建筑物中的送风机, 即末端。冷热媒水由循环泵提供动力。 (2) 制冷剂环路:热泵机组的压缩机推动制冷剂在回路里循环。 (3) 地下环路:水或防冻剂溶液在地表之下循环的封闭环路。冬季从周围土壤吸收热量, 夏季向其放出热量。这些液体通过一台低功率的循环泵进行循环。 (4) 生活热水环路:将水从生活热水箱送到热泵机组的换热器进行循环的封闭环路。这个环路里的水也通过一台低功率的循环泵进行循环。

(1) 供热循环

在供热循环中, 热量输入包括土壤热能、热泵压缩机能量及循环泵和送风机能量;热量输出包括空间供暖和生活热水。土壤热能和压缩机能量是主要的热量输入。回路中首先制冷剂蒸汽被压缩, 它的温度和压力将会提高, 增加的压力促使蒸汽在制冷剂系统里循环。热蒸汽进入换热器中, 较冷的循环媒水吸收热蒸汽的热量后被输送到室内末端, 从而提高了建筑物的温度。换热器里制冷剂的热量被带走后, 蒸汽冷凝为液体, 再通过节流装置后, 变成低压低温的制冷剂液体流入蒸发器, 再次被来自地下环路的热量蒸发, 从而使循环继续进行。在供热循环中, 循环泵将水或防冻剂溶液送入地下换热器, 被较高温度的土壤加热。在水源热泵机组中, 水——制冷剂换热器就像是蒸发器, 将液体制冷剂变为蒸汽。

(2) 制冷循环

在制冷循环中, 热量输入包括建筑物散热、压缩机能量及泵和送风机能量;热量输出包括生活热水和排向土壤的废热。在制冷循环中, 出压缩机的热气体可被用来预热生活热水, 其余的热量则被排向土壤。制冷循环中的热量输出通常都远大于生活热水所需要的热量。较热的室内空气 (或冷媒水) 经过蒸发器盘管, 温度降低后被送入指定空间 (或空调末端) , 这样就达到了室内降温的目的, 制冷循环正好和供热循环相反。

3. 地源热泵特点

(1) 属可再生能源的利用技术

地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源 (通常小于400m深) 作为冷热源, 进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器, 收集了47%的太阳能量。它不受地域、资源等限制, 。

(2) 属经济有效的节能技术

地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定 (如东营地区地下1.8米常年恒温180c左右) 。冬季比环境空气温度高, 夏季比环境空气温度低, 是很好的热泵热源和空调冷源, 这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%, 因此节能和节省运行费用达40%左右。另外, 地能具有温度较恒定的特性, 使得热泵机组运行更可靠、更稳定, 也保证了系统的高效性和经济性。据美国环保署EPA估计, 设计安装良好的地源热泵, 平均来说可以节约用户30%-40%的供热制冷空调的运行费用。

(3) 环境效益显著

地源热泵的污染物排放与空气源热泵相比, 相当于减少40%, 与电供暖相比, 相当于减少70%。热泵机组虽然也采用制冷剂, 但比常规空调装置减少25%的充灌量, 属自含式系统, 该装置能在工厂车间内事先整装密封好, 因此, 制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染, 是真正的环保型空调。

(4) 一机多用, 应用范围广

地源热泵系统可供暖、供冷, 还可提供生活热水, 一机多用, 一套系统可以替换原来的锅炉加空调两套装置或系统。

4. 地源热泵应用方式

地源热泵的应用方式从应用的建筑物对象可分为家用和商用两大类, 从输送冷热量方式可分为集中系统、分散系统和混合系统。

集中系统:热泵机组布置在机房内, 冷热量集中通过风道或水路分配系统送到各房间。

分散系统:用中央水泵, 采用水环路方式将水送到各用户作为冷热源, 用户单独使用自己的热泵机组调节空气。一般用于办公楼、学校、商用建筑等, 此系统可将用户使用的冷热量完全反映在用电上, 便于计量, 适用于目前的独立计量要求。

混合系统:将地源热泵和冷却塔或加热锅炉联合使用作为冷热源的系统, 混合系统与分散系统非常类似, 只是冷热源系统增加了冷却塔或锅炉。南方地区, 冷负荷大, 热负荷低, 夏季适合联合使用地源和冷却塔, 冬季只使用地源。北方地区, 热负荷大, 冷负荷低, 冬季适合联合使用地源和锅炉, 夏季只使用地源。这样可减少地源的容量和尺寸, 节省投资。

