燃气空调的应用与发展论文

2021-07-13 论文

　　摘要：西气东输工程的东段管道已经开始试运行，天然气在中国能源结构中的比例将越来越大。燃气空调是一种合理利用天然气的方法，还可以降低用电用气的季节不平衡。本文介绍了燃气空调的不同产品形式，并陈述了燃气空调的发展优势。

　　关键词：燃气空调能源结构天然气

　　1.前言

　　随着我国经济的发展和人们生活水平不断提高，我国空调器的使用量不断增大。我国的空调器主要是电空调器，随着空调使用量的增大，空调的耗电量也越来越大，因而造成电力紧张，用电的季节峰谷差加大。另一方面，2003年10月1日，西部大开发的标志性工程―西气东输工程东段管道靖边――上海段开始投产试运行，源源不断的天然气开始进入上海和华东地区，2004年元月1日，上海将开始商业供气，天然气在我国能源结构中的比例将越来越大。

　　发展燃气空调，既可以缓解由于大量使用电空调器引起的高温季节的电力紧张，又增加了夏季的用气量，可以调节用电用气的季节不平衡。此外，在我国大力发展燃气空调，可以比较合理的消费天然气，适应我国“西气东输”工程的要求，受到国家能源政策的支持，而且燃气空调还具有很好的环保性能。

　　2.燃气空调主要产品种类

　　燃气空调的种类较多，可以根据不同的使用场合、不同的使用要求来加以选用。根据制冷制热原理和使用目的的不同，燃气空调大致有以下几种产品种类。

　　2.1 燃气发动机驱动空调

　　由燃气发动机驱动的压缩式空调具有较高的性能系数，因而在燃气空调中以燃气为能源的压缩式冷水机组及热泵机组发展较快。由燃气发动机驱动的压缩式冷水机组及热泵机组与电动压缩机组比较，可无需考虑电力系统的发电效率及输配电效率，因而具有较高的性能系数，是一种既可以燃气为能源又具有较高性能系数的制冷机组。燃气发动机驱动空调通过燃气发动机驱动制冷压缩机，同时回收发动机水夹套中的尾气的废热用于吸收式制冷机或产生热水、蒸气等[1]。燃气发动机驱动空调与电动蒸气压缩式空调相比还具有以下特点: 1)可回收发动机的排热使热泵的输出量增加，还可将回收的排热驱动吸收式制冷机制取冷水; 2)发动机驱动极易进行转速控制，实现能量调节，可保持部分负荷时的高效率; 3)以大气为热源的场合，因发动机的排热基本不受大气影响，即使在严冬，输出热量也变化不大; 4)除霜过程可用发动机的排热加热，对输出热水温度影响较小。

　　2.2 直燃型吸收式空调机组

　　直燃吸收式空调机组以天然气、液化石油气、燃油为能源，在高压发生器内燃烧，释放热量，以高温烟气作为加热源，利用吸收式制冷循环的基本原理，制取冷热水，供夏季制冷、冬季采暖用。它结合了吸收式冷水机组与锅炉的优点，具有一机多用的功能。直燃型机组有单冷机组和冷温水机组两种形式：单冷机组只具有制冷功能，在天气炎热时为空调系统提供冷冻水；冷温水机组则具有制冷和采暖的双重功能，既可以提供冷冻水，还可以提供热源以及热水。按照采暖循环的不同方式，冷温水机组又可以分为如下几种类型：

　　1)制冷、采暖专用机：它只能交替地以制冷/采暖方式进行运转，而不能同时具备两种功能；

　　2)同时制冷与采暖型：它在工作时可以同时完成制冷与采暖循环;

　　3)同时制冷、采暖与供应生活热水型：它的优点是设备利用率高，可以节省机房的面积。

　　2.3 冷热电三联产系统

　　冷热电三联产系统是一种对燃气进行梯级利用的系统，可以有效的提高一次能源利用率。为了有效利用燃气，不仅要提高耗能设备效率，尽量减少排放热损失，而且要使燃气产生的能量由高温到低温实行多阶段多次利用，也就是按能量品位的高低，安排好功、热和物料热力学能的各种能量之间的合理配合，实现不同形式、不同品位能量的梯级利用，以获得整个系统能量综合利用最佳效果。

