燃氣空調(diào)技術(shù)方案的探討

燃氣空調(diào)技術(shù)方案的探討

隨著中國商用車和家庭空轉(zhuǎn)器的快速發(fā)展，國內(nèi)空轉(zhuǎn)器的產(chǎn)量已達到世界第一次?？照{(diào)的大規(guī)模使用,一方面造成夏季短期集中的高峰負荷,與此相反,夏季燃氣消耗量僅為冬季的60%,甚至更少,此期間燃氣的供氣能力有較大剩余。推廣普及燃氣空調(diào),電力和燃氣供應(yīng)部門都可以解決季節(jié)供應(yīng)量不均衡問題,提高設(shè)備的利用率,還有助于降低環(huán)境污染。“西氣東輸”、陜甘寧天然氣進京、廣東液化天然氣等大型能源工程的實施興建,為我國天然氣的大規(guī)模應(yīng)用提供了條件。因此,對以燃氣為能源的空調(diào)系統(tǒng)進行應(yīng)用研究,具有十分重要的意義。1管道天然氣生產(chǎn)技術(shù)1.1系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。其工作原理是:燃氣鍋爐產(chǎn)生熱水,分別儲存在制冷及生活熱水水箱中,采用吸收式制冷機,用制冷熱水輸入制冷機制冷。采取中央空調(diào)供冷方式,制取的9℃左右的冷凍水送到用戶的風機盤管,然后返回冷凍水箱。生活熱水則直接輸送到用戶。系統(tǒng)全自動采集數(shù)據(jù)和控制運行?？捎糜诖笮徒ㄖ锘蛑行⌒蛥^(qū)域供冷、供熱工程。1.2冷媒水蒸發(fā)提取以LiBr/H2O或NH3/H2O作為吸收/制冷劑吸收式制冷系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。該制冷機由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器和熱交換器、溶液泵、冷劑泵等組成。其工作原理是:在發(fā)生器中溴化鋰溶液被燃氣燃燒所加熱,溶液溫度提高直至沸騰,溶液中的水分逐漸蒸發(fā)出來,溶液濃度不斷增大。水蒸氣在冷凝器中被冷凝成液體(此即冷劑水)進入蒸發(fā)器,由于壓力降低首先閃蒸出部分冷劑水蒸氣。因蒸發(fā)器為噴淋式熱交換器,噴淋量要比蒸發(fā)量大許多倍,故大部分冷劑水聚集在蒸發(fā)器的水盤內(nèi),然后由冷劑水泵升壓后送入蒸發(fā)器的噴淋管中,經(jīng)噴嘴噴淋到管束外表面上,在吸取了流過管內(nèi)的冷媒水的熱量后,蒸發(fā)成低壓的冷劑水蒸氣。由于蒸發(fā)器內(nèi)壓力較低,故可以得到生產(chǎn)工藝過程或空調(diào)系統(tǒng)所需要的低溫冷媒水,達到制冷的目的。例如蒸發(fā)器壓力為872Pa時,冷劑水的蒸發(fā)溫度為5℃,這時可以得到7℃的冷媒水。蒸發(fā)出來的冷劑蒸汽經(jīng)擋液板將其夾雜的液滴分離后進入吸收器,被由吸收器泵送來并均勻噴淋在吸收管簇外表的中間溶液所吸收,溶液重新變稀。中間溶液由來自溶液熱交換器放熱降溫后的濃溶液和吸收器液囊中的稀溶液混合得到的。為保證吸收過程的不斷進行,需將吸收過程所放出的熱量由傳熱管內(nèi)的冷卻水及時帶走。中間溶液吸收了一定量的水蒸氣后成為稀溶液,聚集在吸收器底部液囊中,再由溶液泵送到發(fā)生器。如此循環(huán)不已,最終達到制取低溫冷水的目的。由上述循環(huán)工作過程可見,吸收式制冷機與壓縮式制冷機在獲取冷量的原理上是相同的,主要區(qū)別在于將低壓冷劑蒸汽變成高壓蒸汽所采用的方法不同,壓縮式制冷機是通過原動機驅(qū)動壓縮機來實現(xiàn)的,而吸收式制冷機是通過吸收器、溶液泵和發(fā)生器等設(shè)備來實現(xiàn)的。一般建筑物的冷暖氣均可采用該系統(tǒng),大型建筑物和中小型區(qū)域供冷供熱亦可采用。1.3蒸汽噴汽系統(tǒng)燃氣鍋爐產(chǎn)生高溫高壓蒸汽(2～4.5MPa,300～400℃)經(jīng)減溫減壓后用蒸汽供熱。供冷利用蒸汽渦輪機驅(qū)動離心制冷機(單臺容量可達35000kW)。由于離心制冷機的容量較大,故本系統(tǒng)可用于大型區(qū)域供熱供冷。對于要求熱水供應(yīng)和直接提供蒸汽的旅館建筑亦可適用。1.4發(fā)動機余熱利用在燃氣發(fā)動機驅(qū)動制冷裝置上,該發(fā)動機代替了蒸汽壓縮循環(huán)的電機來為壓縮過程提供傳動能量。