5. 结论

燃气热泵空调 第5篇

该项目主体为某区域包含多个小区在内的共计35 余万m2供热面积的新建及改造。地热供暖形式在该区域已广泛推广,但地热水温度较低,单纯地热供暖热能利用率低,供热效果差,尾水回灌温度较高。为解决上述问题,该项目结合吸收式燃气热泵,充分利用地热水热能,降低排放温度,提高二次网供水温度,从而提高供热效率,减少能源浪费,达到绿色供暖目的。

该项目采用地热+ 吸收式燃气热泵技术。热泵系统以天然气、电能作为驱动热源,回收提升地热尾水中的余热。

本项目的实施旨在改变该地区供热模式现状,通过地热资源的梯级利用及热泵技术的应用,有效地改善供热区域大气环境质量,实现节能减排,降低供热系统运营成本,逐步替代传统燃煤供热模式。

二、系统方案设计

1. 热负荷计算

该地区冬季室外供热计算温度为-9℃,室内供热温度按20℃考虑,项目中涉及到的其他基础数据如表1 所示。根据《城市热力网设计规范》,项目建筑供热平均热指标采用45W/m2。

本方案供热区域设计供热面积为35 万㎡。按供热平均热指标采用45W/m2进行计算,本方案供热区域总供热负荷为15.8MW。该项目采暖室外计算温度为-9℃,室内计算温度为20℃。采暖期为当年11 月15 日起,至次年3 月15日止。采暖天数为120 天,采暖小时数为2880 小时。本方案供热区域年最大负荷利用小时数为1771 小时。年供热量为23.3 万GJ。

2. 热源选择

该项目热源由两部分构成,市政天然气供热以及地热井四眼(两采两灌)。其中,地热井出水温度65℃,出水量240t/h,地热水回灌温度9℃。该项目供热能力由以下四部分构成:

(1)地热水换热:65℃地热水与采暖水换热后降低为58℃,可提供1.954MW热量;(2)吸收式燃气热泵:58℃地热水进入吸收式燃气热泵,温度降低为25℃,通过直燃热泵一共可提供9.21MW热量;燃气热泵消耗燃气产生热量,最大供暖功率为14MW。地热水与燃气热泵共提供热量15.954MW,可满足该区域供暖需求。

该项目在实施过程中,各热源组成所占的比例如表2所示。

3. 供热系统设计

(1)地热+ 燃气吸收式热泵站工艺系统

该系统分为地热水利用侧以及采暖水侧,主要流程如下:

地热水梯级利用:

65℃地热水与采暖水换热后降低为58℃,可提供1.95MW热量;

58℃地热水进入吸收式燃气热泵,温度降低为25℃,可提供14MW热量;

采暖水流程:

53℃采暖回水经换热器、燃气热泵联合加热后,温度升为80℃,直接外供200 万㎡。

(2)热力站水处理系统

软化水系统采用全自动钠离子交换组合软化水装置,树脂采用强酸型钠离子交换树脂。装置采用多罐系统,以便在树脂再生时能够保证系统连续制水。

本项目地热水系统采用变流量调节方式,采暖循环水采用质调节方式。整个控制系统根据室外温度,通过调节热源井供水量来调节采暖循环水供水温度。同时对采暖循环水回水温度进行回水温度限制。

一次系统的电动流量调节阀根据室外温度和采暖循环水供水温度曲线进行调节。调节阀的状态及阀位反馈至站内控制系统。当地热水系统不能满足负荷需求时,开启燃气锅炉,提升采暖供水温度,与地热混合对外供热。对于民用采暖系统地热水与进入热泵加热水分流分配采用电动三通阀控制。

三、应用效果分析

1. 节能效益分析

本项目提取240t/h、65℃地热水中热量用于外供采暖,地热水温度降低为25℃回灌,每小时地热水共提供966 万大卡,每小时节能折标准煤1.38 吨,每个采暖季按0.65 采暖负荷计算,节能共2583 吨标准煤。

2. 环境效益分析

本项目年节能2583tce,相当于减少二氧化碳排放6716吨/ 年、二氧化硫排放62 吨/ 年、氮氧化物排放18.1 吨/ 年、烟尘排放65 吨/ 年,符合国家的低碳经济政策及天津市煤改气政策。

3. 其他效益分析

将地热尾水综合利用到25℃以下达标回灌,从而实现地热资源的有效利用,为实现可持续发展社会创造良好条件。通过污染物的减少排放,可有效改善本方案供热区域居民的居住环境,还小区一片蓝天,为开创和谐社会、和谐小区打下坚实基础。