　　冷热电三联产系统是由一种一次能源连续产生两种以上的二次能源的系统，燃气燃烧把化学能转化为热能，高品位的热能用来发电(燃料电池冷热电三联产系统直接把天然气的化学能转化为电能)，低品位的热能用于供热或者为吸收式、吸附式制冷系统提供驱动热源，从而实现对燃气化学能的多级多次利用。

　　根据采用的原动机不同，冷热电联产系统分为两类：

　　1)以燃气机为原动机的系统

　　燃气机与柴油机类似，同属内燃机，为往复运动机械，再将往复运动转变为回转运动, 驱动发电机组。发电效率为（20～35）%，热电综合利用效率为80%。排热回收形态主要为（400～600）℃的排气与（85～90）℃的热水，可用于采暖、供热水与制冷。发电量规模一般为（15～1000）kW的中小型容量，日本已有容量（15～300）kW机组型的产品[1]。

　　2)以燃气轮机为原动机的系统

　　可直接传递回转能带动发电机组，发电效率为（20～40）%，热电综合利用效率为80%.不用冷却水，排热回收形态主要是排气，排气温度（400～550）℃，排气经废热锅炉产生蒸汽或热水，用于采暖、供热水与制冷，也可将排气直接用于吸收式制冷机组制冷。发电规模为（1000～3000）kW的大型容量。但随着微型燃气轮机的发展，小容量的发电机组得到发展。日本已生产以城市煤气为能源的微气体发电机组，最小容量为290kW[1]。

　　2.4 天然气除湿空调系统

　　普通的空调器的除湿功能只有在被冷却的房间温度低于露点时，才具有一定的除湿能力，但也是有限的，其调节能力较差，因此需要专门具有除湿功能的空调系统[2]。目前，以天然气作为驱动能源的除湿空调系统主要有如下两种形式：

　　1)除湿蒸发冷却系统

　　该系统采用溶液作为除湿剂，在除湿器中对新风进行除湿，吸收水分成为稀溶液，必须在再生器中被再生热源加热，除去水分提高浓度才能恢复其除湿功效。以太阳能、余热或其它低温热源会有很多不方便之处，影响其推广使用，而使用天然气加热是一个比较理想的办法，可以说天然气除湿蒸发冷却系统是新型的节电、节能、经济的'空调技术，其理论COP值可以达到1左右。

　　2)燃气用于转轮再生的干燥空调方式

　　在空调机组中加入转轮除湿机，室外新风先进入转轮除湿机进行除湿处理，除湿后的干空气再进入空调机进行空调处理，然后进入空调室完成制冷、采暖过程。转轮除湿机由吸湿转轮、传动机构、外壳、风机及再生用加热器等组成。用来吸收室外新风中水分的吸湿剂一般为硅胶或分子筛。当吸湿剂达到含湿量的极限时会失去吸湿能力，为重复使用需进行再生处理。再生处理是用（180～240）℃的热空气加热吸湿剂，使其所含水份蒸发。而热空气就是通过在再生加热器中利用天然气燃烧后的排热与空气进行热交换获得的。这种干燥空调方式的优点有：充分利用天然气燃烧后的排热，起到节能的作用；对空气分别进行湿度和温度的处理，能承担较大的冷负荷和湿负荷，且避免了为满足湿度要求制冷机在低蒸发温度下运转, 效率降低的弊端，有较好的经济性。

　　3.燃气空调的经济性和其带来的社会效益

　　许多学者和国内的一些企业针对以天然气作为驱动能源的空调器的经济性作了相关研究，一致认为燃气空调器比电空调器更具竞争力。文献[3] 的研究表明，目前国内天然气价格与等热值的电力价格之比为约为3.8∶1，吸收式燃气空调器供热费用低于电空调，以天然气为燃料的吸收式燃气空调器的制冷循环与电空调器相比很有竞争力。文献[4]表明吸收式燃气空调不仅具有用电少、环境污染轻等优点，而且其建设投资和运行费用(未包括折旧费和人工费等)均低于常规集中空调。文献[5]的研究显示，从一次能源的角度看，燃气空调的一次能耗不低于电力空调方案，且节能性较好。文献[6]认为在目前的能源价格等条件下，天然气热泵的年单位面积总成本低于电动冷热水机组、燃气锅炉和冷水机组。文献[7]的研究表明，如果燃气空调采用楼宇冷热电联产技术，可大幅度提高能源利用率，其能源综合利用率可达到80%～90%，与大型热电联产比较，楼宇冷热电联产可以减少输配电系统和供热管网的投资，无论从减少投资成本和减轻污染来讲都是十分有利的。

