吸收式熱泵在地?zé)崴菁壚玫膽?yīng)用

李曉旻

【摘要】本文分析了吸收式熱泵在地?zé)崴菁壚梅矫娴膽?yīng)用方式，比較了吸收式熱泵與電力壓縮式熱泵的特點(diǎn)，相對電力壓縮式熱泵，用吸收式熱泵來做為地?zé)崽菁壚玫臒岜迷O(shè)備，具有單機(jī)容量大、運(yùn)行工況廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好、一次能源利用效率高、運(yùn)行成本低、使用壽命長、維護(hù)簡單方便等優(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】地?zé)豳Y源；吸收式熱泵；地?zé)崴惶菁壚?/p>

Abstract： in this paper， analysis of the absorption heat pump applications in the geothermal water cascade utilization， compared the absorption heat pump and electric pump， the relative electric compression type heat pump， with absorption of heat as a heat pump equipment， geothermal energy cascade utilization， with unit capacity， operating conditions， load regulation performance， wide a high energy efficiency， low operation cost， long service life， maintenance is simple and convenient advantages.

Keywords：Geothermal resources Gbsorption heat pump Geothermal water Cascade utilization

一、地?zé)豳Y源

作為綠色的清潔能源和可再生能源，地?zé)崮芤鸭{入“十二五”能源規(guī)劃。國家計(jì)劃在十二五期間，將完成地源熱泵供暖（制冷）面積3.5億平方米。

由于城市建設(shè)的快速擴(kuò)張，原有市政供熱系統(tǒng)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要，因此，在遠(yuǎn)離市政熱源的城市周邊地區(qū)，深層地?zé)釓V泛應(yīng)用于住宅和公建采暖。1800m以上的深層地?zé)崴疁囟纫话阍?0℃～90℃之間，65℃以上可以直接用于散熱器采暖，50℃～65℃可以用于空調(diào)末端采暖，40℃～50℃可以用于地板采暖，經(jīng)過上述利用后，地?zé)嵛菜疁囟纫话阍?0℃以上。

由于地?zé)崴Y源有限，回灌困難、打井成本高風(fēng)險(xiǎn)大，國家對地?zé)豳Y源的開采利用有嚴(yán)格的管制。因此，有必要對地?zé)嵛菜M(jìn)行梯級利用，使地?zé)崴毓鄿囟冗_(dá)到10℃以下，達(dá)到減少打井?dāng)?shù)量、充分利用地?zé)豳Y源的目的。

二、地?zé)崴菁壚昧鞒虉D

1.低溫地?zé)岬奶菁壚?/p>

圖1所示為低溫地?zé)崽菁壚迷诰频旯嶂械膽?yīng)用流程圖。一級直接利用板換將60℃的地?zé)崴畵Q成55℃的生活熱水，二級、三級分別利用燃?xì)饣蛘羝帐綗岜脤?0℃和26℃的低溫地?zé)嵛菜臒崃刻崛『螅峁?0℃的空調(diào)熱水。從圖中可以看出，因地?zé)嵛菜疁囟燃次帐綗岜玫牡蜏責(zé)嵩此疁囟炔煌瑑杉壩帐綗岜玫哪苄П嚷杂胁町悾谝患墴岜肅OP為1.75，第二級熱泵COP為1.6，兩者相差不大，只有8.6%。同時(shí)，吸收式熱泵的熱力系數(shù)在冷凝溫度（熱水出水溫度）和蒸發(fā)溫度（低溫?zé)嵩催M(jìn)水溫度）之差增大時(shí)，它的變化幅度比壓縮式熱泵的熱力系數(shù)小。所以，在環(huán)境溫度下降或用戶需熱溫度提高時(shí)，吸收式熱泵的供熱量變化不如壓縮式熱泵那樣敏感。