摘要：优化热源结构,调整能源布局,提高能源供应能力,大力发展清洁能源和可再生能源,是在促进环境保护,构建安全、环保、多元、高效的城市能源系统进程中的重要举措。地热能对于改善能源消费结构,减少二氧化碳排放具有现实意义。应用地热井与燃气热泵联合供暖的方式,可实现供热质量以及空气质量的提升。

关键词：地热井,燃气热泵,新能源,联合供暖

参考文献

[1]关锌.地热资源经济评价方法与应用研究[D].中国地质大学,2014.

[2]高月岩.地热采暖的设计及施工方法[J].黑龙江科技信息,2015,11:201.

[3]王杰.关于地热采暖施工设计的几点探讨[J].黑龙江科技信息,2015,28:196.

[4]王武汉.地热供暖技术研究与讨论[J].科技创新导报,2010,15:52.

AWHC-L热泵空调故障分析 第6篇

1. 欠油压故障

原热泵空调的保护电路设于最前端(图1)，一旦设备发生漏电或过流故障时，将无条件切断接触器、电磁阀、程控电路等所有的电器。因程控电路断电，使故障显示屏失去电源。由此，维修人员毫不犹豫地断定为电源故障。国产机将程控电路的电源移于过流保护之前，如果运行中发生过流或漏电，仅仅切断制冷压缩机，而程控电路及故障显示屏并未断电，所有监控保护功能依然有效，由于此刻压缩机已停机，程控电路检测不到油压，因此热泵空调显示代码“13”，即欠油压故障。以上表象与说明书中的欠油压故障极为相似，如按欠油压故障处理，也能恢复运行，但使用不久，故障将再次发生。即使更换油压开关、油泵、电路板，甚至全部的制冷系统都无济于事。其实欠油压仅是假象，并非故障原因，真正原因是过流或漏电，只有解决过流或漏电，并复位油压开关，欠油压故障才能彻底解除。

2. 油温抑制故障

热泵空调的过流保护装置, 采用带电源的电子式电流继电器，该电流继电器长年通电，元件易老化，稳定可靠性相对较差。按理说，在压缩机已停机，主电路上已无任何工作电流，电流继电器不应该有反应，但其往往会莫名其妙地动作，从而切断压缩机油温加热器的电源，导致压缩机在停机时不能加热。此类故障在热泵空调电路未改动前，维修人员可根据显示屏无显示，毫不犹豫地断定故障源于电源。而在改动后的电路中，因加热器停止工作，使油温低于预定值，而程控电路及故障显示屏却并未断电，油温监控依然有效，由此热泵空调将判断为油温抑制故障，并显示代码“7”。处理该故障须打开电柜检查，而打开电柜必须断电(柜门有安全门锁)，断电使原已动作的电流继电器自动复位，一切已经恢复正常，柜内电器毫无任何故障迹象。经重新通电后，又可继续正常工作。由此看来，问题似乎已经得到解决，但用不了几天，故障又会发生。由于查不出真正的故障原因，维修人员很自然地与气温低、加热器老化、断路、温度传感器失灵及电路板故障等一系列因素联系在一起，使故障排查变得复杂化。

城市原生污水源热泵空调系统 第7篇

热泵技术在我国的发展形势良好,主要表现在以下几个方面:

1)项目分布面越来越广。全国除港、澳、台地区外的31个省市均有热泵工程的应用。

2)项目规模越来越大。最新的统计资料显示10×104m2以上的项目占9.1%。如:北京奥运村41.3×104m2。

3)项目应用类型越来越多。办公建筑、住宅、公共建筑、宾馆、商场、车站、娱乐场所、工业建筑、体育场馆等。

2 热泵技术在发展中遇到的问题

1)地下水源热泵空调系统发展中面临的问题主要是:水资源的短缺、分布不均大大限制的热泵的应用范围。我国668个城市中400多个城市属于缺水城市,达到了总数的60%.我国110多个城市属于严重缺水城市,缺水总量60×108m3。如:天津市人均水资源占有量为每年153m3,是全国人均水资源占有量的6.9%。石家庄人均水资源量仅257m3,还不到全国平均水平的1/8。另外,水资源空间分布不均也是制约地下水源热泵空调系统发展的原因。我国水资源有70%分布在西南。