發(fā)動機可提供變速功率、較高的負荷效率,并降低總的運行費用。由發(fā)動機回收的余熱可用于生產(chǎn)熱水或當裝置用做熱泵時用來補充熱輸出?；厥盏臒徇€可以在冬季運行時防凍。下一步開發(fā)的重點是改進發(fā)動機的可靠性并降低成本。1.5燃氣發(fā)電系統(tǒng)用燃氣輪機發(fā)電驅(qū)動壓縮制冷機,燃氣輪機冷卻分離出來的熱在傳遞到蒸發(fā)器之前,用于一臺冷卻制冷劑的吸收式制冷設(shè)備。在利用燃氣發(fā)電的同時,充分利用燃氣輪機的排熱,有較高的運行效率,適用于需用蒸汽的大型供冷供熱工程。這種系統(tǒng)方式稱為“合產(chǎn)系統(tǒng)”,是一種很有效的燃氣供能系統(tǒng)。1.6回收熱水作為空調(diào)冷熱水機的輔助熱源燃氣機發(fā)電可供空調(diào)部分用電,其排熱(熱水)可回收,空調(diào)利用直燃型吸收式冷熱水機。排熱回收的熱水可直接供采暖,亦可作為供冷時吸收式制冷機的輔助熱源。因利用排熱回收,運行效率較好。1.7燃氣發(fā)電系統(tǒng)燃氣熱泵空調(diào)主要由燃氣發(fā)動機、壓縮機、室外熱交換器、燃氣熱交換器以及二重組合熱交換器組成的室外機,通過兩根管道與室內(nèi)機相聯(lián)形成系統(tǒng)。它以城市燃氣作為能源,通過燃氣發(fā)動機做功驅(qū)動壓縮機,使冷媒循環(huán)運動反復發(fā)生物理相變過程,分別在蒸發(fā)器中氣化吸熱,在冷凝器中液化放熱,實現(xiàn)熱泵循環(huán),使熱量不斷得到交換傳遞,并通過閥門切換使機組實現(xiàn)制熱和制冷功能的切換。利用燃氣機驅(qū)動螺桿或壓縮式熱泵。運行效率較高。對于暖氣負荷較大,全年有空調(diào)(冷、暖氣)需要的建筑可使用,一般容量在70～7000kW左右。除開發(fā)大容量機組外,亦可開發(fā)小型商用機組。2高效空調(diào)的優(yōu)點2.1燃氣低碳經(jīng)濟的發(fā)電技術(shù)燃氣空調(diào)可以達到削減電力高峰、填補燃氣低谷的效果,對于電力和燃氣供應(yīng)部門都可以解決季節(jié)供應(yīng)量不均衡問題,提高設(shè)備的利用率,節(jié)省運行費用。2.2燃氣空調(diào)系統(tǒng)o一方面電力驅(qū)動蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)一般使用氯氟烴作制冷劑,燃氣空調(diào)使用LiBr/H2O或NH3/H2O作為吸收/制冷劑,能很好地保護臭氧層和環(huán)境。另一方面我國燃煤發(fā)電量占總發(fā)電量的80%以上,因此電力并不能算做真正意義上的清潔能源,燃氣空調(diào)系統(tǒng)以天然氣、城市煤氣、液化石油氣等燃氣作為能源,是真正清潔的一次能源;設(shè)備運轉(zhuǎn)低排放。2.3從一次能源的轉(zhuǎn)化燃氣空調(diào)的能源利用率較高,如燃氣直燃機是在高壓發(fā)生器中直接燃燒,減少了能源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),能源利用率大大提高,燃燒完全效率高、傳熱損失小,最終使用時的效率為91%,所以從一次性能源的角度看,燃氣空調(diào)是非常有競爭力的。此外,燃氣空調(diào)可實現(xiàn)熱電冷三聯(lián)供,充分利用燃氣發(fā)動機的余熱,其效率可以提高40%以上。2.4更大的冷卻可靠性和可靠性以燃氣發(fā)動機為動力,可根據(jù)制冷供暖時的負荷變化,電腦控制無級變速調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速以控制壓縮機轉(zhuǎn)速,保持室內(nèi)溫度更加穩(wěn)定、舒適。2.5該設(shè)備的操作部件很少機械運動部件少、震動小、噪音低、磨損小、使用壽命長。2.6不同的用途炊事、采暖(包括生活熱水)、制冷可同時滿足需要。2.7投資和儲蓄管網(wǎng)投資節(jié)約50%～70%。3通過天然氣空調(diào)和電空調(diào)的經(jīng)濟性分析下面以所進行試驗項目的建筑物作為模型,進行幾種制冷供暖方式的方案比較。3.1建筑供熱負荷該建筑是平頂山工學院內(nèi)的五層辦公樓,建筑面積為6000m2。要求夏季制冷,冬季采暖。