燃氣直燃型吸收式機組的應用及經(jīng)濟性分析

摘 要

摘要：通過對北京市燃氣直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機組用戶的制冷用氣調查，分析了制冷用氣規(guī)律。對燃氣直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機組的制冷系統(tǒng)與電制冷系統(tǒng)進行了經(jīng)濟性比較，分
摘要：通過對北京市燃氣直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機組用戶的制冷用氣調查，分析了制冷用氣規(guī)律。對燃氣直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機組的制冷系統(tǒng)與電制冷系統(tǒng)進行了經(jīng)濟性比較，分析了推廣燃氣直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機組的可行性。
關鍵詞：直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機組；燃氣空調；離心式冷水機組
Application and Economic Analysis of Gas-fired Absorption Water Chiller-heater Unit
SHI Leiming，YANG Meng，LIU Rong，XU Jing，ZHAI Yu
Abstract：By investigating the refrigeration gas consumption of gas-fired lithium bromide absorption water chiller-heater units in Beijing，the rule of refrigeration gas consumption is analyzed.The economic analysis is conducted between the refrigeration system of gas-fired lithium bromide absorption water chiller-heater unit and the electric refrigeration system.The teasibility of promoting gas-fired lithium bromide absorption water chiller-heater units is analyzed.
Key words：gas-fired lithium bromide absorption water chiller-heater unit；gas air-conditioner；centrifugal chiller
1 概述
   隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展和人民生活水平的提高，空調已成為各類建筑不可缺少的組成部分，夏季空調制冷的能耗很大。目前主要的制冷方式有電壓縮式制冷、直燃型吸收式制冷以及蒸汽(或熱水)型吸收式制冷，其中以電壓縮式制冷為主，造成電力供應的峰谷差嚴重，給電力生產(chǎn)帶來很大困難并造成浪費。此外，燃氣的冬夏季負荷存在較大的峰谷差[1]，夏季燃氣使用一直處于低負荷狀態(tài)，不利于提高燃氣管網(wǎng)利用率和經(jīng)濟效益。而燃氣空調能緩解電力供應的緊張局面，且有利于緩解燃氣冬夏季用氣不平衡性，受到社會的廣泛重視。本文僅對燃氣直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機組(以下簡稱燃氣直燃機)的制冷用氣和經(jīng)濟性進行探討。通過對北京市燃氣直燃機用戶的制冷用氣調查，分析其制冷用氣規(guī)律，并與電制冷方式進行經(jīng)濟性比較。
2 燃氣直燃機制冷用氣的調查與分析
   ① 燃氣直燃機的特點
   以溴化鋰(LiBr)溶液為吸收劑，以水為制冷劑，以城市燃氣為驅動熱源；與電壓縮式制冷機相比，燃氣直燃機不僅消耗電量很少，而且對環(huán)境污染小[2]，符合當前的環(huán)保要求；功能全面，能同時或單獨實現(xiàn)供暖、制冷、供應生活熱水3種功能。
    ② 北京市燃氣空調發(fā)展現(xiàn)狀
    北京市的燃氣空調自1994年開始使用，特別是在1997年陜氣引入京津地區(qū)后，燃氣空調在京津地區(qū)得到了較快的發(fā)展。至2008年，北京市天然氣用氣以供暖為主，發(fā)電、居民生活次之，空調制冷、汽車、工業(yè)用氣占很小的比例，其中燃氣空調用氣量只占北京市全年用氣量的3%左右。
    ③ 用氣量及燃氣費用分析
    為了深入研究和分析燃氣直燃機制冷的用氣規(guī)律，筆者對北京市一些使用燃氣直燃機制冷的大型公共建筑進行了調查和數(shù)據(jù)收集，對其用氣量和用氣不均勻性作了初步分析。共調查大型公共建筑用戶20戶，統(tǒng)計年份為2005年至2008年，掌握了5月至9月的用氣數(shù)據(jù)。這20戶用戶的公共建筑類型為展廳、公寓、寫字樓以及商場等，累計制冷面積為836426m2。經(jīng)統(tǒng)計計算得知，燃氣直燃機制冷用戶的平均用氣量約為5.69m3/(m2·a)，按照現(xiàn)行北京制冷用燃氣價格為2.28元/m3計算，則制冷需要的平均燃氣費用為12.97元/(m2·a)。各類公共建筑燃氣直燃機制冷的用氣量及燃氣費用見表1。
表1 各類公共建筑燃氣直燃機制冷的用氣量及燃氣費用
建筑類型
制冷時間
用氣量/(m3·m-2·a-1)
燃氣費用/(元·m-2·a-1)
辦公樓、綜合樓
5—9月
4.70
10.70
博物館、展廳
5—9月
3.50
7.90
商場、超市
5—9月
12.50
28.50
公寓、會所
5—9月
2.17
4.95
    ④ 用氣規(guī)律分析
    選取上述20戶燃氣直燃機制冷用戶中計量資料完整且包含2008年用氣數(shù)據(jù)的12戶進行分析，繪出日用氣量曲線，見圖1。由于這些用戶具有一定代表性，且包含各類型公共建筑，由統(tǒng)計學規(guī)律可以基本反映出北京市燃氣直燃機制冷的用氣特點。
 

    由圖1可知，北京市燃氣直燃機制冷用戶的用氣量有較明顯的規(guī)律性，即5、6、9月份用氣較少，7、8月份用氣較多，即7、8月份為用氣高峰月。燃氣直燃機制冷用氣不均勻系數(shù)見表2。調查的10戶燃氣直燃機制冷用戶2005年至2008年的年用氣量見圖2。

