燃气直燃型吸收式机组的应用及经济性分析

摘 要

摘要：通过对北京市燃气直燃型溴化锂吸收式冷热水机组用户的制冷用气调查，分析了制冷用气规律。对燃气直燃型溴化锂吸收式冷热水机组的制冷系统与电制冷系统进行了经济性比较，分
摘要：通过对北京市燃气直燃型溴化锂吸收式冷热水机组用户的制冷用气调查，分析了制冷用气规律。对燃气直燃型溴化锂吸收式冷热水机组的制冷系统与电制冷系统进行了经济性比较，分析了推广燃气直燃型溴化锂吸收式冷热水机组的可行性。
关键词：直燃型溴化锂吸收式冷热水机组；燃气空调；离心式冷水机组
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
   随着社会生产力的发展和人民生活水平的提高，空调已成为各类建筑不可缺少的组成部分，夏季空调制冷的能耗很大。目前主要的制冷方式有电压缩式制冷、直燃型吸收式制冷以及蒸汽(或热水)型吸收式制冷，其中以电压缩式制冷为主，造成电力供应的峰谷差严重，给电力生产带来很大困难并造成浪费。此外，燃气的冬夏季负荷存在较大的峰谷差[1]，夏季燃气使用一直处于低负荷状态，不利于提高燃气管网利用率和经济效益。而燃气空调能缓解电力供应的紧张局面，且有利于缓解燃气冬夏季用气不平衡性，受到社会的广泛重视。本文仅对燃气直燃型溴化锂吸收式冷热水机组(以下简称燃气直燃机)的制冷用气和经济性进行探讨。通过对北京市燃气直燃机用户的制冷用气调查，分析其制冷用气规律，并与电制冷方式进行经济性比较。
2 燃气直燃机制冷用气的调查与分析
   ① 燃气直燃机的特点
   以溴化锂(LiBr)溶液为吸收剂，以水为制冷剂，以城市燃气为驱动热源；与电压缩式制冷机相比，燃气直燃机不仅消耗电量很少，而且对环境污染小[2]，符合当前的环保要求；功能全面，能同时或单独实现供暖、制冷、供应生活热水3种功能。
    ② 北京市燃气空调发展现状
    北京市的燃气空调自1994年开始使用，特别是在1997年陕气引入京津地区后，燃气空调在京津地区得到了较快的发展。至2008年，北京市天然气用气以供暖为主，发电、居民生活次之，空调制冷、汽车、工业用气占很小的比例，其中燃气空调用气量只占北京市全年用气量的3%左右。
    ③ 用气量及燃气费用分析
    为了深入研究和分析燃气直燃机制冷的用气规律，笔者对北京市一些使用燃气直燃机制冷的大型公共建筑进行了调查和数据收集，对其用气量和用气不均匀性作了初步分析。共调查大型公共建筑用户20户，统计年份为2005年至2008年，掌握了5月至9月的用气数据。这20户用户的公共建筑类型为展厅、公寓、写字楼以及商场等，累计制冷面积为836426m2。经统计计算得知，燃气直燃机制冷用户的平均用气量约为5.69m3/(m2·a)，按照现行北京制冷用燃气价格为2.28元/m3计算，则制冷需要的平均燃气费用为12.97元/(m2·a)。各类公共建筑燃气直燃机制冷的用气量及燃气费用见表1。
表1 各类公共建筑燃气直燃机制冷的用气量及燃气费用
建筑类型
制冷时间
用气量/(m3·m-2·a-1)
燃气费用/(元·m-2·a-1)
办公楼、综合楼
5—9月
4.70
10.70
博物馆、展厅
5—9月
3.50
7.90
商场、超市
5—9月
12.50
28.50
公寓、会所
5—9月
2.17
4.95
    ④ 用气规律分析
    选取上述20户燃气直燃机制冷用户中计量资料完整且包含2008年用气数据的12户进行分析，绘出日用气量曲线，见图1。由于这些用户具有一定代表性，且包含各类型公共建筑，由统计学规律可以基本反映出北京市燃气直燃机制冷的用气特点。
 

    由图1可知，北京市燃气直燃机制冷用户的用气量有较明显的规律性，即5、6、9月份用气较少，7、8月份用气较多，即7、8月份为用气高峰月。燃气直燃机制冷用气不均匀系数见表2。调查的10户燃气直燃机制冷用户2005年至2008年的年用气量见图2。