該建筑用途為辦公用房,根據(jù)國家標準單位建筑面積制冷負荷選取100W/m2,建筑總冷負荷約為600kW;單位建筑面積供暖負荷選取為60W/m2,建筑總熱負荷約為360kW。天然氣熱值按36MJ/m3計算,天然氣價格按1.80元/m3,電價按平均0.56元/kW·h計算。3.2ghp系統(tǒng)運行成本GHP系統(tǒng)由20臺室外機和120臺室內(nèi)機及連接、控制管路組成。系統(tǒng)一次投資180萬元。配套燃氣系統(tǒng)接自其樓內(nèi)原有低壓(2kPa)天然氣管線,電力系統(tǒng)接自其樓內(nèi)原有配電箱220V電源。本方案投資未計GHP系統(tǒng)施工安裝費用和配套燃氣、電力系統(tǒng)投資。該建筑辦公室面積小數(shù)量多,因此GHP系統(tǒng)室內(nèi)機數(shù)量較多,導致單位建筑面積投資額較高;若建筑物的開間大、布局合理,單位建筑面積投資額可進一步降低。夏季制冷按制冷期120d,每天運行10h計算,效率按90%計。耗氣80000m3,運行費用為144000元,約24元/m2。冬季采暖按采暖期120d,每天運行10h計算,效率按90%計,耗氣48000m3,則運行費用為86400元,約14.4元/m2。3.3配套用電系統(tǒng)投資EHP系統(tǒng)同樣由2臺室外機和120臺室內(nèi)機及連接、控制管路組成,設(shè)備型號規(guī)格與GHP系統(tǒng)相同。電力系統(tǒng)接至其樓內(nèi)原有配電箱220V電源。本方案投資未計EHP系統(tǒng)施工安裝費用和配套電力系統(tǒng)增容等投資。中央空調(diào)的價格大約在300元/m2左右。品牌、機型、用戶自己的需求,如選擇變頻與非變頻空調(diào),冷暖或單冷,都會導致價格差異。6000m2辦公樓,總投資180萬元。總冷負荷按600kW考慮,COP取2.7,夏季工況按120d考慮,每天運行10h,耗電266666.7kW·h,則運行費用為149333.3元,約24.9元/m2?？偀嶝摵杉s為360kW,COP取2.5,冬季采暖按采暖期120d,每天運行10h計算,耗電172800kW·h,則運行費用為96768元,約16.1元/m2。3.4系統(tǒng)運行費用采用直燃機需在建筑物周圍建設(shè)直燃機房,設(shè)6276MJ/h直燃機1臺,投資190萬元。本方案投資未計直燃機系統(tǒng)施工安裝費用和配套燃氣管道投資。夏季制冷按制冷期120d,每天運行10h計算,效率按45%計。耗氣160000m3,則運行費用為28.8萬元,約48元/m2。冬季采暖按采暖期120d,每天運行10h計算,效率按90%計,耗氣48000m3,則運行費用為8.64萬元,約14.4元/m2。3.5系統(tǒng)造價估算此方案需購置安裝120臺電空調(diào)設(shè)備進行夏季制冷,每臺按5000元計,一次投資60萬元。采用集中供熱方式進行冬季供暖,接入城市熱網(wǎng)進行冬季供暖。系統(tǒng)投資費用:換熱站連同站房造價估算約20元/m2,造價為12萬元;管網(wǎng)造價估算,一次網(wǎng)與二次網(wǎng)估算約20/m2,造價為12萬元;室內(nèi)系統(tǒng)散熱器方式估算約30/m2,造價為18萬元;熱網(wǎng)集中供暖總造價為以上三項之和為42萬元,相當于70元/m2。夏季制冷按制冷期120d,每天運行10h計算,負荷按600kW考慮,COP取2.5,夏季工況按120d考慮,每天10個h耗電288000kW·h,則運行費用為161280元,約26.88元/m2。如果采用換熱站的方式,大約需要10～12元/m2。加上管理的人工費等費用,在整個采暖期按120d計運行費用可取15元/m2。本方案投資未計接入城市熱力管網(wǎng)的增容費、系統(tǒng)施工安裝費用和配套電力系統(tǒng)增容等投資。3.6各計劃的總結(jié)和比較4燃氣熱泵系統(tǒng)的運行費用(1)燃氣空調(diào)在解決電力、燃氣峰谷負荷,保護環(huán)境、節(jié)約能源、提高一次能源利用率等方面都有著顯著的優(yōu)點,燃氣設(shè)備技術(shù)上也趨向成熟穩(wěn)定,設(shè)備推廣具備可行性。(2)電力分體空調(diào)制冷+熱網(wǎng)集中供暖系統(tǒng)的初投資為最低,其他幾種方案的初投資差不多;從運行費用來看,燃氣熱泵系統(tǒng)的運行費用最低