1 前言
1．1能源利用與大氣污染問(wèn)題
近20多年來(lái)，我國(guó)工業(yè)化發(fā)展較快，燃料消耗急劇增加，大氣污染比較嚴(yán)重。根據(jù)國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果，全國(guó)廢氣中主要污染物為二氧化硫、煙塵和粉塵，因此，改善能源結(jié)構(gòu)，提高大氣質(zhì)量是一項(xiàng)重要的環(huán)保任務(wù)。
我國(guó)大氣污染的特點(diǎn)主要是由能源結(jié)構(gòu)決定的，屬于煤煙型污染。我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中有7496是由煤為原料組成的，全國(guó)發(fā)電量的80％為燃煤發(fā)電。煤過(guò)量使用帶來(lái)的環(huán)境污染不言而喻，煤煙塵中主要成分是二氧化碳和二氧化硫。環(huán)境污染已經(jīng)成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要問(wèn)題，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整迫在眉睫。
1．2能源利用結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平提高，以及全球變暖的氣候影響，我國(guó)制冷市場(chǎng)需求快速提高。現(xiàn)階段制冷的主要能源為電力，燃料油和天然氣只占很小比例。
電空調(diào)是一種高能耗設(shè)備，夏季空調(diào)負(fù)荷占夏季電力總負(fù)荷的40％，而且是負(fù)荷非均衡性的能耗設(shè)備，是造成電力供應(yīng)季節(jié)峰谷差的主要原因。國(guó)家不得不花巨資建設(shè)大批調(diào)峰機(jī)組、調(diào)峰電站，但仍無(wú)法確保不斷猛增的用電高峰負(fù)荷，夏季頻頻出現(xiàn)用電高峰期設(shè)備過(guò)載、掉閘斷電現(xiàn)象，同時(shí)必須面對(duì)電網(wǎng)安全問(wèn)題和供電成本增加的問(wèn)題。
北京市的天然氣應(yīng)用近年取得了飛速的發(fā)展，為提高首都居民生活水平、改善首都大氣環(huán)境、促進(jìn)北京申奧成功做出了巨大的貢獻(xiàn)。但仔細(xì)分析北京市天然氣供應(yīng)量的分布，冬季采暖用氣量非常大，而夏季制冷用氣始終保持在一個(gè)很低的水平，冬夏季均日用氣量相差7～8倍。為此需投巨資建設(shè)調(diào)峰儲(chǔ)氣庫(kù)，且天然氣輸配管網(wǎng)和設(shè)施必須按最大供應(yīng)能力建設(shè)，這樣當(dāng)夏季供氣低谷時(shí)必然造成管網(wǎng)資源的閑置和浪費(fèi)。
通過(guò)以上分析可以看出，燃?xì)馀c電力都存在峰谷差的難題，但是燃?xì)夥骞扰c電力峰谷有極大的互補(bǔ)性，夏季是燃?xì)馐褂玫牡凸?，卻是電力負(fù)荷的高峰期，燃?xì)庵评淇山档碗娋W(wǎng)夏季高峰負(fù)荷，填補(bǔ)燃?xì)庀募居脷饬康凸龋瑢?shí)現(xiàn)資源的充分和均衡利用。
燃?xì)鉄岜?GHP)也稱熱泵式燃?xì)饪照{(diào)，是天然氣用于中小型建筑物制冷和供暖的一種新的形式。
2 燃?xì)鉄岜?GHP)系統(tǒng)介紹
2．1燃?xì)庵评湎到y(tǒng)分類
燃?xì)庵评湎到y(tǒng)按工作原理主要分為吸收式和壓縮式，目前利用天然氣進(jìn)行制冷的系統(tǒng)主要有三種：利用天然氣燃燒產(chǎn)生熱量的吸收式冷熱水機(jī)組(直燃機(jī))、利用天然氣燃燒余熱的吸收式冷熱水機(jī)組(對(duì)接式直燃機(jī))和利用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮式制冷供暖機(jī)組(燃?xì)鉄岜?。其中直燃機(jī)一般應(yīng)用于2萬(wàn)平米以上的大型建筑，對(duì)接式直燃機(jī)更是應(yīng)用于大型冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，而燃?xì)鉄岜每梢造`活應(yīng)用于中小型建筑物，以燃?xì)庾鳛槟茉刺峁┲评浜凸┡?br>2．2燃?xì)鉄岜迷?br>
圖2—1熱泵循環(huán)原理圖
燃?xì)鉄岜?GHP)系統(tǒng)從其設(shè)備組成上來(lái)說(shuō)主要分為室外機(jī)、室內(nèi)機(jī)、冷媒連接管路、冷凝水管路、燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)、電力供應(yīng)系統(tǒng)和控制線路系統(tǒng)。其中室外機(jī)內(nèi)的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的心臟部分。
