燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵

摘要：燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵除能保證一般熱泵功能外，還能利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱，這樣既能提高熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的性能系數(shù)，又能克服熱泵在環(huán)境低溫時(shí)加熱性能下降的缺點(diǎn)。同時(shí)，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵還具有節(jié)能、環(huán)保、能源利用率高等特點(diǎn)，并且隨著我國天然氣的“西氣東輸”工程的實(shí)現(xiàn)，天然氣作為一種能源可以分擔(dān)相應(yīng)的空調(diào)負(fù)荷份額，其應(yīng)用可緩解城市電力供應(yīng)不足的問題，因此，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)熱泵具有廣闊的發(fā)展前景。本文主要介紹燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵的工作原理、特點(diǎn)、在暖通空調(diào)中的應(yīng)用及發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵余熱工作原理能源利用率發(fā)展前景

1 概述

熱能是空調(diào)動(dòng)力源的第二大能源，它可以作為一種補(bǔ)充能源來緩解電力供應(yīng)不足的壓力。如今的能源要求逐漸呈現(xiàn)多樣化、均衡化的發(fā)展趨勢，天然氣能源的廣泛應(yīng)用在一定程度上減輕了空調(diào)負(fù)荷，尤其在冬季民用燃?xì)庳?fù)荷增大而夏季較小的情況下，采用燃?xì)獬洚?dāng)空調(diào)能源，使其和電力能源一起構(gòu)成彼此互補(bǔ)的多元能源，往往能有效減輕電力負(fù)荷，達(dá)到節(jié)約能源的目的。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵中只有風(fēng)機(jī)耗電，同樣能量的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵，其耗電量只有電空調(diào)機(jī)組的1/10[1]。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵可充分使用發(fā)動(dòng)機(jī)的排熱，熱利用系數(shù)高，可回收各種余熱而提供高品位的熱源。同時(shí)，外界空氣溫度不會(huì)對其能量產(chǎn)生過多的影響，可以在短時(shí)間內(nèi)提供采暖用熱量。

2 燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵概述

2.1 燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵的工作原理

在工作原理方面，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的蒸汽壓縮式熱泵基本等同于電力驅(qū)動(dòng)的熱泵供熱原理，不同的只是電動(dòng)熱泵中的電動(dòng)機(jī)發(fā)被動(dòng)機(jī)所取代。根據(jù)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)所用的燃料成分及其相關(guān)比例，預(yù)先調(diào)整空氣、燃?xì)庵g的混合比，調(diào)壓后的空氣和燃?xì)饣旌线M(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒。燃?xì)馔ㄟ^燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)充分燃燒，產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化成的機(jī)械能可充當(dāng)熱泵系統(tǒng)壓縮機(jī)運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)力，壓縮機(jī)在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下運(yùn)轉(zhuǎn)形成熱泵循環(huán)，從而將低品位的熱能轉(zhuǎn)化成高品位熱能進(jìn)行供熱。另外，可采用缸套中的冷卻水使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻，以確保發(fā)動(dòng)機(jī)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，然后通過一定的設(shè)備裝置回收缸套中冷卻水帶出的熱量。同時(shí)，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的排煙溫度也高達(dá)550 ℃，可利用煙氣換熱器將這部分熱量回收。缸套水和煙氣部分回收的熱量可根據(jù)需要和系統(tǒng)的實(shí)際情況用于生活熱水、供熱或通過單效溴化鋰制冷機(jī)進(jìn)行供冷。

2.2 燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵的分類

燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)熱泵系統(tǒng)的主要分類：直接型—利用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)冷水或熱泵機(jī)組滿足空調(diào)需求；間接型—利用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生二次能源[2]。還可以將卸載機(jī)構(gòu)加設(shè)在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)上，以確保在不同時(shí)段切換被驅(qū)動(dòng)件，我們稱之為復(fù)合型燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵(見圖1)。其中，根據(jù)空調(diào)的使用功能還可以將直接型分為只提供制冷的單冷系統(tǒng)和冷熱聯(lián)供的熱泵機(jī)組。

2.3 燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵的特點(diǎn)

燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵機(jī)組主要具有如下特點(diǎn)：

①燃?xì)鉄岜每照{(diào)采用充分燃燒、清潔的燃?xì)猓越档虲O2的排放量，既清潔又環(huán)保，對抑制地球變暖起到積極的作用。

②燃?xì)鉄岜每照{(diào)設(shè)備的節(jié)能效果較好，與電驅(qū)動(dòng)熱泵空調(diào)設(shè)備相比，它在能源的綜合利用上往往會(huì)呈現(xiàn)比較明顯效果。

③外界空氣溫度的影響小。電動(dòng)熱泵在以外界空氣作為低溫?zé)嵩磿r(shí)，其能量和性能系數(shù)會(huì)隨著外界空氣溫度的下降而下降，而燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵的采暖能量中由發(fā)動(dòng)機(jī)排熱部分供給的熱量不變，在總體上受外界空氣溫度變化的影響較小。

3 燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵在暖通空調(diào)系統(tǒng)上的應(yīng)用

推行節(jié)能措施后所取得的節(jié)能效果主要取決于一次能源消耗量的多少。通過燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的熱泵，可以通過周圍環(huán)境吸取熱量提升泵溫，而且也可以利用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水及排氣熱量來輔助其升溫。相對而言，這兩部分熱量的溫度比熱泵冷凝溫度要高一些，所以一定要重視輔助加熱的作用。在建筑物自身就需要空調(diào)的情況下，內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)熱泵的采用就會(huì)顯示出其獨(dú)特的魅力。產(chǎn)生于燃?xì)馊己蟮母邷責(zé)崮埽ㄟ^內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的只有一部分，其余則以廢熱的形式排入到外界環(huán)境中。而在供熱模式下運(yùn)行的熱泵，剛好也可使這些廢熱得到有效地利用，從系統(tǒng)的制熱性能得到進(jìn)一步提高。

