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燃气中央空调基本工作原理及特点介绍

 

  20世纪20年代,燃气开始用于氨-水-氢吸收式制冷设备,开创了这一技术的历史。到了60年代,欧、美、日等国开始有规模地制造溴化锂(LiBr)—水和氨—水为工质的大型吸收式制冷机,从而使燃气空调正式登上了空调制冷技术舞台。70年代后燃气空调技术得到了多方面的发展,应用逐渐广泛。国内90年代初开始大量生产和使用以燃气为热源的直燃型溴化锂吸收式制冷机,目前国内有数十个生产厂家可以生产多种型式的数十种规格上百种型号的以燃气为热源的冷热水机组。燃气作为空调能源有如下特点:

  1.1燃气作为空调能源对环境的影响

  由于我国约80%的电力来自煤炭发电,所以燃气空调取代电力空调的环境效益非常突出,采用燃气作为能源,可以大大减少CO2的排量,防止地球变暖;减少SO2、灰渣的排量,对环境污染有着非常大的改善。此外,燃气空调一般不用CFC(氯氟烃)和HCFC(氢氯氟烃)作制冷剂,因此不存在破坏大气臭氧层(O3)的问题。

  1.2燃气作为空调能源对工程的影响

  燃气空调是一种稳定的燃气消耗设备,用户高峰期在夏季,城市电力和燃气要求的峰谷具有良好的互补性,所以燃气空调不仅能够削减电力高峰负荷,减少电力投资;亦能对燃气起到填谷的作用,提高燃气管网的利用率,降低燃气成本,促进燃气工程的有利发展。燃气作为热源的机组一般具有如下优点:

  ①用电量低,一般只有电力空调的3%-5%,因此其相应的供配电设备、电气机房等均可减少;相应的供电费用(如贴费、增容费、变电所费等)也随之减少。

  ②燃气空调一般部分负荷时的性能系数较高,如用吸收式制冷机供给冷(热)水,其变负荷调节特性一般优于电动压缩机,建筑实际负荷一般大部分时间为设计容量的30%-70%,部分负荷效率高,可以节约经常费用。

  ③采用燃气机发电或传统压缩机制冷时,都同时产生大量排气废热,在空调中可以多方面利用,充分提高能源效率。

  ④当使用燃气吸收式冷热水机组时,则夏冬季可用一台设备,在北方寒冷地区也能满足要求(电力冷暖空调机组难以实现)。

  ⑤燃气吸收式冷水机组一般噪声、振动比电力空调机组影响小得多;由于运转部件少,其经常维护费用也低于电力空调机组。

  为了适应世界经济发展和对高效能源需求的不断发展,特别是人口快速增长和随之而来的生存环境的恶化,人类将改善环境作为可持续发展的重要组成部分。天然气是最清洁的燃料,天然气作为清洁、方便、高效的能源将进入一个快速发展的时期。

  二、燃气作为热源的空调方式

  目前应用较多的燃气空调大多属此种型式,即用燃气在锅炉内燃烧产生蒸汽或热水后作为吸收式制冷机的能源;或是用燃气直接燃烧作为吸收式制冷机的能源方式。

  2.1燃气锅炉+吸收式制冷机

  2.1.1燃气蒸汽锅炉+蒸汽型吸收式制冷机

  燃气锅炉产品型号很多,一般0.6MPa以上燃气锅炉的热效率在0.9左右,蒸汽型溴化锂吸收式制冷机有单效型和双效型,单效型主要用在≤0.2MPa以下压力的蒸汽,单位冷量耗汽量指标较大,性能系数COP低。如0.1MPa表压的蒸汽溴化锂吸收式制冷机,根据G B/T-18431-2001蒸汽和热水型溴化锂吸收式制冷机组标准规定,在冷水进/出口温度12/7℃,冷却水进/出口温度30/35℃时,其单位冷量耗汽量指标q=2.35kg/h.kW,其性能系数COP在0.68左右。因此,这种机组主要用于有余热、废热可利用的场所,目前常用的蒸汽型机组主要是指0.4~0.6MPa表压的双效型机组。