圖2—2 GHP系統(tǒng)構(gòu)成示意圖
在北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)公司的大力支持下，北京市燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)公司與日本洋馬能源系統(tǒng)株式會(huì)社合作在北京地區(qū)選取石景山區(qū)七星園小區(qū)內(nèi)一棟600平米的辦公樓進(jìn)行GHP工程試點(diǎn)，跟蹤GHP系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，收集數(shù)據(jù)資料，對(duì)GHP系統(tǒng)制冷供暖與其他制冷供暖方式進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，綜合評(píng)估實(shí)際效果，論證潛在用戶數(shù)量，并進(jìn)行設(shè)備引進(jìn)及設(shè)備國(guó)產(chǎn)化研究。
示范工程于2002年6月10日開始進(jìn)行設(shè)備安裝，6月19日系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)成功；2002年7月16日GHP系統(tǒng)正式開通運(yùn)行至今。示范項(xiàng)目取得圓滿成功，制冷供暖效果良好并引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。
4 技術(shù)分析
4．1 GHP系統(tǒng)的特點(diǎn)
4．1．1優(yōu)化能源利用結(jié)構(gòu)
燃?xì)庵评淇山档碗娋W(wǎng)夏季高峰負(fù)荷，填補(bǔ)燃?xì)庀募居脷饬康凸龋徑庀募居秒姼叻?，提高燃?xì)夤芫W(wǎng)利用率，實(shí)現(xiàn)資源的充分和均衡利用。
4．1．2使用一套系統(tǒng)解決夏季制冷和冬季供暖
GHP系統(tǒng)可以在供暖的熱泵循環(huán)中有效利用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)排出的熱量和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水系統(tǒng)的熱量，使GHP系統(tǒng)的供暖能力受室外溫度影響小(-15℃以上供暖能力不受影響)，可適用于更低的環(huán)境溫度；同時(shí)無(wú)需除霜，在寒冷地區(qū)可快速啟動(dòng)，具有電空調(diào)無(wú)法比擬的供暖優(yōu)勢(shì)。
4．1．3環(huán)保性能優(yōu)異
我國(guó)燃煤發(fā)電量占總發(fā)電量的80％以上，因此電力并不能算做真正意義上的清潔能源，GHP系統(tǒng)以天然氣、城市煤氣、液化石油氣等燃?xì)庾鳛槟茉?，是真正清潔的一次能源；設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)低排放，低噪音，低振動(dòng)；冷媒使用環(huán)保新冷媒R407C，對(duì)大氣臭氧層無(wú)破壞作用。
4．1．4更大的空調(diào)穩(wěn)定性和舒適性
以燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，可根據(jù)制冷供暖時(shí)的負(fù)荷變化，電腦控制無(wú)級(jí)變速調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以控制壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，保持室內(nèi)溫度更加穩(wěn)定、舒適。
4．1．5室外機(jī)室內(nèi)機(jī)搭配靈活
GHP系統(tǒng)的室外機(jī)有28～56KW多種規(guī)格，室內(nèi)機(jī)也有壁掛式、吸頂式、嵌入式、落地式等不同功率的多種規(guī)格，一臺(tái)室外機(jī)最多可帶20臺(tái)室內(nèi)機(jī)。因此，可根據(jù)建筑物的不同規(guī)模和功能靈活搭配GHP室外機(jī)和室內(nèi)機(jī)，按不同區(qū)域構(gòu)成相互獨(dú)立又相互聯(lián)系的系統(tǒng)，滿足不同的負(fù)荷需求。
4．2技術(shù)成熟性
