2017年全国各地纷纷出台“煤改电”、“煤改气”政策，新型节电、节气供热设备成为众多供热企业持续从事供热事业的方向。本文主要介绍了燃气空气源吸收式热泵（以下简称“燃气热泵”）的原理以及在初投资低、运行费低、排放低和对抗投资风险能力高、对抗入住率不稳定能力高、分布式供热应用中的优势。
关键词：
氨-水吸收式循环 燃气空气源吸收式热泵 分布式供热
1引言
当前，我国“煤改气、煤改电”很多城市普遍采用的供热热源方式为燃气锅炉、燃气壁挂炉和电空气源热泵，然而在运行过程中暴露出了许多问题。
1.1运行费高
煤改后采暖运行费由二十多元猛增至三十多至六十多元。以燃气壁挂炉为例，普遍运行费在40~50多元。集中供暖的燃气锅炉采暖费也在三十多元。严重拖累供暖企业及政府，供暖企业入不敷出，政府为保民生项目推出补贴，拖累地方财政。
1.2排放高
根据国家燃气锅炉排放要求，燃气锅炉二氧化硫排放在50mg/m³，氮氧化物排放在150~200mg/m³，颗粒物排放浓度在20mg/m³，烟气黑度≤1。如全部煤改后其规模和体量也是不能回避的。
电空气源热泵使用电为驱动能源，在采暖区域的华北及东北区域，普遍使用火力发电，电做为二次能源也是使用煤这种一次能源转换来，采暖更改后，增加电量使用，增加火电厂的污染，污染依旧存在。
2分布式供热技术
所谓“分布式供热”，就是把过去一个城镇只有一个供热中心、一个大集中的热源点，因地制宜地改变为分建若干个热源点，从而提高供热效率，缩短管网，降低热耗，减少污染，降低费用，美化环境。从技术层面来说，这种“分布式集中供热”模式，不需要过去那样的大锅炉、大烟囱、大管网，可以节约煤炭1／3，污染排放物均达到了天然气锅炉的国家排放标准。按照不同城市或单位个性化的供热要求，它可以实现分布布点、隐身供热，克服了目前大集中供热的许多弊病，使煤更省、气更净、价更低、热损耗更小、环境更美好。【1】
由于分布式供暖系统是在小区内或每栋楼内完成系统循环，所以这种系统网规模小，无需换热站，热损失和动力消耗小，易克服水力失调，节约能源 。所以分布式供热系统必会成为将来供热科技的潮流。
3燃气空气源吸收式热泵原理
燃气空气源吸收式热泵机组工作形式为氨—水吸收式循环。系统内部包括两个循环：制冷剂循环和吸收剂循环 ，其中氨为制冷剂，水为吸收剂。
吸收剂循环为：在发生器中，氨水浓溶液被燃气加热，氨气从溶液中不断蒸发出来后溶液浓度降低，成为稀溶液。稀溶液经节流阀进入吸收器。在吸收器中，稀溶液吸收来自蒸发器器的氨气并放出大量的热量成为氨水浓溶液。从吸收器来的浓溶液经过水冷换热器降温后，再经溶液泵加压后送入精馏器，之后浓溶液一部分直接进入发生器提馏段，一部分进入降膜式吸收器的GAX高效换热器进行热交换。两部分浓溶液在换热后都回到发生器，进入下一个吸收剂的循环。
制冷剂循环为：在发生器中，氨水浓溶液被燃气加热，高温高压的氨气被不断蒸发出来。氨气经精馏器精馏后进入冷凝器，在冷凝器中经水冷换热器降温后，冷凝为液氨进入过冷器，与来自换热器的氨气进行热量交换成为过冷的氨溶液，过冷氨溶液经膨胀阀节流后进入翅片换热器（蒸发器），吸收空气中的热量转化为氨气，经过冷器变为过热的氨气，然后进入吸收器被稀溶液吸收，变为浓溶液被泵输入发生器，进入下一制冷剂的循环。
图1 燃气热泵原理
系统能源输入：高温热量供给发生器加热Q1+低温热量供给蒸发器Q2
系统热量输出：冷凝热Q3+吸收热Q4
在吸收式系统中：Q2≈Q3、Q1≈Q4 COP=(Q3+Q4)/Q1≈1+Q2/Q1
燃气热泵采用吸收式热泵技术，以天然气作为热源驱动机组工作，机组通过蒸发器吸收空气中的热量，将燃气热能与空气能的完美结合，高效制热机组（机组的COP=1.8）【2】。
4燃气热泵供热优势
4.1投资低
耐低温 衰减少 投资低：燃气热泵能在-30℃正常运行，衰减少，输出功率大，相同负荷所用设备少，投资低。
无霜 无衰减 投资低：燃气热泵采用无霜技术，在最恶劣的0℃95%环境下基本不结霜。机组无结霜衰减，选用设备少，投资低。
无需二次热网 投资低：可直接安装在建筑屋顶对单楼供暖，无需二次热网，投资低。也可多台拼接。
模块组合 无极调节 投资低：机组采用模块化组合方式，无极调节，单机、多机均可运行，有效降低投资。
4.2运行费用低
使用更便宜的一次能源（天然气），运行费用低；
使用免费空气能，COP高达1.8，运行费用低；
无结霜衰减，运行费用低；
