燃气热泵GHP—商用多联式中央空调的新应用
大连三洋制冷有限公司
摘要：随着世界能源的变革，国家电力紧张，推广燃气的政策的推出，在空调行业也要求使用节能环保的空调形式，做为一种新型的使用燃气的商用多联式中央空调机组，具有高效节能环保舒适的特点，可以有效的缓解电力紧张和燃气的季节不平衡的矛盾。
1 前言
根据我国经济持续、健康发展的需要，生态的可持续发展和能源的综合利用日益受到党和国家的重视，而且近几年来中国出现了电力紧张和燃油紧张的局面。
天然气作为一种清洁、高效的能源，得到了政府的广泛关注，国家也在开展一系列的燃气工程改变以煤为主的能源结构。在这里介绍一种以燃气为驱动能源、可实现夏季制冷冬季采暖的新型热泵商用多联式中央空调系统—燃气热泵。
2 燃气热泵GHP循环原理
2.1室外机工作原理及室外机构造：
燃气热泵（Gas Engine Heat Pump，简称GHP），是以燃气发动机驱动压缩机，使冷媒循环反复进行物理相变的过程，完成热量的不断交换传递，并通过四通阀使机组实现制冷和采暖的功能。 冷房运转：由燃气发动机驱动压缩机运转，吸收室内热量并排出室外，完成制冷循环。 暖房运转：由燃气发动机驱动压缩机运转，吸收室外空气的热量和燃气发动机排出的热量，并送入室内。由于可利用发动机排出的冷却水和废气的热量，暖房能力增加。 如下图所示（图1）：
室内机冷媒气冷媒液冷风（蒸发器）室内机（冷凝器）冷媒液热风冷媒气冷风热风热室外机（含压缩机、冷凝器、四通阀、废气热交换器等）热室外机（含压缩机、蒸发器、四通阀、废气热交换器等）Q1Q2压缩机Q3Q2：发动机套管的冷却水热量Q3：发动机排出的废气热量燃气发动机压缩机燃气发动机 图1 2.2室外机构造（如图2所示）：
1
室外机包括动力部分燃气发动机、压缩机、冷凝器、四通阀、以及排热利用相关装置。燃气热泵与电力热泵最直接的区别在于动力部分，电空调由电动机驱动压缩机运转，而燃气热泵是由燃气发动机驱动压缩机运转，而且发动机的排热可以回收利用，可以大大提高机组的效率和供暖能力。 2.3系统组成：
包括室外机、室内机、连接管路、配套系统等。连接管路包括气相冷媒管、液相冷媒管、 发动机冷却水管路、冷凝水管路、控制线路等。配套系统包括维持系统运转的基本的外围条件，如燃气系统、电力系统等。如下图所示（图3）：
图2
空气热交换器 排气热交换器 集液器 燃气发动机 压缩机
图3
风扇
3 燃气热泵GHP性能特点：
3.1燃气热泵具有节能环保性能。
(1)GHP使用的制冷剂为对臭氧层没有破坏作用的R407C，而一般电空调仍然使用对臭氧层有破坏作用的制冷剂R22。
(2)GHP的一次能源利用率高为冷暖平均1.33，比同样的电多联式空调要高约四分之一。燃气热泵的高效率可以最大限度的降低运转费用，大大提高能源的利用效率。
(3)燃气热泵使用清洁能源天然气或液化石油气，可以有效的降低环境污染。 3.2燃气热泵具有很强的环境适应性能。
（1）GHP可以利用发动机的排热，供暖能力不受环境温度影响，制热能力不随外界环境温度降低而降低。而一般的电空调在室外温度7℃时可以达到满负荷制热，随着室外温度的降低供暖能力也随着降低，在房间越需要供热时，能力越不足。在北方地区使用热泵冷暖空调必须增加其它供暖设施弥补电空调能力降低而造成的供暖不足的问题。(图4为电力热泵和燃气热泵的供暖能力比较)
2
图4
106 暖100 房能80 力60 （％）0
燃气热泵GHP ガスヒー电动热泵EHP 電気ヒー0
7 10
(2)GHP机组由于可以利用发动机排热，在冬天制热时，无需除霜。而一般的电空调在冬季湿度大、温度低时容易结霜，除霜不仅造成电力能源的浪费，而且造成室温波动比较大。
(3)一般电动热泵要求的最低制热外界环境温度为-15℃，低于-15℃机组无法正常启动，而GHP在-21℃时仍然可以制热，且暖房能力不降。
(4)GHP制冷时具有很好的过负荷性能，在夏季室外温度高时可以利用室外直流调速风机调节负荷，达到很好的制冷效果，对高温的天气很长的地区，GHP的直流调速风机可以很好的满足要求。 (5)一般电空调要求的最低制冷环境温度为-5℃，GHP可以在-10℃制冷，在一些冬季要求制冷的场所，具有很好的可靠性。 3.3燃气热泵具有优越的舒适性
