燃氣壓縮式空氣源熱泵技術(shù)的應(yīng)用研究

引言

隨著環(huán)保壓力的逐步加大,天然氣作為一種新型清潔能源,近年來在城市供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用日漸增多。新技術(shù)、新設(shè)備不斷涌現(xiàn),傳統(tǒng)的燃氣鍋爐以及直燃機組受到功能和結(jié)構(gòu)形式的限制,已經(jīng)不能完全滿足用戶的需求。熱泵技術(shù)是近些年備受關(guān)注的新能源技術(shù),它不同于人們所熟悉的可以提高位能的機械設(shè)備泵,而是先從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱能,經(jīng)過輸入少量外部能量,再向人們提供可被利用的高品位熱能。熱泵在工作時,其本身消耗一部分能量,把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量加以挖掘,通過傳熱工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)提高溫度加以利用,整個熱泵裝置所消耗的功僅為輸出功中一小部分,因此,采用熱泵技術(shù)可以節(jié)約大量高品位能源。按照能量來源的不同,可以分為空氣源熱泵、水源熱泵、土壤源熱泵等。

1空氣源熱泵技術(shù)介紹

1.1空氣源熱泵的分類

空氣源熱泵技術(shù)按照工作原理的不同,可以分為吸收式熱泵和壓縮式熱泵兩類。吸收式熱泵一般包括發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器與熱交換器五個部分。吸收式熱泵使用的工質(zhì)為溴化鋰或氨水。壓縮式熱泵一般由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥組成,使用的工質(zhì)為新型環(huán)保制冷劑R410A。由于吸收式熱泵技術(shù)應(yīng)用在北方嚴寒地區(qū)的制冷效果差,吸收式熱泵機組在國內(nèi)中部地區(qū)多用于供暖,夏季制冷、冬季采暖的模式在國內(nèi)暫無案例,吸收式機組體積相對壓縮式熱泵機組體積過大。因此,對于砂山辦公場所的改造,選擇使用壓縮式空氣源熱泵。

1.2壓縮式空氣源熱泵技術(shù)原理

壓縮式空氣源熱泵的技術(shù)原理就是利用逆卡諾原理,以電動或者燃氣驅(qū)動壓縮機運行,吸收空氣中大量的低溫?zé)崮?通過壓縮機的壓縮變?yōu)楦邷責(zé)崮?是一種節(jié)能高效的熱泵技術(shù)。燃氣作為驅(qū)動能源的機組成為GHP,電力作為驅(qū)動能源的機組叫做EHP。

壓縮式空氣源熱泵,將空氣從蒸發(fā)器吸入,在頂端冷凝器排風(fēng)口排出,利用溫差與空氣換熱,吸收空氣中的熱能,并經(jīng)過轉(zhuǎn)化后利用,達到節(jié)能的目的。整個循環(huán)過程不會對空氣質(zhì)量造成任何影響,是真正環(huán)保、無污染的節(jié)能產(chǎn)品。圖1是壓縮式空氣源熱泵的工作原理。

圖1壓縮式空氣源熱泵的工作原理

1.3壓縮式空氣源熱泵技術(shù)的節(jié)能原理

同樣應(yīng)用于采暖,輸入的燃氣熱能或電能僅為工質(zhì)的轉(zhuǎn)化所需能量,空氣源熱泵的主要能量來源于空氣,這部分能量占整體能量來源的60%~70%,因此,與傳統(tǒng)的燃氣鍋爐相比,空氣源熱泵的供熱效率是原來的1.8~2倍?？諝庠礋岜玫墓ぷ髟肀ＷC了其節(jié)能優(yōu)勢,GHP相對于EHP,其輸入的能量為一次能源的天然氣,相對于二次能源的電能不用經(jīng)過能量轉(zhuǎn)化,效率更高,同時也不會帶來環(huán)保問題。