日本是世界上GHP系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的發(fā)達(dá)國(guó)家。20世紀(jì)80年代，隨著日本電力需求激增和第二次燃油危機(jī)的爆發(fā)，日本政府出臺(tái)了新能源政策，推進(jìn)能源利用的多樣化和均衡化，鼓勵(lì)利用海上進(jìn)口的天然氣作為能源。1980年到1987年是GHP技術(shù)的研制階段，1987年開始市場(chǎng)銷售，1988年銷售10322臺(tái)，到2001年年銷量已達(dá)到46274臺(tái)，累計(jì)銷量約45萬(wàn)臺(tái)，廣泛應(yīng)用于商場(chǎng)、賓館、辦公樓、娛樂(lè)場(chǎng)所、醫(yī)院、集體宿舍、別墅、學(xué)校等場(chǎng)所。經(jīng)過(guò)20多年的研究和發(fā)展，GHP技術(shù)已經(jīng)是一項(xiàng)十分成熟的技術(shù)。
4．3技術(shù)適用性
經(jīng)過(guò)我們對(duì)北京試驗(yàn)項(xiàng)目GHP系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行數(shù)據(jù)的研究，GHP系統(tǒng)在北京市的氣候、環(huán)境、天然氣氣質(zhì)等條件下制冷和供暖運(yùn)轉(zhuǎn)十分正常，用戶對(duì)使用效果非常滿意，廢氣排放、噪音和震動(dòng)等指標(biāo)完全符合我國(guó)相關(guān)法規(guī)和規(guī)定的要求，適合在北京地區(qū)和全國(guó)范圍內(nèi)推廣。
5 經(jīng)濟(jì)分析
下面以所進(jìn)行示范項(xiàng)目的建筑物作為模型，進(jìn)行幾種制冷供暖方式應(yīng)用于中小型建筑的方案比較。
5．1參數(shù)說(shuō)明
該建筑是位于北京市石景山區(qū)七星園小區(qū)的三層辦公樓，建筑面積為600平方米。要求夏季制冷，冬季采暖。該建筑用途為辦公用房，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)單位建筑面積制冷負(fù)荷選取100w／m2，建筑總冷負(fù)荷約為60Kw；單位建筑面積供暖負(fù)荷選取為60w／m2，建筑總熱負(fù)荷約為36 Kw。北京市天然氣熱值按8300kcal／Nm3計(jì)算，天然氣價(jià)格按供暖1．90元／m3，制冷1．70元／m3，電價(jià)按平均0．633元／Kwh計(jì)算。
各方案一次性投資詳見(jiàn)附表一，運(yùn)行費(fèi)用詳見(jiàn)附表二。
5．2燃?xì)鉄岜?QHP)系統(tǒng)制冷供暖(方案一)
5．2．1一次性投資
GHP系統(tǒng)由2臺(tái)室外機(jī)和20臺(tái)室內(nèi)機(jī)及連接、控制管路組成。配套燃?xì)庀到y(tǒng)接自其樓內(nèi)原有低壓(2KPa)天然氣管線，電力系統(tǒng)接自其樓內(nèi)原有配電箱220V電源。
本方案投資未計(jì)GHP系統(tǒng)施工安裝費(fèi)用和配套燃?xì)狻㈦娏ο到y(tǒng)投資。
該建筑辦公室面積小數(shù)量多，因此GHP系統(tǒng)室內(nèi)機(jī)數(shù)量較多，導(dǎo)致單位建筑面積投資額較高；若建筑物的開間大、布局合理，單位建筑面積投資額可降至約600元／m2。
5．2．2運(yùn)行費(fèi)用
夏季制冷按制冷期120天，每天運(yùn)行10小時(shí)計(jì)算，冬季采暖按采暖期129天，每天運(yùn)行10小時(shí)計(jì)算，能耗指標(biāo)為試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)。
5．3電力中央空調(diào)(EHP)系統(tǒng)制冷供暖(方案二)
5．3．1一次性投資
EHP系統(tǒng)同樣由2臺(tái)室外機(jī)和20臺(tái)室內(nèi)機(jī)及連接、控制管路組成，設(shè)備型號(hào)規(guī)格與GHP系統(tǒng)相同。電力系統(tǒng)接至其樓內(nèi)原有配電箱220V電源。
本方案投資未計(jì)EHP系統(tǒng)施工安裝費(fèi)用和配套電力系統(tǒng)增容等投資。
5．3．2運(yùn)行費(fèi)用
夏季制冷按制冷期120天，每天運(yùn)行10小時(shí)計(jì)算，冬季采暖按采暖期129天，每天運(yùn)行10小時(shí)計(jì)算。
5．4直燃機(jī)系統(tǒng)制冷供暖(方案三)
5．4．1一次性投資
采用直燃機(jī)需在建筑物周圍建設(shè)直燃機(jī)房，設(shè)15萬(wàn)大卡／小時(shí)直燃機(jī)1臺(tái)，且直燃機(jī)的燃燒機(jī)使用5～15KPa天然氣氣源，需建設(shè)天然氣調(diào)壓設(shè)施。
本方案投資未計(jì)直燃機(jī)系統(tǒng)施工安裝費(fèi)用和配套燃?xì)夤艿劳顿Y。
5．4．2運(yùn)行費(fèi)用
夏季制冷按制冷期120天，每天運(yùn)行10小時(shí)計(jì)算，冬季采暖按采暖期129天，每天運(yùn)行10小時(shí)計(jì)算。
