燃氣制冷原理

1、燃氣機制冷空調系統(tǒng)研究摘要：燃氣機制冷空調機組是以燃氣為能源,燃氣內燃機直接驅動壓縮機進行制冷/熱的循環(huán),同時回收內燃機的余熱作為溟化鋰機組的熱源或直接用作供熱水.該機組可提供建筑物的空調用冷/熱量,也可同時提供建筑物的空調用冷量和生活用熱水或供熱.本文介紹了新開發(fā)的燃氣機驅動制冷空調機組樣機系統(tǒng)及測試結果,并利用一次能源利用率比擬、分析了該系統(tǒng)與常規(guī)制冷空調系統(tǒng)的能源利用率.計算結果說明燃氣機驅動的壓縮吸收復合制冷機組的一次能源利用率是常規(guī)電制冷機組的1.39倍；燃氣機驅動的冷熱聯供機組的一次能源利用率為常規(guī)電制冷播爐供熱系統(tǒng)一次能源利用率的1.67倍.關鍵詞：燃氣機冷水機組冷熱聯供一次能源

2、利用率1引言天然氣是化石能源煤炭、石油和天然氣中最清潔的能源,是當今社會優(yōu)先選擇利用的能源.隨著我國環(huán)境保護政策的增強和一系列天然氣工程根底設施建設的完成,天然氣用量在我國的能源結構中所占比例將得到提升,以燃氣為能源的設備也將有一個開展的機遇.本文主要介紹了燃氣機制冷空調機組的特點、樣機系統(tǒng)的構成與測試結果,在此根底上用一次能源利用率分析比擬了樣機與常規(guī)冷熱分供系統(tǒng)的能源利用率.2燃氣機制冷空調系統(tǒng)的特點燃氣機制冷空調機組就是以燃氣天然氣、城市煤氣等為燃料,由發(fā)動機直接驅動壓縮機實現制冷/熱循環(huán),同時回收、利用發(fā)動機的余熱.與常規(guī)電力驅動的制冷空調機組相比不需要使用高品位的電能,而使用清潔的氣

3、體燃料.由于燃氣機制冷空調機組使用的能源和驅動方式與常規(guī)電制冷空調機組不同,其具有一系列優(yōu)點：1有利于環(huán)境保護.天然氣是清潔的燃料,與燃煤相比污染物排放量大大下降SO減少100%NO減少80%A±,CO減少60流右,TSP減少95%.常規(guī)電力驅動的制冷空調機組使用的能源為電力,而我國以火力燃煤發(fā)電為主,燃煤是酸雨、溫室效應的重要來源.燃氣機制冷空調機組可直接使用天然氣,使利用制冷空調機組帶來的污染物排放量大幅度下降.2有利于電網和燃氣管網的調峰.隨著生活水平的提升,制冷空調耗電量越來越多.在我國的經濟興旺地區(qū)空調能耗占建筑能耗40%以上,而空調使用的時間特點使得夏季電網的“峰谷差增大

4、.燃氣機空調機組以燃氣為能源,可降低夏季空調的耗電量,從而降低電網的“峰谷差.燃氣機空調機組減少電網“峰谷差的同時可使用夏季過剩的燃氣,提升夏季燃氣用量.3實現機組的高效運行,提升能源利用率.由于燃氣機的轉速可進行連續(xù)調節(jié),而效率幾乎不變,從而保證機組在低負荷下的高效運行.制冷空調機組在實際運行時,80艱上的時間處于局部負荷運行狀態(tài).所以與常規(guī)電力驅動的制冷空調機組相比,在局部負荷運行時具有更高的效率.燃氣機的效率一般與現在發(fā)電和輸配電效率相近30%左右,而燃氣機制冷空調系統(tǒng)中燃氣機的余熱被回收利用,從而提升了能源利用率.圖1比擬了常規(guī)電動當利用髓is47%熱泵與燃氣機熱泵的能源利用率,燃氣機

5、熱泵供熱的一次能源消耗比常規(guī)電動熱泵低a燃氣機熱泵b電動熱泵圖1燃氣機驅動的熱泵與常規(guī)電動熱泵能耗比擬3燃氣機制冷空調系統(tǒng)燃氣機制冷空調機組是由燃氣機直接驅動的制冷空調機組圖2.與常規(guī)電動機組相比,以燃氣機代替電動機,用燃氣代替電力.系統(tǒng)主要包括三局部：燃氣供給與排煙系統(tǒng)；余熱回收與利用系統(tǒng)；蒸汽壓縮制冷系統(tǒng).圖2燃氣機制冷空調機組系統(tǒng)圖燃氣機制冷機組的蒸汽壓縮制冷局部與常規(guī)電力驅動的制冷系統(tǒng)根本相同,只是壓縮機為由燃氣機直接驅動.燃氣機的余熱包括燃氣機的缸套冷卻水余熱和排煙余熱兩局部./氣機正常工作時缸套水溫為8599C,發(fā)動機排煙溫度為500560C,余熱回收時循環(huán)水可采用并聯循環(huán)水分別進

