北京华业阳光新能源有限公司 100084
摘要 ：结合工程案例，对空气源热泵耦合天然气分布式能源的供能方案进行技术经济性能分析。通过与
常规供能系统对比，认为这种耦合形式具有提高综合能源利用效率、减少天然气耗量、改善系统经济性的作用。并对适宜的主机容量及运行策略进行分析。
关键词：空气源热泵；天然气；能源耦合系统；技术经济性能
引言
空气能在自然界大量存在，已被视为一种可再生能源，但由于品位低，难以单独利用。而热泵可通过少量电力驱动，提高其品位，对其加以高效利用。在我国南方地区，空气源热泵已成功应用于制冷和生活热水供应。随着技术水平的提高，空气源热泵已逐步克服低温下COP下降明显、难以应用等问题，开始用于北方寒冷地区采暖。特别由于空气能利用不受地质资源限制，安装方便，省去了地埋管、打井等大量建安费用，也无地下水污染，无需特设机房，系统无需冷却水系统、节水性能较好。因此，较适宜中小型公建项目。
1.项目概况
某项目位于夏热冬冷地区，属于低温结霜区，但湿度较低。冬季日均温度为-1~8℃，供暖季共121d。
夏季日均温度为18~30℃，制冷季共154d。供能面积27500m 2 ，主要业态为办公及餐饮。夏、冬季工作日逐时空调冷、热及卫生热水负荷如图1、图2所示。建筑逐时电负荷如图3所示。空调冷、热负荷率对应天数如图4所示。
2.复合供能系统祸合机理和运行流程
本文在前人研究的基础上，提出了天然气基分布式能源系统与地源热泵系统相藕合的供能系统，它
不同于传统单一系统为满足负荷需求进行的叠加互补和燃气机热泵，而是在建筑终端能耗监测反馈系统的基础上，以化学能、物理能的“梯级利用”为基本原理，并立足本地资源特征条件，充分利用分布式能源系统排出的余热或废热，对地源热泵系统进行预热和再热，提高地源热泵的运行效率，而且可使地源热泵的地下换热器与传统的蓄能装置合二为一，既省去传统蓄能系统中占地面积大、耗资较多的蓄能装置，解决蓄能系统配置问题，同时也可解决冬夏季负荷不平衡所导致的土壤温度场失衡问题.该复合系统的建立可进一步提高供能系统的灵活性，实现全工况范围内的优化高效运行，大大提高能源利用效率。复合供能系统结构示意图见图5
燃气轮机用于做功发电，满足建筑终端和维持机组正常运行的电需求.澳化锉吸收式机组用于制取冷量，满足冷需求或进行地下蓄冷。余热锅炉用于生产热量，满足热需求。第一水源热泵机组用于在夏季工况下与澳化铿吸收式机组集成互补，以生产冷量，满足冷需求;该第一水源热泵机组与澳化铿吸收式机组祸合连接，实现在夏季工况下与漠化铿吸收式机组的集成互补。第二水源热泵机组用于与余热锅炉集成互补，以生产热量，满足热需求;该第二水源热泵机组与余热锅炉祸合连接，实现与余热锅炉的集成互补。
第一换热器用于利用从余热锅炉出口的余热，对第二水源热泵机组需求侧的出口进行再热，实现对余热锅炉出口余热的利用.第二换热器用于利用第一换热器出口的余热对第二水源热泵机组需求侧的进口进行预热，实现对第一换热器出口余热的利用。第三换热器，用于利用第二换热器出口的余热对从地下换热器出来的换热介质再热，实现利用第二换热器出口的余热对从地下换热器出来的换热介质再热。其中在春夏季余热锅炉用于制生活热水，第二水源热泵机组用于互补;秋冬季时余热锅炉用于供暖，第二水源热泵机组用于制生活热水。
吸收式除湿装置用于利用第三换热器出口的余热，对需求建筑进行除湿，使热能利用最大化；该吸收式除湿装置藕合于第三换热器与地下换热器之间。地下换热器用于与地下介质进行换热，进行地下取热/取冷、蓄热/蓄冷，以缓解地下温度场不平衡，并使热能利用最大化。
并网装置用于将燃气轮机发出的多余电力输入至邻近区域的用能设备中;该并网装置与燃气轮机藕合连接，实现燃气轮机发出的多余电力的输出。冰蓄冷装置用于储存生产的冷能，缓冲用能冷需求；该冰蓄冷装置与澳化铿吸收式机组藕合连接，实现冷能的储存。第一蓄热水箱和第二蓄热水箱，用于储存生产的热能，缓冲用能热需求;第一蓄热水箱与余热锅炉藕合连接;第二蓄热水箱与第二水源热泵机组藕合连接。
建筑能耗监测与控制装置用干对整个复合供能系统进行分析和实时调控配置，通过信号反馈控制网络使多余的电进入到并网装置，多余的热和冷储存在蓄热水箱和冰蓄冷装置中，以缓冲用能需求，使复合供能系统优化运行。信号反馈控制网络，用于用能实时情况、蓄能信息以及控制信息的传输。
该复合供能系统充分利用天然气基分布式能源系统的余热，在春季、夏季工况下驱动澳化锉吸收式机组制冷，进行地下蓄冷或向冷需求端供冷，以满足夏季大量的用冷需求，同时缓解向地下持续放热而导致的温度场失衡问题。在秋季、冬季工况下，利用从除湿装置出来的余热，通过地下换热器进行蓄热，以满足秋冬季大量的热能需求，同时缓解从地下持续取热而导致的温度场失衡问题。
3.结语
对空气源热泵耦合天然气分布式能源的供能方案的性能分析表明 ：
（1）与常规供能方案相比，耦合方案具备较好的技术、经济性能，可以提高综合能源利用率19%，减少冬季燃气消耗55%，降低总成本11.6%。
（2）对本项目所列方案，以综合能源利率、燃气消耗、供能总成本等指标评价，主机适宜容量为235kW，供能优先顺序为 ：吸收式热泵、空气源热泵、蓄冷/热、调峰装置（燃气锅炉、电制冷机)，且避免在用电峰、平段外购市电驱动空气源热泵。
（3）空气源热泵+蓄热罐可提供用户所需总热量的58%，耦合系统自发电提供了空气源热泵所需电力的56%。说明空气源热泵可以较好的利用内燃机发电，在减少冬季供热的燃气消耗方面发挥重要作用。
（4）空气源热泵+蓄热罐、双工况制冷机+蓄冰槽等设备，显著减少了冷热供应的峰、平电力消耗，起到削峰填谷、改善经济性的重要作用。
参考文献
[1] 王建民.基于北京地区的空气源热泵能耗分析及节能改造[D].天津 ：天津大学，2012.
[2] 陈建平.上海虹桥商务区能源中心低碳建设探索[J].区域供热，2014，（3）：52-56.
[3] 林世平.分布式能源系统中能源与环境祸合特性及优化集成模型研究[D].武汉 ：武汉理工大学，2011.
论文作者:李子超
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第09期
论文发表时间:2019/9/30
标签：余热论文; 换热器论文; 机组论文; 系统论文; 蓄热论文; 源热泵论文; 空气论文; 《科学与技术》2019年第09期论文;