直燃機(jī)房需1人值班，工資按20元／天計(jì)算。
5．5電力分體空調(diào)制冷畸用鍋爐房供暖(方案四)
5．5．1一次性投資
此方案為近階段北京地區(qū)中小型建筑普遍采用的制冷采暖方式。需購(gòu)置安裝20臺(tái)電空調(diào)設(shè)備進(jìn)行夏季制冷，在建筑物周圍投資建設(shè)專用鍋爐房，設(shè)42Kw燃?xì)鉄崴仩t(北京地區(qū)已禁止使用燃煤鍋爐)進(jìn)行冬季供暖，燃?xì)庀到y(tǒng)接自其樓內(nèi)原有低壓(2KPa)天然氣管線，電力系統(tǒng)接自其樓內(nèi)原有配電箱220V電源。
本方案投資未計(jì)系統(tǒng)施工安裝費(fèi)用和配套電力系統(tǒng)增容等投資。
5．5．2運(yùn)行費(fèi)用
夏季制冷按制冷期120天，每天運(yùn)行10小時(shí)計(jì)算，冬季采暖按采暖期129天，每天運(yùn)行24小時(shí)計(jì)算。
鍋爐房需1人值班，工資按20元／天計(jì)算。
5．6電力分體空調(diào)制冷+熱網(wǎng)集中供暖(方案五)
5．6．1一次性投資
此方案需購(gòu)置安裝20臺(tái)電空調(diào)設(shè)備進(jìn)行夏季制冷，接入城市熱網(wǎng)進(jìn)行冬季供暖，電力系統(tǒng)接自其樓內(nèi)原有配電箱220V電源。
本方案投資未計(jì)系統(tǒng)施工安裝費(fèi)用和配套電力系統(tǒng)增容等投資。
5．6．2運(yùn)行費(fèi)用
夏季制冷按制冷期120天，每天運(yùn)行10小時(shí)計(jì)算，冬季采暖費(fèi)按24元／m2計(jì)算。
5．7方案比較
5．7．1費(fèi)用年值法
下面采用費(fèi)用年值法對(duì)各方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。所謂費(fèi)用年值法，就是將方案在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)償年限內(nèi)，將年費(fèi)用加以比較，年費(fèi)用應(yīng)是補(bǔ)償期內(nèi)年平均投資和年運(yùn)行費(fèi)用之和。
其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
式中：C——系統(tǒng)的年運(yùn)行費(fèi)用(元／年)；
K——制冷、供暖系統(tǒng)的投資額(元)：
X——投資效果系統(tǒng)(1／年)；且
其中：i——部門內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)收益率。對(duì)公用設(shè)施取投資利息；對(duì)住戶自購(gòu)的設(shè)備取儲(chǔ)蓄利息；
m——設(shè)備使用年限。
5．7．2費(fèi)用年值比較
各方案費(fèi)用年值詳見(jiàn)附表三。
通過(guò)比較可以看出，對(duì)于600m2的辦公樓來(lái)說(shuō)，分體電空調(diào)加集中供暖(方案五)費(fèi)用年值最低，但在不具備集中供暖條件的情況下，燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)(方案一)從經(jīng)濟(jì)性比較為最佳方案，其費(fèi)用年值比電力中央空調(diào)低9％，比直燃機(jī)低16％，比分體電空調(diào)加專用鍋爐房低28％。
正是燃?xì)鉄岜?GHP)系統(tǒng)的以下特點(diǎn)，決定了其在經(jīng)濟(jì)性上的優(yōu)勢(shì)：
1)放在樓頂或室外空地，不用專門設(shè)置機(jī)房，節(jié)省占地和投資；
2)自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)需專人值守，節(jié)省人工成本；
3)高效節(jié)能，運(yùn)行費(fèi)用最低。
6 結(jié)論
6．1技術(shù)可行
燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)在設(shè)備技術(shù)上已趨向成熟穩(wěn)定，完全適應(yīng)北京地區(qū)的氣候、環(huán)境、天然氣氣質(zhì)，設(shè)備推廣具備技術(shù)可行性。
6．2經(jīng)濟(jì)可行
對(duì)于中小型公共建筑物，在不具備集中供暖條件的情況下，采用燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)費(fèi)用年值最低，而且不必建機(jī)房，無(wú)需專人值守，可以節(jié)省機(jī)房占地和人員管理，提高綜合效益。
參考文獻(xiàn)：
《燃?xì)饪照{(diào)，重塑中國(guó)能源》 唐登平
《多種能源供暖的經(jīng)濟(jì)分析》 張治江 王 圣 劉龍河