2燃氣空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的介紹

2.1燃氣空氣源熱泵(GHP)系統(tǒng)的組成

GHP系統(tǒng)一般由室外機、室內(nèi)機、連接管路、配套系統(tǒng)構(gòu)成。其中,室外機是GHP的主機,一般設(shè)置在建筑物的屋面上,便于與熱源(空氣)進行熱交換:室內(nèi)機是終端機,設(shè)置在建筑物內(nèi),在建筑物房間內(nèi)完成熱交換:連接管路包括氣相冷媒管、液相冷媒管、冷凝水管、控制線路等,此部分連接管路既可以在室內(nèi)設(shè)置,也可以在室外設(shè)置,考慮到北方寒冷的氣候特點,防止熱量損失,北方地區(qū)一般設(shè)置在室內(nèi):配套系統(tǒng)一般是指為主機提供動力的系統(tǒng),如燃氣系統(tǒng)、電力系統(tǒng),以及室內(nèi)輔機等相關(guān)配套設(shè)備:GHP的工質(zhì)采用的是對大無污染的R410A。

2.2燃氣空氣源熱泵(GHP)主機結(jié)構(gòu)特點GHP的主機結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2GHP主機結(jié)構(gòu)示意圖

主機性能具備以下優(yōu)點:(1)主機采用直流冷卻水泵和直流調(diào)速風(fēng)機調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速,負荷控制穩(wěn)定,直流控制為以后的發(fā)展方向(直流節(jié)能):(2)主機根據(jù)負荷變化,調(diào)節(jié)冷卻水三通電磁閥控制冷卻水能量:(3)燃氣發(fā)動機部分采用高效率、高可靠性、高耐久性的無級變速發(fā)動機,控制機組負荷,既達到很好的變頻效果,又不會產(chǎn)生變頻帶來的電磁干擾:(4)壓縮機采用效率高、體積小的回轉(zhuǎn)刮片形式,提高制冷循環(huán)的效率:(5)熱交換器采用專用的排氣回收式交換器,可以收集發(fā)動機及排煙的熱量,提高制暖性能。

3燃氣壓縮式空氣源熱泵(GHP)技術(shù)優(yōu)勢

燃氣壓縮式空氣源熱泵的制熱效率高,CoP達到1.8。機組在-20~43℃的環(huán)境下穩(wěn)定運行,對外部環(huán)境有良好的適應(yīng)性。機組采取PLC智能化控制,燃氣消耗根據(jù)室內(nèi)負荷,采用PID無級調(diào)節(jié),水溫自動控制,達到舒適與節(jié)能的完美結(jié)合。選用新型扇葉結(jié)構(gòu),優(yōu)化風(fēng)場設(shè)計,大幅降低運行噪聲。機組采用低噪減震設(shè)計,地面、樓頂均可安裝。

(1)適用范圍廣,適用溫度范圍在-20~43℃都可正常使用,可連續(xù)加熱或制冷,適合各類型建筑物使用:

(2)運行成本低,節(jié)能效果突出,投資回報期短,空氣源熱泵可節(jié)省70%的能源,運行費用低:

(3)環(huán)保型產(chǎn)品,無任何污染,無任何燃燒外排物,不會對人體造成損害,具有良好的社會效益:

(4)性能穩(wěn)定,不受環(huán)境影響,產(chǎn)品一年四季全天候運行,不受夜晚、陰天、下雨及下雪等惡劣天氣的影響:

(5)占地面積小,熱泵占地空間很小,一般安裝在建筑屋頂層,外形與空調(diào)室外機相似,減少占地面積95%:

(6)安全性能好,無任何隱患,采用間接加熱方式與水交換熱量,沒有漏電、漏氣等安全隱患:

(7)可以建立多聯(lián)機系統(tǒng),可把多組相同或不同型號的熱泵機組并聯(lián)使用,使用靈活,負荷可以靈活輸出,滿足用戶不同的使用需求:

(8)實現(xiàn)系統(tǒng)運行自動化,自動運行,無需人員值守:

(9)使用壽命長、維護費用低,使用壽命長達15年以上,設(shè)備性能穩(wěn)定。

4結(jié)語

天然氣作為清潔、可靠的一次能源,在未來的城市供暖系統(tǒng)中所占的比例會逐步提高,而燃氣壓縮式空氣源熱泵作為一種新型的節(jié)能產(chǎn)品,將燃氣與空氣完美結(jié)合,具有運行費用低、社會效益高、舒適環(huán)保、安全可靠的特點。隨著沈陽燃氣公司砂山辦公場所項目的建成,燃氣壓縮式空氣源熱泵機組勢必會在北方地區(qū)得到良好的推廣與發(fā)展。