(1)采用了双芯片微电脑控制的多重负荷控制系统，可根据负荷无级调节发动机的转速及压缩机的转速，实现变冷媒容量的控制，以及无级调节室外机风扇转速及冷却水的热量，达到按需供冷/热及精确控制室温和负荷的目的。一般的电空调一般为分段控制，或采用一个变频压缩机加几个定频压缩机，压缩机的频繁启停，会造成能量浪费和机组故障。(如图5所示) 图5
室内温度 燃气热泵运转状态
(发动机） 通过微电脑对转速进行控制
设定温度
高回転
低回転
(2)GHP由于可以利用发动机冷却水的热量，可以实现快速的制热。而一般的电空调在冬天时，启动
－15 －10 －5
外界环境温度（℃）
能量损失
电动热泵运转状态
(压缩机） OFF ON
室内温度 OFF
ON
OFF
ON
设定温度
3
一般需要预热，启动时间慢，会经常出现出风不制热的现象。(如图6所示) 图6
室温20 （℃15 ）10
5 0
25
燃气热泵GHP 电动热泵EHP 6
10
启动时间（同一负荷）
22 min
(3)GHP精确的负荷温度控制，以及无需除霜的特性，可以满足高舒适性。而电空调需要逆循环制冷除霜，在室内需要制热的时候，反而室内出现吹冷风的现象，而GHP的恒温控制则克服了电空调室温波动大给人造成的不适的缺点，使送风倍感舒适。(如图7所示)
制冷除霜
3.4燃气热泵采用超低噪音设计。
GHP室外机采用多项降噪减振技术，达到低噪音，可以屋顶地面随意安装布置，不需要空调机房。
20HP机组 噪音（dB） 三洋GHP 58 电动热泵（EHP） 60 制冷除霜 制冷除霜 图7
暖房时 室内温度 GHP燃气热泵 EHP电动热泵 3.5便捷系统控制性能，可最大限度的方便用户使用。
(1)室内外机容量配比可以达到200%，可以最大限度的减少业主的初投资。
(2)便捷的控制，可以最大程度的方便业主操作及安装调试维护,可以方便的通过遥控器一键开停机组，无需其它复杂操作。
(3)高可靠性、高耐久性的日本日产尼桑低速发动机，可以实现长寿命运行。 (4)灵活的系统设置，可以实现分户计量，方便用户及物业的管理。 3.6推广燃气热泵有利于能源的均衡利用，实现电力和燃气企业的双赢。
4
可缓解燃气和电力需求的季节不平衡性，实现能源资源的均衡利用。发展燃气空调GHP不仅能够削减夏季电力高峰，也对燃气起到填谷作用，可提高燃气管网的利用率，降低燃气的整体成本。
4 燃气热泵的发展及应用
4.1燃气热泵在日本及其它地区的应用：
在80年左右，由于日本电力的需求激增及第二次燃油危机的影响，开始GHP的研制，并于1984年由3家燃气公司与日本三洋共同开发生产15马力的机组。在日本，政府鼓励节能设备的使用，并给予用户一定的优惠税制。燃气热泵夏季用燃气制冷可以避开电力使用的高峰，正符合国家优惠税制，同时又具有暖房运行时的良好性能及经济优势，因此，GHP在日本得到很快的发展。由最初的每年几百台发展到2004年全部厂家出厂约50782台，而且燃气热泵空调的推广大大提高了能源的利用效率，缓解了电力紧张和燃气季节不平衡的矛盾。
在最近两年日本的燃气热泵厂家开始在世界范围内推广，主要在韩国、欧洲等国家销售GHP产品，由于GHP的独特优势，取得了不错的销售业绩。 4.2燃气热泵在中国的应用：
中国的燃气热泵开展源于近几年的电力紧张，和国家推广清洁能源的政策支持。燃气热泵的推广工作从2000年起一直到现在，并且由大连三洋首家引进并于2003年在国内正式生产，并且于2004年建成了年产1万台的国内最大的唯一的一条GHP生产线，目前在国内已经有了良好的销售形势，目前已经销售了几百套的产品，有了国家蛋白质研究中心、成都公用局、上海严康汽车、西安临潼天文台、港华燃气等一大批有影响力的用户。
5、总结
全球经济的发展，环保问题对能源发展提出了更高的要求，而目前中国的电力峰谷矛盾日益突出，国家正加紧对天然气的开发，“西气东输”工程已全面开展，未来能源发展的必然趋势为天然气资源。发展燃气空调GHP不仅能够削减夏季电力高峰，也对燃气起到填谷作用，缓解能源消费的季节不平衡性，GHP又具有暖房运行时的良好性能优势，非常适合在中国推广。因此GHP必将拥有十分广阔的发展前景，是未来商用中央空调的发展趋势。
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