1．1能源利用與大氣污染問(wèn)題
近20多年來(lái)，我國(guó)工業(yè)化發(fā)展較快，燃料消耗急劇增加，大氣污染比較嚴(yán)重。根據(jù)國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果，全國(guó)廢氣中主要污染物為二氧化硫、煙塵和粉塵，因此，改善能源結(jié)構(gòu)，提高大氣質(zhì)量是一項(xiàng)重要的環(huán)保任務(wù)。
我國(guó)大氣污染的特點(diǎn)主要是由能源結(jié)構(gòu)決定的，屬于煤煙型污染。我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中有7496是由煤為原料組成的，全國(guó)發(fā)電量的80％為燃煤發(fā)電。煤過(guò)量使用帶來(lái)的環(huán)境污染不言而喻，煤煙塵中主要成分是二氧化碳和二氧化硫。環(huán)境污染已經(jīng)成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要問(wèn)題，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整迫在眉睫。
1．2能源利用結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平提高，以及全球變暖的氣候影響，我國(guó)制冷市場(chǎng)需求快速提高。現(xiàn)階段制冷的主要能源為電力，燃料油和天然氣只占很小比例。
電空調(diào)是一種高能耗設(shè)備，夏季空調(diào)負(fù)荷占夏季電力總負(fù)荷的40％，而且是負(fù)荷非均衡性的能耗設(shè)備，是造成電力供應(yīng)季節(jié)峰谷差的主要原因。國(guó)家不得不花巨資建設(shè)大批調(diào)峰機(jī)組、調(diào)峰電站，但仍無(wú)法確保不斷猛增的用電高峰負(fù)荷，夏季頻頻出現(xiàn)用電高峰期設(shè)備過(guò)載、掉閘斷電現(xiàn)象，同時(shí)必須面對(duì)電網(wǎng)安全問(wèn)題和供電成本增加的問(wèn)題。
北京市的天然氣應(yīng)用近年取得了飛速的發(fā)展，為提高首都居民生活水平、改善首都大氣環(huán)境、促進(jìn)北京申奧成功做出了巨大的貢獻(xiàn)。但仔細(xì)分析北京市天然氣供應(yīng)量的分布，冬季采暖用氣量非常大，而夏季制冷用氣始終保持在一個(gè)很低的水平，冬夏季均日用氣量相差7～8倍。為此需投巨資建設(shè)調(diào)峰儲(chǔ)氣庫(kù)，且天然氣輸配管網(wǎng)和設(shè)施必須按最大供應(yīng)能力建設(shè)，這樣當(dāng)夏季供氣低谷時(shí)必然造成管網(wǎng)資源的閑置和浪費(fèi)。
通過(guò)以上分析可以看出，燃?xì)馀c電力都存在峰谷差的難題，但是燃?xì)夥骞扰c電力峰谷有極大的互補(bǔ)性，夏季是燃?xì)馐褂玫牡凸?，卻是電力負(fù)荷的高峰期，燃?xì)庵评淇山档碗娋W(wǎng)夏季高峰負(fù)荷，填補(bǔ)燃?xì)庀募居脷饬康凸龋瑢?shí)現(xiàn)資源的充分和均衡利用。
燃?xì)鉄岜?GHP)也稱熱泵式燃?xì)饪照{(diào)，是天然氣用于中小型建筑物制冷和供暖的一種新的形式。
2 燃?xì)鉄岜?GHP)系統(tǒng)介紹
2．1燃?xì)庵评湎到y(tǒng)分類
燃?xì)庵评湎到y(tǒng)按工作原理主要分為吸收式和壓縮式，目前利用天然氣進(jìn)行制冷的系統(tǒng)主要有三種：利用天然氣燃燒產(chǎn)生熱量的吸收式冷熱水機(jī)組(直燃機(jī))、利用天然氣燃燒余熱的吸收式冷熱水機(jī)組(對(duì)接式直燃機(jī))和利用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮式制冷供暖機(jī)組(燃?xì)鉄岜?。其中直燃機(jī)一般應(yīng)用于2萬(wàn)平米以上的大型建筑，對(duì)接式直燃機(jī)更是應(yīng)用于大型冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，而燃?xì)鉄岜每梢造`活應(yīng)用于中小型建筑物，以燃?xì)庾鳛槟茉刺峁┲评浜凸┡?br>2．2燃?xì)鉄岜迷?br>
圖2—1熱泵循環(huán)原理圖
燃?xì)鉄岜?GHP)系統(tǒng)從其設(shè)備組成上來(lái)說(shuō)主要分為室外機(jī)、室內(nèi)機(jī)、冷媒連接管路、冷凝水管路、燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)、電力供應(yīng)系統(tǒng)和控制線路系統(tǒng)。其中室外機(jī)內(nèi)的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的心臟部分。
