燃气压缩式空气源热泵技术的应用研究

引言

随着环保压力的逐步加大,天然气作为一种新型清洁能源,近年来在城市供热系统中的应用日渐增多。新技术、新设备不断涌现,传统的燃气锅炉以及直燃机组受到功能和结构形式的限制,已经不能完全满足用户的需求。热泵技术是近些年备受关注的新能源技术,它不同于人们所熟悉的可以提高位能的机械设备泵,而是先从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能,经过输入少量外部能量,再向人们提供可被利用的高品位热能。热泵在工作时,其本身消耗一部分能量,把环境介质中贮存的能量加以挖掘,通过传热工质循环系统提高温度加以利用,整个热泵装置所消耗的功仅为输出功中一小部分,因此,采用热泵技术可以节约大量高品位能源。按照能量来源的不同,可以分为空气源热泵、水源热泵、土壤源热泵等。

1空气源热泵技术介绍

1.1空气源热泵的分类

空气源热泵技术按照工作原理的不同,可以分为吸收式热泵和压缩式热泵两类。吸收式热泵一般包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器与热交换器五个部分。吸收式热泵使用的工质为溴化锂或氨水。压缩式热泵一般由压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀组成,使用的工质为新型环保制冷剂R410A。由于吸收式热泵技术应用在北方严寒地区的制冷效果差,吸收式热泵机组在国内中部地区多用于供暖,夏季制冷、冬季采暖的模式在国内暂无案例,吸收式机组体积相对压缩式热泵机组体积过大。因此,对于砂山办公场所的改造,选择使用压缩式空气源热泵。

1.2压缩式空气源热泵技术原理

压缩式空气源热泵的技术原理就是利用逆卡诺原理,以电动或者燃气驱动压缩机运行,吸收空气中大量的低温热能,通过压缩机的压缩变为高温热能,是一种节能高效的热泵技术。燃气作为驱动能源的机组成为GHP,电力作为驱动能源的机组叫做EHP。

压缩式空气源热泵,将空气从蒸发器吸入,在顶端冷凝器排风口排出,利用温差与空气换热,吸收空气中的热能,并经过转化后利用,达到节能的目的。整个循环过程不会对空气质量造成任何影响,是真正环保、无污染的节能产品。图1是压缩式空气源热泵的工作原理。

图1压缩式空气源热泵的工作原理

1.3压缩式空气源热泵技术的节能原理

同样应用于采暖,输入的燃气热能或电能仅为工质的转化所需能量,空气源热泵的主要能量来源于空气,这部分能量占整体能量来源的60%~70%,因此,与传统的燃气锅炉相比,空气源热泵的供热效率是原来的1.8~2倍。空气源热泵的工作原理保证了其节能优势,GHP相对于EHP,其输入的能量为一次能源的天然气,相对于二次能源的电能不用经过能量转化,效率更高,同时也不会带来环保问题。

2燃气空气源热泵空调系统的介绍

2.1燃气空气源热泵(GHP)系统的组成

GHP系统一般由室外机、室内机、连接管路、配套系统构成。其中,室外机是GHP的主机,一般设置在建筑物的屋面上,便于与热源(空气)进行热交换:室内机是终端机,设置在建筑物内,在建筑物房间内完成热交换:连接管路包括气相冷媒管、液相冷媒管、冷凝水管、控制线路等,此部分连接管路既可以在室内设置,也可以在室外设置,考虑到北方寒冷的气候特点,防止热量损失,北方地区一般设置在室内:配套系统一般是指为主机提供动力的系统,如燃气系统、电力系统,以及室内辅机等相关配套设备:GHP的工质采用的是对大无污染的R410A。

2.2燃气空气源热泵(GHP)主机结构特点GHP的主机结构如图2所示。

图2GHP主机结构示意图

主机性能具备以下优点:(1)主机采用直流冷却水泵和直流调速风机调节风扇转速,负荷控制稳定,直流控制为以后的发展方向(直流节能):(2)主机根据负荷变化,调节冷却水三通电磁阀控制冷却水能量:(3)燃气发动机部分采用高效率、高可靠性、高耐久性的无级变速发动机,控制机组负荷,既达到很好的变频效果,又不会产生变频带来的电磁干扰:(4)压缩机采用效率高、体积小的回转刮片形式,提高制冷循环的效率:(5)热交换器采用专用的排气回收式交换器,可以收集发动机及排烟的热量,提高制暖性能。

3燃气压缩式空气源热泵(GHP)技术优势

燃气压缩式空气源热泵的制热效率高,CoP达到1.8。机组在-20~43℃的环境下稳定运行,对外部环境有良好的适应性。机组采取PLC智能化控制,燃气消耗根据室内负荷,采用PID无级调节,水温自动控制,达到舒适与节能的完美结合。选用新型扇叶结构,优化风场设计,大幅降低运行噪声。机组采用低噪减震设计,地面、楼顶均可安装。

(1)适用范围广,适用温度范围在-20~43℃都可正常使用,可连续加热或制冷,适合各类型建筑物使用:

(2)运行成本低,节能效果突出,投资回报期短,空气源热泵可节省70%的能源,运行费用低:

(3)环保型产品,无任何污染,无任何燃烧外排物,不会对人体造成损害,具有良好的社会效益:

(4)性能稳定,不受环境影响,产品一年四季全天候运行,不受夜晚、阴天、下雨及下雪等恶劣天气的影响:

(5)占地面积小,热泵占地空间很小,一般安装在建筑屋顶层,外形与空调室外机相似,减少占地面积95%:

(6)安全性能好,无任何隐患,采用间接加热方式与水交换热量,没有漏电、漏气等安全隐患:

(7)可以建立多联机系统,可把多组相同或不同型号的热泵机组并联使用,使用灵活,负荷可以灵活输出,满足用户不同的使用需求:

(8)实现系统运行自动化,自动运行,无需人员值守:

(9)使用寿命长、维护费用低,使用寿命长达15年以上,设备性能稳定。

4结语

天然气作为清洁、可靠的一次能源,在未来的城市供暖系统中所占的比例会逐步提高,而燃气压缩式空气源热泵作为一种新型的节能产品,将燃气与空气完美结合,具有运行费用低、社会效益高、舒适环保、安全可靠的特点。随着沈阳燃气公司砂山办公场所项目的建成,燃气压缩式空气源热泵机组势必会在北方地区得到良好的推广与发展。