表2 2008年北京市12户典型燃气直燃机制冷用户用气不均匀系数
项目
5月
6月
7月
8月
9月
小时高峰系数
2.11O
2.258
1.927
1.937
3.942
日高峰系数
1.688
1.464
1.268
1.292
1.862
月不均匀系数
0.665
0.915
1.455
1.347
0.603
月高峰系数
1.455
供气量最大利用时间/h
830
    2005年至2007年用气量总体呈现增长趋势，平均年增长率为5.96%，可见燃气制冷还存在可观的发展潜力。2008年用气量明显偏小，分析认为2008年是为了保证北京奥运场馆用气做储备，因此2008年用气量不应在比较范围之内。
3 燃气直燃机制冷与电制冷的经济比较
    笔者对燃气直燃机制冷与电制冷进行了经济性比较，其中电制冷采用一次能源利用率最高的离心式冷水机组[3]。对采用离心式冷水机组和采用燃气直燃机的方案，末端装置的设备费用和运行费用均相同，故只比较离心式冷水机组及配套制冷机房系统和燃气直燃机及配套制冷机房系统的设备费用和运行费用，其中机组、水泵等主要设备价格采用笔者咨询的价格的平均值。
   ① 计算参数
   综合峰谷时段平均电价为0.75元/(kW·h)，天然气价格为2.28元/m3。
   ② 工况参数
   参考各调研用户的建筑面积，对制冷面积为50000m2的公共建筑进行费用估算。设冷负荷指标为80W/m2，总冷负荷为4000kW，每年需开启空调制冷时间为5个月(5～9月)，每天需开启冷水机组10h，燃气负荷按5.69m3/(m2·a)计算。离心式冷水机组的平均使用寿命为25a，燃气直燃机的平均使用寿命为24a。
   ③ 设备费用比较
   根据工况参数选择制冷机，配备相应的冷水系统和冷却水系统等主要设备。离心式冷水机组及配套制冷机房系统和燃气直燃机及配套制冷机房系统的配置及设备费用见表3。其中Φ为额定冷负荷，P为额定功率，qm,1为冷凝器的质量流量，qm,z为蒸发器的质量流量，qm为冷水(或冷却水)的质量流量，h为水泵扬程。
 
   由表3可知，燃气直燃机及配套制冷机房系统的单位面积年设备费用比离心式冷水机组及配套制冷机房系统高约64%。
   ④ 运行费用比较
   运行费用包括设备运行的能源消耗费(电费、燃料费)、设备维护费等，两个方案的运行费用比较见表4。
 

    由表4可知，燃气直燃机及配套制冷机房系统的单位面积年运行费用比离心式冷水机组及配套制冷机房系统低约25%。燃气直燃机及配套制冷机房系统比离心式冷水机组及配套制冷机房系统多出的总设备费用，系统运行4a即可节省出来。
    综合设备费用和运行费用，可以得出离心式冷水机组及配套制冷机房系统单位面积年制冷费用为30.35元(m2·a)，燃气直燃机及配套制冷机房系统单位面积年制冷费用为24.55元/(m2·a)，比离心式冷水机组及配套制冷机房系统节约费用约19%。燃气直燃机能同时或单独实现供暖、制冷、供应生活热水3种功能，且可将制冷机房、锅炉房合二为一，土建费用、设备费用、维护费用等都可减少，并具有良好的环保性、缓解电力峰谷矛盾等特点，故燃气直燃机具有很强的市场竞争力。
4 结论与建议
    ① 北京市制冷月主要为5～9月，4月和10月也有部分时间用气，但用气量较少，由调查统计得出每年7月、8月为制冷用气高峰月。燃气直燃机制冷单位面积年用气量约为5.69m3/(m2·a)，制冷用燃气费约为13元/(m2·a)。
    ② 电制冷方式在电力供应充足，特别是水力发电丰富的地区，应考虑采用，但电力消耗量大，会加重电网峰谷矛盾。燃气直燃机制冷在燃气供应充足的地区应提倡采用，能缓解城市夏季用电的紧张局面，对城市季节用气的平衡也有积极作用。
    ③ 通过对燃气直燃机制冷与电制冷的经济性比较得出，燃气直燃机制冷系统与电制冷系统在设备费用和运行费用方面各有利弊。综合考虑，燃气直燃机及配套制冷机房系统比离心式冷水机组及配套制冷机房系统的单位面积年制冷费用低约19%。北京市供气充足，夏季用气量较少，冬夏季用气量比最高可达7：1[4]，且燃气直燃机具有环保，平衡城市季节用气及缓解电力峰谷矛盾等优势。因此在北京市推广燃气直燃机具有很强的可行性。
参考文献：
[1] 漆凯.北京燃气供应问题及对策[J].北京规划建设20m(2)：42-44.
[2] 金晶，冯明志.发展燃气空调的优越性及可行性[J].能源研究与信息，2001，17(2)：84-88.
[3] 张蕊，涂光备，曹国庆.燃气直燃机冷热源的经济性分析[J].煤气与热力，2005，25(11)：35-38.
[4] 鲍秀伟.发展燃气空调是优化城市能源供应的关键[J].天津建设科技，2006(2).47-48.
 
(本文作者：石磊明1 杨蒙1 刘蓉1 徐静2 翟羽2 1.北京建筑工程学院 北京 100044；2.北京市燃气集团有限责任公司 北京 100035)