圖2—2 GHP系統(tǒng)構(gòu)成示意圖
在北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)公司的大力支持下，北京市燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)公司與日本洋馬能源系統(tǒng)株式會(huì)社合作在北京地區(qū)選取石景山區(qū)七星園小區(qū)內(nèi)一棟600平米的辦公樓進(jìn)行GHP工程試點(diǎn)，跟蹤GHP系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，收集數(shù)據(jù)資料，對(duì)GHP系統(tǒng)制冷供暖與其他制冷供暖方式進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，綜合評(píng)估實(shí)際效果，論證潛在用戶數(shù)量，并進(jìn)行設(shè)備引進(jìn)及設(shè)備國(guó)產(chǎn)化研究。
示范工程于2002年6月10日開始進(jìn)行設(shè)備安裝，6月19日系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)成功；2002年7月16日GHP系統(tǒng)正式開通運(yùn)行至今。示范項(xiàng)目取得圓滿成功，制冷供暖效果良好并引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。
4 技術(shù)分析
4．1 GHP系統(tǒng)的特點(diǎn)
4．1．1優(yōu)化能源利用結(jié)構(gòu)
燃?xì)庵评淇山档碗娋W(wǎng)夏季高峰負(fù)荷，填補(bǔ)燃?xì)庀募居脷饬康凸龋徑庀募居秒姼叻?，提高燃?xì)夤芫W(wǎng)利用率，實(shí)現(xiàn)資源的充分和均衡利用。
4．1．2使用一套系統(tǒng)解決夏季制冷和冬季供暖
GHP系統(tǒng)可以在供暖的熱泵循環(huán)中有效利用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)排出的熱量和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水系統(tǒng)的熱量，使GHP系統(tǒng)的供暖能力受室外溫度影響小(-15℃以上供暖能力不受影響)，可適用于更低的環(huán)境溫度；同時(shí)無(wú)需除霜，在寒冷地區(qū)可快速啟動(dòng)，具有電空調(diào)無(wú)法比擬的供暖優(yōu)勢(shì)。
4．1．3環(huán)保性能優(yōu)異
我國(guó)燃煤發(fā)電量占總發(fā)電量的80％以上，因此電力并不能算做真正意義上的清潔能源，GHP系統(tǒng)以天然氣、城市煤氣、液化石油氣等燃?xì)庾鳛槟茉?，是真正清潔的一次能源；設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)低排放，低噪音，低振動(dòng)；冷媒使用環(huán)保新冷媒R407C，對(duì)大氣臭氧層無(wú)破壞作用。
4．1．4更大的空調(diào)穩(wěn)定性和舒適性
以燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，可根據(jù)制冷供暖時(shí)的負(fù)荷變化，電腦控制無(wú)級(jí)變速調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以控制壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，保持室內(nèi)溫度更加穩(wěn)定、舒適。
4．1．5室外機(jī)室內(nèi)機(jī)搭配靈活
GHP系統(tǒng)的室外機(jī)有28～56KW多種規(guī)格，室內(nèi)機(jī)也有壁掛式、吸頂式、嵌入式、落地式等不同功率的多種規(guī)格，一臺(tái)室外機(jī)最多可帶20臺(tái)室內(nèi)機(jī)。因此，可根據(jù)建筑物的不同規(guī)模和功能靈活搭配GHP室外機(jī)和室內(nèi)機(jī)，按不同區(qū)域構(gòu)成相互獨(dú)立又相互聯(lián)系的系統(tǒng)，滿足不同的負(fù)荷需求。
4．2技術(shù)成熟性
