摘 要：從能量轉換及一次能源利用系數角度對燃氣制冷供暖的幾種方式進行了分析，指出應從整個系統出發計算系統的綜合一次能源利用系數，并作為評價系統性能的一個重要指標。
關鍵詞： 燃氣； 制冷供暖 ； 能量轉換； 一次能源利用系數
1 引言
燃氣包括天然氣、人工煤氣、液化石油氣和沼氣，其中人工煤氣為煤等固體燃料干餾或氣化而來，屬二次能源。由于人工煤氣生產過程中的污染問題，在發達國家基本已淘汰，在我國燃氣的比例中也逐漸減少。本文主要指天然氣、液化石油氣燃燒效率高、污染小，是一種清潔的一次能源。過去燃氣在我國主要是通過燃氣灶、燃氣熱水器提供生活用熱，以及燃氣鍋爐、燃燒器等提供生產用熱。隨著我國社會的發展，人民生活水平的不斷提高，制冷供暖高速發展，其能耗越來越大。靠傳統的電制冷方式，則需不斷加大電網高峰負荷，這樣使得峰谷差值增大，電網負荷率減少，電力系統負荷特性劣化。“1998年約有2000萬kW裝機容量僅在高峰時段運行數百小時，發電資源浪費很大。”顯然這與電力制冷負荷有密切關系[1]。而傳統的燃煤鍋爐供暖的低效率、大污染的弊端也越來越為人們所重視。燃氣供暖比例加大，使得我國燃氣冬夏季日用氣量相差很大，燃氣管網能力夏季處于閑置狀態，利用燃氣制冷可改善電力負載率，填補燃氣夏季的低谷，實現資源的充分和均衡利用。目前國內已有燃氣公司為推廣燃氣使用范圍，解決夏季管網閑置問題，擬實行分季計價政策，夏季燃氣用戶在氣價、管網投資等各類費用上可享受優惠。同時我國能源結構的調整，國家的環保基本國策也必將使燃氣制冷供暖比例逐年增加。
2 燃氣化學能→熱能→制冷、供暖
2.1 燃氣驅動吸收式熱泵用于制冷、供暖
吸收式熱泵工作原理見圖1，理想的吸收式熱泵有 Tc= Ta= Tm(中間溫度)。加入系統的能量有燃氣一次能源的供熱量Qg、溶液泵消耗的功WP，因為WP << Qg，忽略WP ，則其最大制熱性能系數、制冷系數等于相應一次能源利用系數：
式中 εh,a，Eh,a—分別為吸收式熱泵制熱性能系數和一 次能源利用系數；
εr,a，Er,a—分別為吸收式熱泵制冷性能系數和一次 能源利用系數。
Tc，Ta，Tm— 分別為冷凝溫度、吸收溫度以及在 理想的吸收式熱泵循環中Tc＝Ta時相對冷 源溫度和熱源溫度之間的中間溫度；
Tg，Te—分別為發生溫度和蒸發溫度。
對于同溫度范圍的壓縮式逆卡諾循環（見圖2右部），其制熱性能系數、制冷性能系數永遠大于吸收式熱泵：
式中εh,c，Er,c—分別為逆卡諾循環制熱性能系數、制冷 性能系數。
但從一次能源利用來看，電動機驅動的壓縮式逆卡諾循環的一次能源利用系數為：
式中 εh,c，Er,c—分別為逆卡諾循環制熱、制冷時的一次 能源利用系數；
η—為發電效率和輸配效率之積，煤變電時約為 0.27，大型燃氣機發電廠約為0.46。
供暖時，若取Te =264K(－9℃),η=0.27，令
則可得Tg > 361.6K(88.6℃)，制冷時，若取Tc = Tm = 306.2K(33.2℃)，則Tg > 419.5K(146.5℃)，理想的吸收式熱泵的一次能源利用系數就大于電驅動的壓縮式循環。燃氣變電η=0.46，Tg相應取得高些，分別為216℃，294℃。
目前燃氣吸收式熱泵εh,a>1.0，單效直燃機ε r,a＝ 0.7，雙效直燃機為1.1，新的三效機組有望達到1.4～ 1.5。當然，若考慮電廠余熱的綜合利用，就不應孤立地評價某一個設備的一次能源利用系數，而應從整個系統出發，來計算系統的綜合一次能源利用系數，并以此為依據來評價系統的好壞。對于燃氣吸收式熱泵若能同時制冷、供暖，如夏季向建筑提供制冷的同時提供洗澡等生活用或生產用熱，冬季向建筑提供供暖的同時提供生產用冷量，無疑一次能源利用系數將大大提高。
