摘要  針對我國現狀嚴重的大氣污染，響應國家環(huán)保的號召,加快推進(jìn)工商業(yè)“煤改氣”進(jìn)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(shù)特點(diǎn)，對燃氣熱泵供熱與其他供熱方式進(jìn)行對比分析，燃氣熱泵供熱具有清潔無(wú)污染、節能效果顯著(zhù)、經(jīng)濟效益高的特點(diǎn)，是一種新型燃氣供熱技術(shù)。

關(guān)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
    2013年6月14日，國務(wù)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(guān)停、脫硫、除塵、煤改氣都是鍋爐治理的可選路徑。但市場(chǎng)對鍋爐脫硫的可行性存在質(zhì)疑,認為政府對鍋爐整治缺乏財政補貼、企業(yè)無(wú)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(wù)院有關(guān)部門(mén)和地方各級人民政府應當采取措施，改進(jìn)能源結構，推廣清潔能源的生產(chǎn)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(huán)境標準。在此形勢下燃氣供熱得到了迅速發(fā)展。隨之，全國各地燃煤鍋爐改造陸續展開(kāi)，多個(gè)地方政府相繼出臺了關(guān)于燃煤鍋爐清潔能源替代工作方案的相關(guān)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(huán)保意識的強化加快了綠色產(chǎn)品的問(wèn)世。由于電費的增長(cháng)、用電高峰期電力的短缺和全球環(huán)保意識的日益增強，采用無(wú)公害工質(zhì)的熱能驅動(dòng)燃氣吸收式熱泵再次引起人們的關(guān)注。

二、燃氣熱泵供熱技術(shù)的國內外發(fā)展現狀

1982年美國能源部準備開(kāi)發(fā)高效吸收式熱泵^[1]，期望在環(huán)境溫度8.3℃時(shí)的供熱COP為1.6；35℃時(shí)的供冷COP為0.7。為此，共資助了三項研究，評估各種循環(huán)的性能。其中的兩項研究均推薦GAX回熱循環(huán)作為高效吸收式熱泵的理論基礎。隨著(zhù)研究的深入。GAX循環(huán)也出現了不同的種類(lèi)，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1984～1985年制造出家用或小型商用GAX循環(huán)燃氣吸收式熱泵的試驗樣機，其供冷COP=0.7～0.9，供熱COP=l.6～1.8；1989年，美國Trane公司完成T80kW基本GAX循環(huán)商用制冷機的實(shí)驗樣機測試；

美國Servel／Robur公司^[1]自1927年就生產(chǎn)小型直燃式氨／水吸收式制冷機，該公司在60年代研制的風(fēng)冷式小型燃氣氨／水單效制冷機一直銷(xiāo)售至今。

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

1993年8月，美國Alaska州的Kotzebue鎮的一臺VX循環(huán)制冰機投入運行，該機的熱源為70℃的柴油發(fā)電機冷卻水，制冷量為50kW，COP=0.35。1993年，上述成果經(jīng)Carrier公司進(jìn)行樣機驗證、成本分析和市場(chǎng)研究，認為GAX技術(shù)可能成為美國和世界范圍內的主流產(chǎn)品，經(jīng)申請后取得了生產(chǎn)許可證。

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

2004年，東南大學(xué)^[1]對氨水吸收式制冷GAX循環(huán)性能進(jìn)行了分析。

2008年，山東奇威特太陽(yáng)能科技有限公司與美國研究所合作，開(kāi)發(fā)燃氣型氨水吸收式空氣源熱泵，一直銷(xiāo)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(guò)依靠天然氣燃燒產(chǎn)生的熱能驅動(dòng)水對氨的吸收、釋放，產(chǎn)生氨的狀態(tài)變化，從而產(chǎn)生吸熱和放熱過(guò)程，進(jìn)而可以制取熱水來(lái)作為生活熱水或者進(jìn)行采暖。系統內部包括兩個(gè)循環(huán)：制冷劑循環(huán)及吸收劑循環(huán)。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(huán)境下穩定運行；并且針對機組系統特點(diǎn)創(chuàng )新性設計了水路系統以及控制程序，可以開(kāi)機快速滿(mǎn)功率運行，智能化霜且同時(shí)供熱，自動(dòng)控制水溫達到無(wú)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(chǎng)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(lián)產(chǎn)；（2）城鎮供熱鍋爐房；（3）熱、電、冷聯(lián)供；（4）熱泵供熱；（5）利用其它清潔能源供熱。

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

除集中供熱，現在市場(chǎng)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(lái)越嚴重，電力驅動(dòng)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(dòng)機組在冬季結霜情況嚴重，在除霜過(guò)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(lèi)的浪費是驚人的。地下水利用不超過(guò)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(lái)越差，造價(jià)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(jìn)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(fā)展，國家和一些城市仍采取優(yōu)惠政策鼓勵使用天然氣等清潔能源。 而且從實(shí)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(shù)，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(lái)源于天然氣的燃燒，另一部分則來(lái)源于空氣能，從整體來(lái)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(wǎng)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(dòng)、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(wǎng)輸送，將管網(wǎng)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(huì )造成地下水的二次污染。并且燃氣熱泵的驅動(dòng)能源為天然氣這一環(huán)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(lái)國力增強，經(jīng)濟飛速增長(cháng)，在世界的地位舉足輕重，現環(huán)境問(wèn)題依然成為全球問(wèn)題，環(huán)保和節能將會(huì )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(shù)特點(diǎn)，也可節省二次管網(wǎng)輸送的熱損及造價(jià)、適用范圍廣、清潔無(wú)污染、以模塊為單位安裝方便、維修方便，不對水進(jìn)行二次污染等系統優(yōu)勢，突出了明顯的經(jīng)濟性、環(huán)保性、節能性，這即將掀開(kāi)供熱界的新篇。

參考文獻

[1]廖健敏.氨水吸收式制冷GAX循環(huán)性能分析[M].東南大學(xué).2004

[2]催曉龍、陳光明.燃氣熱泵技術(shù)研究進(jìn)展[J].中國制冷學(xué)會(huì )第十七次團體會(huì )員大會(huì )暨第五屆全國食品冷藏鏈大會(huì )論文集.2004

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