日本是世界上GHP系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的發(fā)達(dá)國(guó)家。20世紀(jì)80年代，隨著日本電力需求激增和第二次燃油危機(jī)的爆發(fā)，日本政府出臺(tái)了新能源政策，推進(jìn)能源利用的多樣化和均衡化，鼓勵(lì)利用海上進(jìn)口的天然氣作為能源。1980年到1987年是GHP技術(shù)的研制階段，1987年開始市場(chǎng)銷售，1988年銷售10322臺(tái)，到2001年年銷量已達(dá)到46274臺(tái)，累計(jì)銷量約45萬(wàn)臺(tái)，廣泛應(yīng)用于商場(chǎng)、賓館、辦公樓、娛樂(lè)場(chǎng)所、醫(yī)院、集體宿舍、別墅、學(xué)校等場(chǎng)所。經(jīng)過(guò)20多年的研究和發(fā)展，GHP技術(shù)已經(jīng)是一項(xiàng)十分成熟的技術(shù)。
4．3技術(shù)適用性
經(jīng)過(guò)我們對(duì)北京試驗(yàn)項(xiàng)目GHP系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行數(shù)據(jù)的研究，GHP系統(tǒng)在北京市的氣候、環(huán)境、天然氣氣質(zhì)等條件下制冷和供暖運(yùn)轉(zhuǎn)十分正常，用戶對(duì)使用效果非常滿意，廢氣排放、噪音和震動(dòng)等指標(biāo)完全符合我國(guó)相關(guān)法規(guī)和規(guī)定的要求，適合在北京地區(qū)和全國(guó)范圍內(nèi)推廣。
5 經(jīng)濟(jì)分析
下面以所進(jìn)行示范項(xiàng)目的建筑物作為模型，進(jìn)行幾種制冷供暖方式應(yīng)用于中小型建筑的方案比較。
5．1參數(shù)說(shuō)明
該建筑是位于北京市石景山區(qū)七星園小區(qū)的三層辦公樓，建筑面積為600平方米。要求夏季制冷，冬季采暖。該建筑用途為辦公用房，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)單位建筑面積制冷負(fù)荷選取100w／m2，建筑總冷負(fù)荷約為60Kw；單位建筑面積供暖負(fù)荷選取為60w／m2，建筑總熱負(fù)荷約為36 Kw。北京市天然氣熱值按8300kcal／Nm3計(jì)算，天然氣價(jià)格按供暖1．90元／m3，制冷1．70元／m3，電價(jià)按平均0．633元／Kwh計(jì)算。
各方案一次性投資詳見(jiàn)附表一，運(yùn)行費(fèi)用詳見(jiàn)附表二。
5．2燃?xì)鉄岜?QHP)系統(tǒng)制冷供暖(方案一)
5．2．1一次性投資
GHP系統(tǒng)由2臺(tái)室外機(jī)和20臺(tái)室內(nèi)機(jī)及連接、控制管路組成。配套燃?xì)庀到y(tǒng)接自其樓內(nèi)原有低壓(2KPa)天然氣管線，電力系統(tǒng)接自其樓內(nèi)原有配電箱220V電源。
本方案投資未計(jì)GHP系統(tǒng)施工安裝費(fèi)用和配套燃?xì)狻㈦娏ο到y(tǒng)投資。
該建筑辦公室面積小數(shù)量多，因此GHP系統(tǒng)室內(nèi)機(jī)數(shù)量較多，導(dǎo)致單位建筑面積投資額較高；若建筑物的開間大、布局合理，單位建筑面積投資額可降至約600元／m2。
5．2．2運(yùn)行費(fèi)用
夏季制冷按制冷期120天，每天運(yùn)行10小時(shí)計(jì)算，冬季采暖按采暖期129天，每天運(yùn)行10小時(shí)計(jì)算，能耗指標(biāo)為試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)。
5．3電力中央空調(diào)(EHP)系統(tǒng)制冷供暖(方案二)
5．3．1一次性投資
EHP系統(tǒng)同樣由2臺(tái)室外機(jī)和20臺(tái)室內(nèi)機(jī)及連接、控制管路組成，設(shè)備型號(hào)規(guī)格與GHP系統(tǒng)相同。電力系統(tǒng)接至其樓內(nèi)原有配電箱220V電源。
本方案投資未計(jì)EHP系統(tǒng)施工安裝費(fèi)用和配套電力系統(tǒng)增容等投資。
5．3．2運(yùn)行費(fèi)用
夏季制冷按制冷期120天，每天運(yùn)行10小時(shí)計(jì)算，冬季采暖按采暖期129天，每天運(yùn)行10小時(shí)計(jì)算。
5．4直燃機(jī)系統(tǒng)制冷供暖(方案三)
5．4．1一次性投資
采用直燃機(jī)需在建筑物周圍建設(shè)直燃機(jī)房，設(shè)15萬(wàn)大卡／小時(shí)直燃機(jī)1臺(tái)，且直燃機(jī)的燃燒機(jī)使用5～15KPa天然氣氣源，需建設(shè)天然氣調(diào)壓設(shè)施。
本方案投資未計(jì)直燃機(jī)系統(tǒng)施工安裝費(fèi)用和配套燃?xì)夤艿劳顿Y。
5．4．2運(yùn)行費(fèi)用
夏季制冷按制冷期120天，每天運(yùn)行10小時(shí)計(jì)算，冬季采暖按采暖期129天，每天運(yùn)行10小時(shí)計(jì)算。
直燃機(jī)房需1人值班，工資按20元／天計(jì)算。