表2 2008年北京市12戶典型燃氣直燃機制冷用戶用氣不均勻系數(shù)
項目
5月
6月
7月
8月
9月
小時高峰系數(shù)
2.11O
2.258
1.927
1.937
3.942
日高峰系數(shù)
1.688
1.464
1.268
1.292
1.862
月不均勻系數(shù)
0.665
0.915
1.455
1.347
0.603
月高峰系數(shù)
1.455
供氣量最大利用時間/h
830
    2005年至2007年用氣量總體呈現(xiàn)增長趨勢，平均年增長率為5.96%，可見燃氣制冷還存在可觀的發(fā)展?jié)摿Α?008年用氣量明顯偏小，分析認為2008年是為了保證北京奧運場館用氣做儲備，因此2008年用氣量不應在比較范圍之內。
3 燃氣直燃機制冷與電制冷的經(jīng)濟比較
    筆者對燃氣直燃機制冷與電制冷進行了經(jīng)濟性比較，其中電制冷采用一次能源利用率最高的離心式冷水機組[3]。對采用離心式冷水機組和采用燃氣直燃機的方案，末端裝置的設備費用和運行費用均相同，故只比較離心式冷水機組及配套制冷機房系統(tǒng)和燃氣直燃機及配套制冷機房系統(tǒng)的設備費用和運行費用，其中機組、水泵等主要設備價格采用筆者咨詢的價格的平均值。
   ① 計算參數(shù)
   綜合峰谷時段平均電價為0.75元/(kW·h)，天然氣價格為2.28元/m3。
   ② 工況參數(shù)
   參考各調研用戶的建筑面積，對制冷面積為50000m2的公共建筑進行費用估算。設冷負荷指標為80W/m2，總冷負荷為4000kW，每年需開啟空調制冷時間為5個月(5～9月)，每天需開啟冷水機組10h，燃氣負荷按5.69m3/(m2·a)計算。離心式冷水機組的平均使用壽命為25a，燃氣直燃機的平均使用壽命為24a。
   ③ 設備費用比較
   根據(jù)工況參數(shù)選擇制冷機，配備相應的冷水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)等主要設備。離心式冷水機組及配套制冷機房系統(tǒng)和燃氣直燃機及配套制冷機房系統(tǒng)的配置及設備費用見表3。其中Φ為額定冷負荷，P為額定功率，qm,1為冷凝器的質量流量，qm,z為蒸發(fā)器的質量流量，qm為冷水(或冷卻水)的質量流量，h為水泵揚程。
 
   由表3可知，燃氣直燃機及配套制冷機房系統(tǒng)的單位面積年設備費用比離心式冷水機組及配套制冷機房系統(tǒng)高約64%。
   ④ 運行費用比較
   運行費用包括設備運行的能源消耗費(電費、燃料費)、設備維護費等，兩個方案的運行費用比較見表4。
 

    由表4可知，燃氣直燃機及配套制冷機房系統(tǒng)的單位面積年運行費用比離心式冷水機組及配套制冷機房系統(tǒng)低約25%。燃氣直燃機及配套制冷機房系統(tǒng)比離心式冷水機組及配套制冷機房系統(tǒng)多出的總設備費用，系統(tǒng)運行4a即可節(jié)省出來。
    綜合設備費用和運行費用，可以得出離心式冷水機組及配套制冷機房系統(tǒng)單位面積年制冷費用為30.35元(m2·a)，燃氣直燃機及配套制冷機房系統(tǒng)單位面積年制冷費用為24.55元/(m2·a)，比離心式冷水機組及配套制冷機房系統(tǒng)節(jié)約費用約19%。燃氣直燃機能同時或單獨實現(xiàn)供暖、制冷、供應生活熱水3種功能，且可將制冷機房、鍋爐房合二為一，土建費用、設備費用、維護費用等都可減少，并具有良好的環(huán)保性、緩解電力峰谷矛盾等特點，故燃氣直燃機具有很強的市場競爭力。
4 結論與建議
    ① 北京市制冷月主要為5～9月，4月和10月也有部分時間用氣，但用氣量較少，由調查統(tǒng)計得出每年7月、8月為制冷用氣高峰月。燃氣直燃機制冷單位面積年用氣量約為5.69m3/(m2·a)，制冷用燃氣費約為13元/(m2·a)。
    ② 電制冷方式在電力供應充足，特別是水力發(fā)電豐富的地區(qū)，應考慮采用，但電力消耗量大，會加重電網(wǎng)峰谷矛盾。燃氣直燃機制冷在燃氣供應充足的地區(qū)應提倡采用，能緩解城市夏季用電的緊張局面，對城市季節(jié)用氣的平衡也有積極作用。
    ③ 通過對燃氣直燃機制冷與電制冷的經(jīng)濟性比較得出，燃氣直燃機制冷系統(tǒng)與電制冷系統(tǒng)在設備費用和運行費用方面各有利弊。綜合考慮，燃氣直燃機及配套制冷機房系統(tǒng)比離心式冷水機組及配套制冷機房系統(tǒng)的單位面積年制冷費用低約19%。北京市供氣充足，夏季用氣量較少，冬夏季用氣量比最高可達7：1[4]，且燃氣直燃機具有環(huán)保，平衡城市季節(jié)用氣及緩解電力峰谷矛盾等優(yōu)勢。因此在北京市推廣燃氣直燃機具有很強的可行性。
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(本文作者：石磊明1 楊蒙1 劉蓉1 徐靜2 翟羽2 1.北京建筑工程學院 北京 100044；2.北京市燃氣集團有限責任公司 北京 100035)