6、入缸套換熱器和煙氣換熱器或串聯圖2,循環(huán)水首先經過缸套水熱交換器,再流經煙氣熱交換器.回收的熱量可用于生活熱水或供熱,也可用做澳冷機制冷用熱量.4樣機性能測試在對樣機進行試運行和相關檢查后,依據有關標準我們對樣機進行了性能測試.根據余熱利用情況,測試分兩種：1余熱被直接利用；2余熱被用作澳冷機的熱源.測試過程中冷、熱水的溫度由熱電阻Pt100,精度為土0.1C溫度計測量,冷、熱水的流量用電磁流量計測量精度為土0.1%,燃氣的消耗量用Q型渦輪氣體流量計精度為土1.0%測量.測試時制冷循環(huán)的冷卻水進出口溫度分別為30c和35C,冷水進出口溫度分別為12c和7C.樣機的制冷/熱量有下式計算：式中Q為

7、冷/熱量,kqc為水的比熱,kW/kg.C；m為水流量,kg/s;T為水的溫度,C；下標in和out分別代表水的進出口.樣機測試過程中消耗的燃氣能量由下式計算：式中Qf為機組能耗,kWG為燃氣耗量,Nn3/h;Qw為燃氣的低位發(fā)熱量,kJ/Nm3.樣機回收的余熱直接用作熱水或供熱的熱源時即燃氣機驅動的冷熱聯供機組,機組的制冷量為470.23kW,余熱量為147.68kW,燃料耗量為313.78kW.樣機回收的余熱用作澳冷機的熱源即燃氣機驅動的壓縮吸收復合機組,機組的制冷量為595.48kW,燃料耗量為318.85kW.5機組的能源利用率分析對使用不同一次能源的供冷/熱系統(tǒng),通常意義上的性能系數

8、COP缺乏可比性.使用不同一次能源或提供多用途能量的系統(tǒng),一般可用一次能源利用率來表示系統(tǒng)的能源利用效率.一次能源利用率定義為系統(tǒng)的總輸出能量與系統(tǒng)的一次能源消耗量.表1為燃氣機制冷空調系統(tǒng)和常規(guī)供冷/熱系統(tǒng)的一次能源利用率的計算結果.燃氣機機組的計算以測試結果為依據,常規(guī)機組的一次能源利用率的計算參照市場上通用機組的參數：發(fā)電和輸配電的效率為30%燃氣鍋爐的供熱效率為85%電制冷機組的CO斯4.5.表1一次能源利用率計算結果系統(tǒng)供冷系統(tǒng)供冷/熱燃氣機機組電制冷機組燃氣機機組電制冷+鍋爐供熱PER1.871.351.971.18表1說明燃氣機制冷空調機組兩種工作工況下的能源利用率均比常規(guī)的供冷

9、/熱機組高.對供冷系統(tǒng)而言,燃氣機機組的一次能源利用率是常規(guī)電制冷機組的1.39倍；而對冷熱聯供系統(tǒng),燃氣機機組的一次能源利用率為常規(guī)電制冷+鍋爐供熱系統(tǒng)一次能源利用率的1.67倍.可見燃氣機制冷空調機組可大幅度提升能源利用率,節(jié)省運行費用.6存在的問題燃氣機制冷空調機組與常規(guī)電制冷機組相比在能源的有效利用等方面具有一系列優(yōu)點,但也存在一些問題需解決.由于燃氣機本身和其排氣噪音的影響,使得燃氣機制冷空調機組的噪音比常規(guī)制冷空調機組的噪音大；機組的外形尺寸大；系統(tǒng)的限制系統(tǒng)比擬復雜,需有燃氣機調節(jié)和壓縮機協(xié)調限制技術；維護保養(yǎng)也比電制冷機組復雜.目前燃氣機空調機組的研究主要就集中在以上幾個方面.7結束語燃氣機制冷空調機組的樣機測試結果說明,燃氣機制冷空調系統(tǒng)由于充分利用了發(fā)動機的余熱,系統(tǒng)的一次能源利用率大幅度提升,與常規(guī)制冷/熱機組相比一次能源節(jié)省率在38限上.由于燃氣機制冷空調機組的燃氣機的轉速連續(xù)可調,從而實現機組負荷的連續(xù)可調,并保證機組在局部負荷下高效運行.燃氣機制冷空調機組