3.1 燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵在供熱水方面的應(yīng)用

燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵供熱的最簡單的方式是單純的熱水供給，此時(shí)熱水的循環(huán)回路如圖2所示。

3.2 燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵與其它系統(tǒng)的組合應(yīng)用

①燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)熱泵與吸收式空調(diào)的組合：在夏季，可以把發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱產(chǎn)生的低壓蒸汽及熱水作為燃?xì)鈫巍㈦p效吸收式機(jī)組的初級(jí)熱源。通過這種方法，可將燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)熱泵產(chǎn)生的所有的廢熱轉(zhuǎn)化成制冷量，以熱換冷，使設(shè)備能量輸出和末端需求相匹配，同時(shí)，這兩種燃?xì)饪照{(diào)的性能系數(shù)也得以改善。

②燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)熱泵與熱除濕系統(tǒng)的組合：傳統(tǒng)空調(diào)冷凍除濕消耗的低溫制冷量會(huì)很大，而采用熱除濕系統(tǒng)干燥劑除濕所采用的中溫冷源干冷空氣，大大降低了制冷所需的能耗。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)熱泵與熱除濕系統(tǒng)的組合可以回收廢熱，并用于干燥劑的再生，從而降低了能耗。

這兩種系統(tǒng)組合均能提高燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)熱泵的能源利用率，但系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性還涉及建筑物使用形式和能源價(jià)格等因素，需綜合考慮。

4 燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)熱泵與常規(guī)熱泵空調(diào)的比較

在制熱情況下，燃?xì)鉄岜煤统Ｒ?guī)熱泵相比可以通過利用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)和煙氣的余熱來提高能源的利用率。多項(xiàng)研究證實(shí)，外界負(fù)荷發(fā)生變化所引起的燃?xì)鉄岜冒l(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的變化，不會(huì)使燃?xì)鉄岜玫男阅芟禂?shù)產(chǎn)生較大波動(dòng)。這表明，即使外界負(fù)荷有較大的變化，燃?xì)鉄岜靡材鼙ＷC其穩(wěn)定的運(yùn)行效率，即燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵的可調(diào)性能良好。燃?xì)鉄岜玫囊淮文茉蠢寐室话銥?.30～1.79[3]。對于單純的供冷系統(tǒng)，燃?xì)鉄岜玫囊淮文茉蠢寐适浅Ｒ?guī)電動(dòng)熱泵的1.40倍左右[4]。

5 燃?xì)鉄岜每照{(diào)在我國發(fā)展前景

鑒于燃?xì)鉄岜每照{(diào)的高熱效率，低綜合能耗、較強(qiáng)的冬季適應(yīng)性及無需除霜、節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，可以在中小型商場、賓館、辦公樓、娛樂場所、醫(yī)院、住宅、學(xué)校等對空調(diào)需求較強(qiáng)的場所進(jìn)行大力推廣。另外，對能源結(jié)構(gòu)的政策性調(diào)整，西氣東輸管線的建設(shè)成功建成，天然氣探明貯量和開采量的增加，將會(huì)進(jìn)一步提高天然氣使用者的百分比。天然氣的貯存成本相較于輸送成本而言要高得多，這也是均衡用氣政策成為發(fā)展的必然趨勢的重要原因之一。為了保證電網(wǎng)和輸氣管網(wǎng)安全而有效地運(yùn)行，峰谷電價(jià)和峰谷氣價(jià)的實(shí)施同樣不可避免，而燃?xì)鉄岜每照{(diào)使用恰逢峰值電價(jià)和谷值氣價(jià)，這我可以大大降低用戶的。對于國家來說，可有效地調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定用電、用氣負(fù)荷，增加電網(wǎng)、氣網(wǎng)的運(yùn)行效益。并對減少溫室氣體排放，減少酸雨的發(fā)生起到促進(jìn)作用[5]。

6 結(jié)論

作為一項(xiàng)高效節(jié)能技術(shù)，燃料發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的熱泵具有明顯的節(jié)能效果，有比較高的能源利用系數(shù)。用燃?xì)庾鳛榭照{(diào)的能源，恰巧能使電力和燃?xì)鈨煞N能源的供應(yīng)達(dá)到互補(bǔ)，有利于緩解城市電力供應(yīng)緊張的問題。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵是實(shí)現(xiàn)燃?xì)庥糜诳照{(diào)和采暖的重要設(shè)施，并且在我國已經(jīng)具備了研發(fā)條件和市場需求。隨著我國燃?xì)夤芫W(wǎng)的普及，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵會(huì)得到相應(yīng)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]耿惠彬.燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵及其應(yīng)用.機(jī)電設(shè)備.2004（2）.

[2]鐘怡.燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空調(diào)的原理及應(yīng)用.煤氣與熱力.2005.2，25(2).

[3]馬一太，梁兆惠，謝英柏.燃?xì)鈾C(jī)熱泵一次能源利用率的分析.煤氣與熱力. 2004，24(3).

[4]孫志高，孫文哲，王如竹.燃?xì)鈾C(jī)熱泵技術(shù)及能源利用分析.制冷.2006，(2).

[5]周義德，樊瑞.我國燃?xì)鉄岜每照{(diào)的應(yīng)用前景探討.節(jié)能.2004，9.