2)埋管耦合地源热泵空调系统发展中面临的问题主要是:埋管耦合换热器占地面积大。以1×104m2建筑物为例,建筑物设计冷负荷700kW,设计热负荷500kW;换热管井深100m,井间距4m～6m,需要换热井1 00口,占地面积达2500m2～3600m2。另外,系统的初投资高,井群投资等于甚至高于系统机房内的主要设备投资。

3 原生污水的分类

原生污水有4类:第一是城市生活污水,从小区排出来的,未经过任何处理的水,这是第一类的原生污水。第二类的原生污水是从工厂里流出来,经过处理和未经处理的污水。第三类是混合污水,就是工厂的污水和城市生活污水混合在一起。比如,大连经济技术开发区里,工厂排出来的污水和生活污水是混合的,一起流进中央污水处理厂处理。第四类原生污水是广义的,是从污水处理厂经过初步处理的,也可称为中水或者是二次污水。

原生污水有三个特点。一是说污水里含有大量的污、杂物。第二,比如饭店、屠宰厂出来的污水是油腻的,易附在污水管道上。三是处理这一类的污水用自然的方法进行过滤,必然花费很大的人力成本。

4 原生污水作为热泵冷热源的优点

1)原生污水作为热泵空调系统冷热源,为建筑物供暖、制冷、制备生活热水属于资源再生利用。利用1t污水中的废热相当于少燃烧1.44kg标准煤,少排放4.2kgCO2。

2)原生污水是热泵机组良好的冷热源。水温适宜,冬季原生污水平均温度12℃～24℃,热泵机组的COP可以达到4.2以上;夏季原生污水平均温度18℃～26℃,热泵机组的制冷系数可以达到5.5以上。

3)水量巨大。我国2006年城市污水排放总量达到了537×108t,如将其全部利用做为污水源热泵系统低温热源,可以解决30×108m2建筑物冬季采暖问题。

4)分布面广,城市原生污水分布于城市的各个角落,与建筑物能够很好匹配。

5 原生污水作为热泵冷热源的难点

1)污水成分复杂:物理杂质、化学溶质、微生物等,增加了纯理论分析的难度。

2)学科交叉:涉及到了传热学、多相流体力学、化学、材料学、腐蚀学等。

3)主要难点:①污杂物对换热设备的堵塞问题。以1×104m2建筑物为例,采暖每小时需要污水80m3,需要解决800kg污杂物的对过滤面堵塞问题。②换热器内污垢防治与强化换热技术。污垢增长是影响换热效率的主要因素,试验表明4d～7d后换热器传热系数将降低为设计值30%左右,平均厚度在0.5mm～1.5mm。③污水对换热器的腐蚀问题。污水成分的复杂和多样性对换热器造成的腐蚀也不尽相同。

6 原生污水源热泵系统原理(见图1)

7 原生污水源热泵系统的关键设备

1)全自动污水除污机。基本原理:利用内置刮板进行水路切换,实现了污水的连续取排,保障了水源的稳定供应解决了污杂物对换热设备的堵塞问题。

2)高效污水换热器。基本原理:破坏软垢生长环境,减小热阻,提高换热效率。解决了软垢增长影响换热效率的问题。

3)原生污水源热泵系统工程实例(见表1)。

8 技术经济效益分析

开发城市原生污水低品位能源,一方面可以使污水成为水源热泵系统的冷热源进行制冷、供热;另一方面通过污水可以将除污装置作为冷却塔的替代设备,夏季将制冷机的散热端转移到污水中,此种替代可消除噪音、环境热污染等,尤其适合我国南方地区。

原生污水源热泵空调系统初投资较其他空调、采暖系统(如集中供热+冷水机组,直燃机,多联机)低30%左右。在运行费用方面,冬季采暖时热泵机组COP>4.20,夏季制冷时热泵机组EER>5.50,采暖平均运行费用11元/m2,制冷平均运行费用5元/m2。

与地源热泵空调系统相比较,在缺水的城市以污水做为冷热源的初投资比打井要便宜很多,而且相对于地下水,污水是看的见的、安全性更高、更加可靠的。在运行费用上,原生污水源热泵系统比地下水源热泵系统更加节能,因为在取冷热源时两个系统分别利用潜水泵和循环水泵,污水源热泵系统取水泵的动能大概是地下水源热泵系统潜水泵动能的1/10～1/4,大家都知道整个热泵系统水泵的耗能占整个系统的耗能比例是不小的,所以原生污水源泵系统在运行时更加节能。