2017年全國各地紛紛出臺“煤改電”、“煤改氣”政策，新型節電、節氣供熱設備成為眾多供熱企業持續從事供熱事業的方向。本文主要介紹了燃氣空氣源吸收式熱泵（以下簡稱“燃氣熱泵”）的原理以及在初投資低、運行費低、排放低和對抗投資風險能力高、對抗入住率不穩定能力高、分布式供熱應用中的優勢。
關鍵詞：
氨-水吸收式循環 燃氣空氣源吸收式熱泵 分布式供熱
1引言
當前，我國“煤改氣、煤改電”很多城市普遍采用的供熱熱源方式為燃氣鍋爐、燃氣壁掛爐和電空氣源熱泵，然而在運行過程中暴露出了許多問題。
1.1運行費高
煤改后采暖運行費由二十多元猛增至三十多至六十多元。以燃氣壁掛爐為例，普遍運行費在40~50多元。集中供暖的燃氣鍋爐采暖費也在三十多元。嚴重拖累供暖企業及政府，供暖企業入不敷出，政府為保民生項目推出補貼，拖累地方財政。
1.2排放高
根據國家燃氣鍋爐排放要求，燃氣鍋爐二氧化硫排放在50mg/m³，氮氧化物排放在150~200mg/m³，顆粒物排放濃度在20mg/m³，煙氣黑度≤1。如全部煤改后其規模和體量也是不能回避的。
電空氣源熱泵使用電為驅動能源，在采暖區域的華北及東北區域，普遍使用火力發電，電做為二次能源也是使用煤這種一次能源轉換來，采暖更改后，增加電量使用，增加火電廠的污染，污染依舊存在。
2分布式供熱技術
所謂“分布式供熱”，就是把過去一個城鎮只有一個供熱中心、一個大集中的熱源點，因地制宜地改變為分建若干個熱源點，從而提高供熱效率，縮短管網，降低熱耗，減少污染，降低費用，美化環境。從技術層面來說，這種“分布式集中供熱”模式，不需要過去那樣的大鍋爐、大煙囪、大管網，可以節約煤炭1／3，污染排放物均達到了天然氣鍋爐的國家排放標準。按照不同城市或單位個性化的供熱要求，它可以實現分布布點、隱身供熱，克服了目前大集中供熱的許多弊病，使煤更省、氣更凈、價更低、熱損耗更小、環境更美好。【1】
由于分布式供暖系統是在小區內或每棟樓內完成系統循環，所以這種系統網規模小，無需換熱站，熱損失和動力消耗小，易克服水力失調，節約能源 。所以分布式供熱系統必會成為將來供熱科技的潮流。
3燃氣空氣源吸收式熱泵原理
燃氣空氣源吸收式熱泵機組工作形式為氨—水吸收式循環。系統內部包括兩個循環：制冷劑循環和吸收劑循環 ，其中氨為制冷劑，水為吸收劑。
吸收劑循環為：在發生器中，氨水濃溶液被燃氣加熱，氨氣從溶液中不斷蒸發出來后溶液濃度降低，成為稀溶液。稀溶液經節流閥進入吸收器。在吸收器中，稀溶液吸收來自蒸發器器的氨氣并放出大量的熱量成為氨水濃溶液。從吸收器來的濃溶液經過水冷換熱器降溫后，再經溶液泵加壓后送入精餾器，之后濃溶液一部分直接進入發生器提餾段，一部分進入降膜式吸收器的GAX高效換熱器進行熱交換。兩部分濃溶液在換熱后都回到發生器，進入下一個吸收劑的循環。
制冷劑循環為：在發生器中，氨水濃溶液被燃氣加熱，高溫高壓的氨氣被不斷蒸發出來。氨氣經精餾器精餾后進入冷凝器，在冷凝器中經水冷換熱器降溫后，冷凝為液氨進入過冷器，與來自換熱器的氨氣進行熱量交換成為過冷的氨溶液，過冷氨溶液經膨脹閥節流后進入翅片換熱器（蒸發器），吸收空氣中的熱量轉化為氨氣，經過冷器變為過熱的氨氣，然后進入吸收器被稀溶液吸收，變為濃溶液被泵輸入發生器，進入下一制冷劑的循環。
圖1 燃氣熱泵原理
系統能源輸入：高溫熱量供給發生器加熱Q1+低溫熱量供給蒸發器Q2
系統熱量輸出：冷凝熱Q3+吸收熱Q4
在吸收式系統中：Q2≈Q3、Q1≈Q4 COP=(Q3+Q4)/Q1≈1+Q2/Q1
燃氣熱泵采用吸收式熱泵技術，以天然氣作為熱源驅動機組工作，機組通過蒸發器吸收空氣中的熱量，將燃氣熱能與空氣能的完美結合，高效制熱機組（機組的COP=1.8）【2】。
4燃氣熱泵供熱優勢
4.1投資低
耐低溫 衰減少 投資低：燃氣熱泵能在-30℃正常運行，衰減少，輸出功率大，相同負荷所用設備少，投資低。
無霜 無衰減 投資低：燃氣熱泵采用無霜技術，在最惡劣的0℃95%環境下基本不結霜。機組無結霜衰減，選用設備少，投資低。
無需二次熱網 投資低：可直接安裝在建筑屋頂對單樓供暖，無需二次熱網，投資低。也可多臺拼接。
模塊組合 無極調節 投資低：機組采用模塊化組合方式，無極調節，單機、多機均可運行，有效降低投資。
4.2運行費用低
使用更便宜的一次能源（天然氣），運行費用低；
使用免費空氣能，COP高達1.8，運行費用低；
無結霜衰減，運行費用低；