2.2 燃氣燃燒直接供暖
利用燃氣燃燒產生的熱能直接供暖的方式有：
（１）區域燃氣鍋爐房（適宜于幾十萬m2建筑面積）。 一次能源利用系數為鍋爐燃燒效率ηb與熱網效率η1，熱力站或用戶引入口二次換熱效率η2之積：
（２）集中鍋爐房（十幾萬m2建筑面積） 。一次能源利用系數為：
（３）直燃機（供暖時相當于一真空鍋爐）、組合式鍋爐、落地式容積式燃氣鍋爐、戶用壁掛爐、燃氣紅外線輻射器、燃氣暖風機，無室外管道熱損失。一次能源利用系數為設備的燃燒效率：
2.3 燃氣加熱電熱泵
利用燃氣冬季加熱分體式電熱泵的室外機以提高熱泵的出力時一次能源利用系數：
3 燃氣化學能→熱能→機械能→驅動熱泵制 冷、供暖
3.1 利用汽輪機驅動熱泵
燃氣鍋爐產生蒸汽推動汽輪機，再驅動熱泵，要考慮汽輪機消耗的功、效率和余熱，一次能源利用系數為：
3.2 利用燃氣發動機驅動熱泵
燃氣發動機按工作原理不同有燃氣輪機和內燃機兩種，從機器結構形式上有透平式和往復式。一次能源利用系數計算公式同公式（11），（12），ηtur＝0.37～0.42，ηinter＝0.25～0.45。燃氣輪機驅動熱泵制冷、供暖工作原理見圖2。
燃氣內燃機以燃料在汽缸中燃燒時生成的燃燒產物為工質做功帶動壓縮機，在夏季通過吸收室內的熱量排出室外完成制冷循環，在冬季，則由內燃機驅動壓縮機運轉，吸收室外熱量和燃氣內燃機排出的熱量送入室內，達到供暖的目的。實際運行結果，無回收缸體冷卻熱時， Eh= 0.9~1.0 ；回收汽缸余熱時，會有所提高；同時制冷供暖時，Eh可達1.74[3]。 目前這種燃氣發動機驅動空調示范項目已在北京正式開通運行，效果良好。
4 燃氣化學能→電能→制冷、供暖
4.1 燃氣化學能變電能
燃氣可以通過蒸汽輪機發電，也可以通過燃氣輪機發電；可以通過以上設備單獨發電，也可以熱電冷三聯供；可以是熱電站發電，也可以是小型燃氣輪機、微型燃氣輪機、燃氣內燃機小范圍熱電聯產，而且小范圍熱內的聯產能源利用率更高些，見表1。
4.2 電變熱用于供暖
電可通過電熱膜、電暖風機、電油汀、電輻射供暖器等直接向室內供暖，根據發電效率、輸變電損失率和電制冷制熱的性能系數，以及余熱利用情況，就可以計算出系統的綜合一次能源利用系數。
5 結語
（1）燃氣用于制冷、供暖方式有多種，其中燃氣變電再用于直接供暖的一次能源利用系數最小。其次是燃氣直接燃燒用于供暖，兩種方式的一次能源利用系數都小于1.0。燃氣驅動熱泵方式能源利用系數較高，利于節能。
（2）同時制冷、供暖的燃氣熱泵能源利用系數最高，應優先考慮這種方案的可行性。利用燃氣發動機、吸收式制冷機和余熱鍋爐實現住宅小區冷熱電聯產，系統的綜合一次能源利用系數可以大大提高，應該是集合住宅空調冷熱源今后的發展趨勢。
（3）應從整個系統出發,計算系統的綜合一次能源利用系數，作為評價系統性能的一個重要指標。
參考文獻
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[2] 徐邦裕，陸亞俊，等 . 熱泵[M]. 北京：中國建筑工業出版社 , 1996 .
[3] 候根富，等 . 風冷燃氣機驅動壓縮式熱泵冷水機組運行特性試驗研究[J] . 暖通空調 , 2001, 31(3).
[4] 韓曉平. 小型燃氣熱電聯產在西氣東輸市場械撓τ肹EB/OL]. http://www.china5e.com, 2001-03-22.