2.中溫地?zé)崴奶菁壚?/p>

圖2所示為中溫地?zé)崽菁壚迷趨^(qū)域住宅供暖中的應(yīng)用流程圖。一級、二級直接利用板換將地?zé)崴畵Q成75℃散熱器采暖熱水和50℃地板采暖熱水，三級、四級則通過燃?xì)饣蛘羝帐綗岜脵C(jī)組提取地?zé)嵛菜疅崃浚峁?5℃散熱器采暖熱水，使地?zé)崴罱K回灌溫度達(dá)到10℃，地?zé)豳Y源得到充分利用。

三、吸收式熱泵選型

1.根據(jù)驅(qū)動(dòng)熱源不同（蒸汽、熱水、煙氣、天然氣），可以分別選用蒸汽型吸收式熱泵、熱水型吸收式熱泵、煙氣型吸收式熱泵、直燃型吸收式熱泵。

2.根據(jù)采暖熱水溫度不同選用單效吸收式熱泵或雙效吸收式熱泵。當(dāng)采暖熱水溫度為45℃～95℃時(shí)，選單效吸收式熱泵，采暖熱水溫度≤45℃時(shí)，選雙效吸收式熱泵。

3.吸收式熱泵機(jī)型的大小應(yīng)根據(jù)熱負(fù)荷大小、低溫?zé)嵩匆约盁崴M(jìn)出機(jī)組的溫度來計(jì)算確定。一般一座熱力站吸收式熱泵機(jī)組不宜少于二臺。

四、吸收式熱泵的特點(diǎn)

相對傳統(tǒng)鍋爐或電力壓縮式熱泵機(jī)組，吸收式熱泵機(jī)組具有以下特點(diǎn)。

1.一次能源利用效率高：單效吸收式熱泵熱力系數(shù)COP=1.6～1.8，雙效吸收式熱泵熱力系數(shù)COP=2.2～2.5。即消耗一份中高品位的熱能，至少可以產(chǎn)生1.6～1.8份的有用的中溫?zé)崮埽葻仩t或直接用高溫?zé)嵩醇訜岵膳療崴淮文茉蠢眯侍岣?0%以上。在相同制熱量的條件下，較電力壓縮式熱泵節(jié)能30%左右。圖3為不同類型機(jī)組一次能源利用效率比較圖。

2.熱水出水溫度高：吸收式熱泵機(jī)組最高出水溫度可達(dá)95℃，能滿足遠(yuǎn)距離大型區(qū)域供熱需求，而電力壓縮式熱泵的出水溫度一般在50℃左右，供一座樓的采暖或空調(diào)還勉強(qiáng)能滿足需求，對幾十萬上百萬平米的區(qū)域建筑供熱，這個(gè)溫度就明顯偏低了。并且吸收式熱泵熱水出水溫度高低對機(jī)組的運(yùn)行工況影響不大。而電力壓縮式熱泵機(jī)組冬季機(jī)組處于供熱狀態(tài)時(shí)，在熱水出水溫度在40℃～50℃時(shí)運(yùn)行較好，超出這個(gè)范圍，壓縮機(jī)排氣溫度也隨之升高，排氣溫度過高使壓縮機(jī)油品質(zhì)劣化，導(dǎo)致壓縮機(jī)壽命降低，機(jī)組運(yùn)行工況明顯惡化，能效比迅速降低，因此，電力熱泵的應(yīng)用范圍有限，僅適合于地板采暖等低溫供暖區(qū)域。目前也有中高溫壓縮式熱泵機(jī)組出現(xiàn)，但運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性隨著熱水出水溫度的提高大幅下降。

3.單機(jī)容量大：目前國內(nèi)先進(jìn)廠家利用模塊化生產(chǎn)技術(shù)，克服了大型機(jī)組體積大運(yùn)輸困難，真空部件需在用戶現(xiàn)場焊接組裝而使產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證的難題，能生產(chǎn)單機(jī)最大制熱量達(dá)56MW的大型吸收式熱泵機(jī)組，單臺機(jī)組最大供熱面積達(dá)100萬平米以上，可以滿足大型區(qū)域供熱需求，而電力熱泵單機(jī)目前最大只能做到5MW左右。