5．5電力分體空調(diào)制冷畸用鍋爐房供暖(方案四)
5．5．1一次性投資
此方案為近階段北京地區(qū)中小型建筑普遍采用的制冷采暖方式。需購(gòu)置安裝20臺(tái)電空調(diào)設(shè)備進(jìn)行夏季制冷，在建筑物周圍投資建設(shè)專用鍋爐房，設(shè)42Kw燃?xì)鉄崴仩t(北京地區(qū)已禁止使用燃煤鍋爐)進(jìn)行冬季供暖，燃?xì)庀到y(tǒng)接自其樓內(nèi)原有低壓(2KPa)天然氣管線，電力系統(tǒng)接自其樓內(nèi)原有配電箱220V電源。
本方案投資未計(jì)系統(tǒng)施工安裝費(fèi)用和配套電力系統(tǒng)增容等投資。
5．5．2運(yùn)行費(fèi)用
夏季制冷按制冷期120天，每天運(yùn)行10小時(shí)計(jì)算，冬季采暖按采暖期129天，每天運(yùn)行24小時(shí)計(jì)算。
鍋爐房需1人值班，工資按20元／天計(jì)算。
5．6電力分體空調(diào)制冷+熱網(wǎng)集中供暖(方案五)
5．6．1一次性投資
此方案需購(gòu)置安裝20臺(tái)電空調(diào)設(shè)備進(jìn)行夏季制冷，接入城市熱網(wǎng)進(jìn)行冬季供暖，電力系統(tǒng)接自其樓內(nèi)原有配電箱220V電源。
本方案投資未計(jì)系統(tǒng)施工安裝費(fèi)用和配套電力系統(tǒng)增容等投資。
5．6．2運(yùn)行費(fèi)用
夏季制冷按制冷期120天，每天運(yùn)行10小時(shí)計(jì)算，冬季采暖費(fèi)按24元／m2計(jì)算。
5．7方案比較
5．7．1費(fèi)用年值法
下面采用費(fèi)用年值法對(duì)各方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。所謂費(fèi)用年值法，就是將方案在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)償年限內(nèi)，將年費(fèi)用加以比較，年費(fèi)用應(yīng)是補(bǔ)償期內(nèi)年平均投資和年運(yùn)行費(fèi)用之和。
其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
式中：C——系統(tǒng)的年運(yùn)行費(fèi)用(元／年)；
K——制冷、供暖系統(tǒng)的投資額(元)：
X——投資效果系統(tǒng)(1／年)；且
其中：i——部門內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)收益率。對(duì)公用設(shè)施取投資利息；對(duì)住戶自購(gòu)的設(shè)備取儲(chǔ)蓄利息；
m——設(shè)備使用年限。
5．7．2費(fèi)用年值比較
各方案費(fèi)用年值詳見(jiàn)附表三。
通過(guò)比較可以看出，對(duì)于600m2的辦公樓來(lái)說(shuō)，分體電空調(diào)加集中供暖(方案五)費(fèi)用年值最低，但在不具備集中供暖條件的情況下，燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)(方案一)從經(jīng)濟(jì)性比較為最佳方案，其費(fèi)用年值比電力中央空調(diào)低9％，比直燃機(jī)低16％，比分體電空調(diào)加專用鍋爐房低28％。
正是燃?xì)鉄岜?GHP)系統(tǒng)的以下特點(diǎn)，決定了其在經(jīng)濟(jì)性上的優(yōu)勢(shì)：
1)放在樓頂或室外空地，不用專門設(shè)置機(jī)房，節(jié)省占地和投資；
2)自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)需專人值守，節(jié)省人工成本；
3)高效節(jié)能，運(yùn)行費(fèi)用最低。
6 結(jié)論
6．1技術(shù)可行
燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)在設(shè)備技術(shù)上已趨向成熟穩(wěn)定，完全適應(yīng)北京地區(qū)的氣候、環(huán)境、天然氣氣質(zhì)，設(shè)備推廣具備技術(shù)可行性。
6．2經(jīng)濟(jì)可行
對(duì)于中小型公共建筑物，在不具備集中供暖條件的情況下，采用燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)費(fèi)用年值最低，而且不必建機(jī)房，無(wú)需專人值守，可以節(jié)省機(jī)房占地和人員管理，提高綜合效益。
參考文獻(xiàn)：
《燃?xì)饪照{(diào)，重塑中國(guó)能源》 唐登平
《多種能源供暖的經(jīng)濟(jì)分析》 張治江 王 圣 劉龍河