燃氣熱泵可直接安裝在建筑屋頂直接單樓供暖，無大規模供熱管網和二網的熱量損失，運行費用低；
燃氣熱泵使用無霜和耐低溫技術，提高了機組對抗高濕低溫環境能力，大大減少了對天然氣的需求，運行費用更低；
燃氣熱泵模塊化組合，無極調節 很具室內用熱需求，增加機組數量，無極調節制熱量，控制出水溫度，避免熱量浪費，進一步降低運行費。
4.3排放低
燃氣熱泵使用熱泵原理，天然氣消耗量只有傳統燃氣鍋爐的45%左右，排放量由此減少了55%，排放低。
燃氣熱泵采用先進的預混燃燒技術，是氮氧化物的排放達到了國際先進水，排放更低。
排放量對比（表1）
| 污染物項目 | 國家鍋爐標準 | 國家火電廠標準 | 北京市鍋爐大氣污染物排放標準 | 燃氣熱泵 |
| 二氧化硫排放濃度 | 50mg/m³ | 35mg/m³ | 10mg/m³ | 9mg/m³ |
| 氮氧化物排放濃度 | 150~200mg/m³ | 100mg/m³ | 30mg/m³ | 27mg/m³ |
| 顆粒物排放濃度 | 20mg/m³ | 5mg/m³ | 5mg/m³ | 2.3mg/m³ |
| 煙氣黑度 | ≤1 | ≤1 | ≤1 | ＜1 |
4.4對抗投資風險能力高
燃氣熱泵在建筑完成后才分布安裝的特性，能有效提高客戶對抗投資風險的能力，降低資金成本。
4.5對抗入住率不穩定性能力高
入住率不穩定是供熱公司經營好壞的關鍵因素，是經營殺手。
燃氣熱泵模塊組合方式和單臺無極調節的能力，從根本上提高供熱公司對抗入住率不穩定的問題，提高對入住率的適應性，便不可控為可控，提高了盈利的穩定性。
5樣本工程
河北石家莊嶺南莊園燃氣熱泵采暖項目
圖2 嶺南莊園項目現場
嶺南莊園住宅供暖熱源工程，位于石家莊市南三環與裕翔街交口處。
建筑面積46000平方米，供暖面積35000平方米，采暖負荷40W/㎡。建筑室內末端采用地板輻射采暖方式，設計供回水溫度45/35℃。
燃氣熱泵28臺，露天集中布置，配套的全自動軟水器、軟水箱、高低區循環水泵及補水泵均安裝在地下鍋爐房。
項目運行情況：燃氣熱泵供暖熱源系統從2017年11月15日開始供暖， 2017年3月15日供暖期結束，供暖期室內供暖溫度保持20-22℃左右，消耗燃氣量140300標方（折合每平米消耗天然氣4.01標方）;耗電量110400度（折合每平米消耗電量3.1度），節能效果和環保效益顯著。
根據燃氣價格2.9元/Nm³，電費0.8元/kw.h。每平采暖費用14.1元。
石家莊嶺南莊園排放量對比（表2）
| 嶺南莊園小區采暖運行對比分析 | ||||
| 序號 | 名稱 | 燃氣熱泵系統 | 燃氣鍋爐系統 | 電空氣源系統 |
| 1 | 供暖建筑面積（㎡） | 35000 | ||
| 2 | 供暖季總耗熱量（MJ） | 8419555.18 | ||
| 3 | 供暖季供暖費（元） | 494555.0 | 836390.8 | 958738.1 |
| 4 | 單位面積供暖費（元） | 14.1 | 23.9 | 32.1 |
| 5 | 二氧化硫排放總量(kg) | 16.9 | 37.2 | 31.5 |
| 6 | 氮氧化物排放總量(kg) | 50.7 | 111.7 | 89.9 |
| 7 | 顆粒物排放總量(kg) | 4.3 | 18.6 | 4.5 |
備注：
1、燃氣燃燒過量空氣按照1.3，即燃燒1m³天然氣產生13.38m³廢氣。
2、燃氣鍋爐系統供熱效率按照85%，排放標準按照北京地區。
3、電空氣源系統采暖按照采暖期綜合cop=1.7，煤電轉換1Kw.h電=350g煤，煤燃燒1kg產生1.867m³廢氣，排放標準按照國家火電廠排放標準。
6結束語
燃氣空氣源吸收式熱泵分散式供熱相較于燃氣鍋爐和電空氣源熱泵具有顯著的優勢，節約了資源、降低了運行費用、減少了排放，更是響應了國家“煤改氣”的號召，為環保工作做出了巨大貢獻。燃氣熱泵的問世必將掀起一個嶄新的分散式供熱浪潮。
參考文獻
【1】趙昀偉 大集中供熱的弊端與分散式集中供熱的優勢探析[J]—中國經濟時報
【2】曾慧文 韓士勇 一種新型供暖技術-燃氣吸收式空氣源熱泵-工程技術2017.03
【3】張斌 淺談集中供熱存在的問題[J]—城市建設理論研究（2013.16）
本文刊登在中國城市燃氣協會分布式能源專業委員會主辦的《分布式能源》2018年第3期/總第23期上，轉載務必注明出處！