  国内主要生产厂家的产品单位冷量耗汽量指标均低于国标规定值,一次能源效率表示各类机组在单位时间内一次能源消耗量所制取的冷量。

  2.1.2燃气高温水锅炉+高温热水型(二段热水型) 溴化锂吸收式制冷机

  双良、大连三洋均专门开发出这种高温水型溴化锂冷水机组,其特点是二段型,即机组内发生器、吸收器、冷凝器及蒸发器均为两个,高温水以串联形式流动,由发生器进 ,从发生器出;冷却水以并联形式分成两路:一路以串联形式先后经过冷凝器和冷凝器;另一路以串联形式先后经过吸收器和吸收器;冷水以串联形式先后流经蒸发器和蒸发器。

  这种机组在热水进口温度为120℃时,热水出口温度可降至68℃,性能系数COP可达0.75。

  2.2双效燃气直燃型溴化锂吸收式冷热水机组

  直燃型溴化锂吸收式冷热水机组是以燃气或燃油直接燃烧驱动的双效型吸收式制冷机,由于油价高,运输不方便,目前,大多数直燃机是以燃气为主。由于机组是直接燃烧加热溴化锂水溶液,减少了输送和间接换热的损失,所以燃烧效率高,对大气环境污染小,不需锅炉房,既可以夏季制冷,又可用于冬季供热,必要时还可提供生活用热水,一机多用。国内自90年代初开始生产以来,已得到了广泛应用,2000年这种燃气直燃型中央空调机组的产值预计超过了20亿元,国内主要生产厂家,如大连三洋、双良、远大等公司的产品质量及主要性能指标已接近或达到了国际先进水平。

  直燃机的COP值与0.6MPa蒸汽双效型吸收式制冷机的COP相比,一般较小,但由于蒸汽型机组还有一个锅炉效率和蒸汽输送管的效率,所以其制冷一次能源效率高于蒸汽双效型机。四种机型相比,直燃机的平均OEER值要高9%(冷却水30℃进水,OEER比值为1.14:1.04)左右。表明直燃机较蒸汽型机节能。

  2.3多效直燃型吸收式制冷机组

  目前的蒸汽式和直燃式溴化锂机组的一次能源效率均较低,一般来讲低于电动压缩式机组。目前国内外都在开发研制三效、四效溴化锂吸收式冷水机组。这种多效机组提高效率的方法,目前主要有:①冷剂蒸汽凝结热的多次利用;②利用冷剂蒸汽被溶液吸收时产生的吸收热的多次利用。范围为200℃~230℃;四效机组 COP值为1.93~2.0,所需的热源温度范围为250℃~280℃,并且认为三效吸收式机组的COP值已高于或相当于电动压缩式机组。

  据报道,国外有些公司已开发出多效机组的样机,并正在进行试运行试验;国内浙江联丰集团试制成功了制冷量700kW的燃气型三效吸收式冷热水机组样机,该机的热效率可达1.65,但尚待产业化。

  2.4燃气蒸汽锅炉+蒸汽透平驱动离心机制冷+吸收式制冷机

  燃气锅炉产生高温高压蒸汽(20bar~45bar,300℃~400℃),经减温减压后用蒸汽供热。供冷利用蒸汽透平机驱动离心式制冷机(单台容量可达 3.5万kW),透平机的排气作为吸收式制冷机的热源,其流程如图3所示。有的把这种型式称作冷热联产(DHC)系统。

  如按离心式制冷机的COP=4.5,溴化锂吸收式制冷机的一次能源效率OEER按0.8计算,可得到该种机组组合形式的一次能源效率OEER=0.25× 4.5(40/100)=1.525,表明其能源利用率是相当高的。由于离心式制冷机容量较大,故本系统可用于大型区域供热供冷。东京新宿新都新区域供热供冷(DHC)工程中(20.746万kW)也部分采用了这种系统。

  三、燃气机直接驱动制冷(或热泵)机组

  利用燃气机可直接驱动螺杆式压缩机(70kW ~1758kW)、活塞式压缩机(3.5kW ~352kW)或离心式制冷机(352kW ~1758kW),同时可利用燃气机的废热。特别是当直接驱动热泵时,以装置入力为100%,其出力可达150%~170%,目前使用较多的是燃气机直接驱动的螺杆式风冷热泵机组,简称燃气机热泵(GEHP),一般容量在70kW~700kW范围内,美国和日本均有此类产品。目前除开发大容量的机组和系统外亦开发小型的商用机组及家用机组。

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