燃气热泵可直接安装在建筑屋顶直接单楼供暖，无大规模供热管网和二网的热量损失，运行费用低；
燃气热泵使用无霜和耐低温技术，提高了机组对抗高湿低温环境能力，大大减少了对天然气的需求，运行费用更低；
燃气热泵模块化组合，无极调节 很具室内用热需求，增加机组数量，无极调节制热量，控制出水温度，避免热量浪费，进一步降低运行费。
4.3排放低
燃气热泵使用热泵原理，天然气消耗量只有传统燃气锅炉的45%左右，排放量由此减少了55%，排放低。
燃气热泵采用先进的预混燃烧技术，是氮氧化物的排放达到了国际先进水，排放更低。
排放量对比（表1）
| 污染物项目 | 国家锅炉标准 | 国家火电厂标准 | 北京市锅炉大气污染物排放标准 | 燃气热泵 |
| 二氧化硫排放浓度 | 50mg/m³ | 35mg/m³ | 10mg/m³ | 9mg/m³ |
| 氮氧化物排放浓度 | 150~200mg/m³ | 100mg/m³ | 30mg/m³ | 27mg/m³ |
| 颗粒物排放浓度 | 20mg/m³ | 5mg/m³ | 5mg/m³ | 2.3mg/m³ |
| 烟气黑度 | ≤1 | ≤1 | ≤1 | ＜1 |
4.4对抗投资风险能力高
燃气热泵在建筑完成后才分布安装的特性，能有效提高客户对抗投资风险的能力，降低资金成本。
4.5对抗入住率不稳定性能力高
入住率不稳定是供热公司经营好坏的关键因素，是经营杀手。
燃气热泵模块组合方式和单台无极调节的能力，从根本上提高供热公司对抗入住率不稳定的问题，提高对入住率的适应性，便不可控为可控，提高了盈利的稳定性。
5样本工程
河北石家庄岭南庄园燃气热泵采暖项目
图2 岭南庄园项目现场
岭南庄园住宅供暖热源工程，位于石家庄市南三环与裕翔街交口处。
建筑面积46000平方米，供暖面积35000平方米，采暖负荷40W/㎡。建筑室内末端采用地板辐射采暖方式，设计供回水温度45/35℃。
燃气热泵28台，露天集中布置，配套的全自动软水器、软水箱、高低区循环水泵及补水泵均安装在地下锅炉房。
项目运行情况：燃气热泵供暖热源系统从2017年11月15日开始供暖， 2017年3月15日供暖期结束，供暖期室内供暖温度保持20-22℃左右，消耗燃气量140300标方（折合每平米消耗天然气4.01标方）;耗电量110400度（折合每平米消耗电量3.1度），节能效果和环保效益显著。
根据燃气价格2.9元/Nm³，电费0.8元/kw.h。每平采暖费用14.1元。
石家庄岭南庄园排放量对比（表2）
| 岭南庄园小区采暖运行对比分析 | ||||
| 序号 | 名称 | 燃气热泵系统 | 燃气锅炉系统 | 电空气源系统 |
| 1 | 供暖建筑面积（㎡） | 35000 | ||
| 2 | 供暖季总耗热量（MJ） | 8419555.18 | ||
| 3 | 供暖季供暖费（元） | 494555.0 | 836390.8 | 958738.1 |
| 4 | 单位面积供暖费（元） | 14.1 | 23.9 | 32.1 |
| 5 | 二氧化硫排放总量(kg) | 16.9 | 37.2 | 31.5 |
| 6 | 氮氧化物排放总量(kg) | 50.7 | 111.7 | 89.9 |
| 7 | 颗粒物排放总量(kg) | 4.3 | 18.6 | 4.5 |
备注：
1、燃气燃烧过量空气按照1.3，即燃烧1m³天然气产生13.38m³废气。
2、燃气锅炉系统供热效率按照85%，排放标准按照北京地区。
3、电空气源系统采暖按照采暖期综合cop=1.7，煤电转换1Kw.h电=350g煤，煤燃烧1kg产生1.867m³废气，排放标准按照国家火电厂排放标准。
6结束语
燃气空气源吸收式热泵分散式供热相较于燃气锅炉和电空气源热泵具有显著的优势，节约了资源、降低了运行费用、减少了排放，更是响应了国家“煤改气”的号召，为环保工作做出了巨大贡献。燃气热泵的问世必将掀起一个崭新的分散式供热浪潮。
参考文献
【1】赵昀伟 大集中供热的弊端与分散式集中供热的优势探析[J]—中国经济时报
【2】曾慧文 韩士勇 一种新型供暖技术-燃气吸收式空气源热泵-工程技术2017.03
【3】张斌 浅谈集中供热存在的问题[J]—城市建设理论研究（2013.16）
本文刊登在中国城市燃气协会分布式能源专业委员会主办的《分布式能源》2018年第3期/总第23期上，转载务必注明出处！