4.變工況變負(fù)荷運(yùn)行性能好：吸收式熱泵是一個(gè)真空換熱設(shè)備，具有良好的負(fù)荷跟蹤能力和出色的低負(fù)荷節(jié)能特性，使能源消耗隨負(fù)荷的變化而變化，使運(yùn)行費(fèi)用大大降低。吸收式熱泵的低溫?zé)嵩礈囟确秶?5℃～50℃之間，中溫出水溫度在45℃～95℃之間，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍5%～100%，其應(yīng)用范圍要比電力壓縮式熱泵大得多。并且，吸收式熱泵機(jī)組在變工況運(yùn)行時(shí)，對能效影響不大。

5.使用清潔能源和環(huán)保冷媒：吸收式熱泵可以使用廢蒸汽、廢熱水以及清潔能源——天然氣作為驅(qū)動(dòng)能源，驅(qū)動(dòng)能源選擇范圍廣泛，可以節(jié)省電力投資。同時(shí)吸收式熱泵使用無毒無害的溴化鋰溶液作為冷媒工質(zhì)，對臭氧層無破壞，排放無污染，對環(huán)境友好。

6.維護(hù)管理方便：吸收式熱泵是一個(gè)換熱設(shè)備，運(yùn)轉(zhuǎn)部件很少，維護(hù)管理簡單，使用壽命長達(dá)30年以上。

五、初投資及運(yùn)行費(fèi)用分析

1.初投資

吸收式熱泵機(jī)組設(shè)備投資普遍高于電力壓縮式熱泵機(jī)組，其中蒸汽型吸收式熱泵機(jī)組價(jià)格是電力壓縮式的1.5倍左右，直燃型吸收式熱泵機(jī)組價(jià)格則是電力壓縮式熱泵的2倍左右。

2.運(yùn)行成本分析

以電力價(jià)格1元/kwh，天然氣氣價(jià)3.0元/m3，熱值10kwh/m3，電力壓縮式熱泵COP=3.5～4.5，吸收式熱泵COP=1.7～2.3，為計(jì)算依據(jù)。則：

吸收式熱泵供熱能源成本：3.0÷（17～23）=0.18～0.13元/kwh；電力壓縮式熱泵供熱能源成本：1.0÷（3.5～4.5）=0.29～0.22元/kwh。吸收式熱泵運(yùn)行成本比電力壓縮式熱泵低35%以上。

3.投資回收周期

以供熱能力為16MW的熱力站為例，電力壓縮式熱泵的投資約為720萬元，每個(gè)供熱季的能源成本約為820萬元；燃?xì)馕帐綗岜玫耐顿Y約為1550萬元，每個(gè)供熱季的能源成本約為530萬元。

燃?xì)馕帐綗岜帽入娏嚎s式熱泵多出的投資靜態(tài)回收期約2.9年。

結(jié)語：

地?zé)崴菍氋F的自然資源，必須最大限度加以利用。提高地?zé)豳Y源利用率、保護(hù)地下水資源的最好方式是對地?zé)崮苓M(jìn)行梯級利用。

過去地?zé)崴奶菁壚眠^程中，大量采用的是電力壓縮式熱泵技術(shù)，并且也取得了一定的成效。在吸收式制冷技術(shù)已十分成熟的今天，利用與吸收式制冷相同原理生產(chǎn)的吸收式熱泵來做為地?zé)崽菁壚玫臒岜迷O(shè)備，具有單機(jī)容量大、運(yùn)行工況廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好、運(yùn)行成本低、使用壽命長、維護(hù)簡單方便等優(yōu)勢，將越來越廣泛應(yīng)用于地?zé)崽菁壚霉こ讨小?/p>

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