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     [高效天然气发动机空调
 
燃气发动机空调
天然气发动机驱动的压缩式制冷机具有以下优点:
1、 较好的部分负荷特性,这是其主要的特点;
这是因为它易于实现转速控制。一般在50%负荷以下时,采用转速不变、由压缩机固有的能量控制方式(如汽缸的卸载、滑阀调节等)进行调节。从而使负荷率在20%~100%范围内具有极高的运行效率,这种情况如图1所示。

图1 负荷控制方式
 
2、 一次能源利用率高,节约运行成本,回收期短。
燃气发动机驱动制冷机在全负荷运行时(不带热回收)一次能源利用值为1.4左右,带热回收的系统一次能源利用值接近1.9,这比吸收式的能源利用率高许多。同时运行成本和回收期主要与当地的气电价格比有关,对于电力负荷和价格较高而燃气价格相对稳定和较低的地区,其优点更为突出。如在美国Phoenix地区采用发动机驱动的150RT往复式制冷机比相应的电驱动制冷机全年可节约费用约2万美元,而回收期约为2.9年。
3、 结构紧凑,动力平衡性好,运行安全可靠和耐久。
燃气发动机驱动制冷机的技术可靠性取决于发动机工作的稳定性和可靠性。美国在七十年代早期大量发动机驱动制冷系统的设备运行记录,证明了系统能达到与电机马达驱动系统的可靠性。但发动机比电动机需要更多的维护;且发动机出现的问题通常与启动系统和发动机冷却系统有关。发动机可以是工业用发动机或是汽车发动机改装,而且汽车发动机比一般的工业发动机便宜,使之更具有市场吸引力。
4、 可以方便灵活地与其他空调系统组合使用;
在天然气发动机驱动制冷机组中,75%的废热可以回收,使一次能源利用率可以增加20%。当发动机达到最高运行转速,还不能满足建筑物的负荷时,可以用废热来补偿。废热还可作为除湿空调的再生热源,或作为吸收式机组的热源,另外也可以生产生活热水等,提高系统的能源利用率。
5、 由于压缩机采用清洁的天然气驱动,减少了硫氧化物、二氧化碳的排放,有利于环境保护。
以单位制冷量计,燃气空调所产生的污染物是发电制冷的一半左右。
6、 燃气发动机驱动的空调不仅可以缓解夏季时电量的相对不足,而且可以解决燃气在夏季相对过剩的问题,很好地平衡电力负荷高峰和燃气负荷低谷。
图2 城市燃气、电力年用量
图2是上海市某年的电力与城市燃气用量图。天然气发动机驱动的制冷空调技术,之所以为世界各国政府所大力推广,其平衡电力、燃气的作用和能源效率是一个主要原因。
可见天然气发动机驱动制冷是一项经济、可行的制冷技术。美国在实际的工程应用中,将该类型机组与传统的电制冷进行比较,如下表所示:
部分负荷特性分析
冷水机组的部分负荷特性是指该机组在部分负荷运行下的COP或EER等性能指标。由于我国还未制定容积式冷水机组的综合部分性能系数标准,因此我们采用美国制冷学会(ARI)在98’ARI-550/590新标准中提出用综合部分负荷性能系数IPLV(Integrate Part Load Value)评价各种冷水机组的部分负荷性能,,其计算公式如下:
对于COP或EER:

式中: —冷水机组在100%负荷下的COP或EER;
—冷水机组在75%负荷下的COP或EER;
—冷水机组在50%负荷下的COP或EER;
—冷水机组在25%负荷下的COP或EER;
系数(0.01、0.4213、0.45、0.12)—冷水机组运行的权重系数,综合考虑了绝大部分空调建筑物的类型和全美29个主要城市的气象条件。
根据上述计算方法得到实验机组的综合部分负荷性能系数为4.05W/W,一般半封闭活塞式电驱动冷水机组的IPLV=3.31~3.77W/W,而本实验机组的部分负荷特性系数较高,充分说明天然气发动机驱动的活塞式冷水机组具有良好的部分负荷特性。
结论
1、 利用改装的天然气发动机来驱动制冷压缩机的技术是可行的。
2、 相对于原来使用电动机驱动而言,系统的能量调节范围由0~50%~100%拓宽为29~55%和60~100%的连续调节。
3、 利用发动机转速反馈控制的技术是可靠的。
4、 与产生同样的制冷量和卫生热水量的直燃机相比,节能率达40%;
与产生同样的制冷量和卫生热水量的全电动系统相比,运行费用节省59%;与产生同样的制冷量和卫生热水量的电动压缩式制冷机+天然气锅炉系统相比,运行费用节省28%;

如欲更深了解本课题研究情况,请与本中心联系。

 
 
 
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