　　此外，目前我国各种能源的价格并不十分合理，尤其是天然气的价格，与国际惯例并不一致。在北京，1ｍ3天然气1.6元多，相当于4kWh电的费用，在国外1ｍ3气大约相当于2ｋＷｈ多电的费用，因为1ｍ3天然气可以发3ｋＷｈ电[8]。随着我国能源结构的调整及经济的发展，我国各种能源的价格将趋于合理化，城市天然气的价格相对于电价将会有所降低，这将使得燃气空调的运行费用将会进一步下降。还有一点就是针对我国夏季是用电高峰、用气低谷，冬季为用电低谷、用气高峰的能源消费现状，已有部分地区实行了峰谷电价，可以预见今后在全国主要城市必然要推行峰谷电价，而随着天然气的广泛使用，也必将会实行峰谷气价，而燃气空调的使用时间正赶上峰值电价和谷值气价，必将大大节省运行费用。以目前日本燃气空调用户来说，由于国家实行了峰值电价和谷值气价，鼓励夏季更多地使用天然气，其运行费用就比电力空调低一倍以上[9]。

　　另外，发展燃气空调还能为国家带来很大的社会效益，提高天然气管网的利用率，降低相对维护成本。目前的天然气输送管网的利用率很低。以陕北到北京的天然气输送管道为例，由于季节供气不平衡，管线供气能力有30个亿，实际用气只有10多个亿，管网利用率只有30%左右，冬夏差非常大，冬季高峰的平均用气量是夏季最低月份的平均用气量的5倍[2]，季节不平衡非常严重，最直接的后果是经济成本加大。虽然建设地下储气库可以解决用气不平衡问题，但成本依旧很高。因此，发展燃气空调，提高管网利用率的同时也降低季节用气的不平衡性，有“一举两得”的功效。

　　目前，西部大开发是我国的一项重大经济发展政策，西气东输又是西部大开发的一个重要组成部分，也是我国的一项重要能源调整政策。合理利用天然气，关系到西气东输政策的成败，而燃气空调则是天然气资源的一种较好的利用方式。从美国加州2001年夏季、2002年夏季发生了几次电力危机和今夏我国众多省份拉闸限电来看，连日高温导致发电厂超负荷运行，其中大量使用电空调器是导致电力危机的一个重要原因[2]，这也说明发展燃气空调，使之与电空调器构成合适的使用比例，从而减少电空调器在夏季对电网的冲击，可以避免类似的能源危机在我国发生。

　　4.结论

　　发展以天然气为能源的空调，有利于保护环境，解决电力紧张和用电峰谷差增大的问题，同时也可以减小用气的季节不平衡性，提高天然气输送管道的利用率，降低天然气输送成本。随着天然气价格和电力价格趋于合理化，天然气气空调将比电空调器具有更好的经济性。因此，发展燃气空调，不仅符合我国的能源政策，同时有助于我国的能源安全，在“西气东输”工程全面供气时，更好地解决沿海大城市的“西气东用”问题。

　　参考文献

　　[1]耿惠彬.燃气发动机驱动热泵性冷热水机组的部分负荷分析.制冷技术，2003(1)

　　[2]严小军, 张小松, 顾春宁．迎接“西气东输",积极开展燃气空调的研制.制冷空调与电力机械, 2002, (4)

　　[3]田贯三，李恩山，马一太，王侃宏.吸收式燃气空调器制冷循环的技术经济分析.暖通空调，2003，30(4)

　　[4]谢沂峥．浅析燃气直燃型溴化锂吸收式制冷机在深圳的应用．暖通空调，2002，32(4)

　　[5]任绳凤，张志刚，蔡波.发展小型天然气空调.天津城市建设学院学报，2002，8(3)

　　[6]杨昭, 张世钢，刘斌，马一太.燃气热泵及其它供热空调系统的能源利用分析评价.太阳能学报，2001，22(2)

　　[7]罗丽芬.暖通空调领域的燃气应用.暖通空调，2002，32(4)

　　[8]罗丽芬.2001年能源与发展专题研讨会纪实.暖通空调，2001，31(6)

　　[9]王长庆，龙惟定，黄治锺，谭洪卫．日本燃气空调发展．能源技术，2002，8(4)