摘 要：从能量转换及一次能源利用系数角度对燃气制冷供暖的几种方式进行了分析，指出应从整个系统出发计算系统的综合一次能源利用系数，并作为评价系统性能的一个重要指标。
关键词： 燃气； 制冷供暖 ； 能量转换； 一次能源利用系数
1 引言
燃气包括天然气、人工煤气、液化石油气和沼气，其中人工煤气为煤等固体燃料干馏或气化而来，属二次能源。由于人工煤气生产过程中的污染问题，在发达国家基本已淘汰，在我国燃气的比例中也逐渐减少。本文主要指天然气、液化石油气燃烧效率高、污染小，是一种清洁的一次能源。过去燃气在我国主要是通过燃气灶、燃气热水器提供生活用热，以及燃气锅炉、燃烧器等提供生产用热。随着我国社会的发展，人民生活水平的不断提高，制冷供暖高速发展，其能耗越来越大。靠传统的电制冷方式，则需不断加大电网高峰负荷，这样使得峰谷差值增大，电网负荷率减少，电力系统负荷特性劣化。“1998年约有2000万kW装机容量仅在高峰时段运行数百小时，发电资源浪费很大。”显然这与电力制冷负荷有密切关系[1]。而传统的燃煤锅炉供暖的低效率、大污染的弊端也越来越为人们所重视。燃气供暖比例加大，使得我国燃气冬夏季日用气量相差很大，燃气管网能力夏季处于闲置状态，利用燃气制冷可改善电力负载率，填补燃气夏季的低谷，实现资源的充分和均衡利用。目前国内已有燃气公司为推广燃气使用范围，解决夏季管网闲置问题，拟实行分季计价政策，夏季燃气用户在气价、管网投资等各类费用上可享受优惠。同时我国能源结构的调整，国家的环保基本国策也必将使燃气制冷供暖比例逐年增加。
2 燃气化学能→热能→制冷、供暖
2.1 燃气驱动吸收式热泵用于制冷、供暖
吸收式热泵工作原理见图1，理想的吸收式热泵有 Tc= Ta= Tm(中间温度)。加入系统的能量有燃气一次能源的供热量Qg、溶液泵消耗的功WP，因为WP << Qg，忽略WP ，则其最大制热性能系数、制冷系数等于相应一次能源利用系数：
式中 εh,a，Eh,a—分别为吸收式热泵制热性能系数和一 次能源利用系数；
εr,a，Er,a—分别为吸收式热泵制冷性能系数和一次 能源利用系数。
Tc，Ta，Tm— 分别为冷凝温度、吸收温度以及在 理想的吸收式热泵循环中Tc＝Ta时相对冷 源温度和热源温度之间的中间温度；
Tg，Te—分别为发生温度和蒸发温度。
对于同温度范围的压缩式逆卡诺循环（见图2右部），其制热性能系数、制冷性能系数永远大于吸收式热泵：
式中εh,c，Er,c—分别为逆卡诺循环制热性能系数、制冷 性能系数。
但从一次能源利用来看，电动机驱动的压缩式逆卡诺循环的一次能源利用系数为：
式中 εh,c，Er,c—分别为逆卡诺循环制热、制冷时的一次 能源利用系数；
η—为发电效率和输配效率之积，煤变电时约为 0.27，大型燃气机发电厂约为0.46。
供暖时，若取Te =264K(－9℃),η=0.27，令
则可得Tg > 361.6K(88.6℃)，制冷时，若取Tc = Tm = 306.2K(33.2℃)，则Tg > 419.5K(146.5℃)，理想的吸收式热泵的一次能源利用系数就大于电驱动的压缩式循环。燃气变电η=0.46，Tg相应取得高些，分别为216℃，294℃。
目前燃气吸收式热泵εh,a>1.0，单效直燃机ε r,a＝ 0.7，双效直燃机为1.1，新的三效机组有望达到1.4～ 1.5。当然，若考虑电厂余热的综合利用，就不应孤立地评价某一个设备的一次能源利用系数，而应从整个系统出发，来计算系统的综合一次能源利用系数，并以此为依据来评价系统的好坏。对于燃气吸收式热泵若能同时制冷、供暖，如夏季向建筑提供制冷的同时提供洗澡等生活用或生产用热，冬季向建筑提供供暖的同时提供生产用冷量，无疑一次能源利用系数将大大提高。
2.2 燃气燃烧直接供暖
利用燃气燃烧产生的热能直接供暖的方式有：
（１）区域燃气锅炉房（适宜于几十万m2建筑面积）。 一次能源利用系数为锅炉燃烧效率ηb与热网效率η1，热力站或用户引入口二次换热效率η2之积：
（２）集中锅炉房（十几万m2建筑面积） 。一次能源利用系数为：
（３）直燃机（供暖时相当于一真空锅炉）、组合式锅炉、落地式容积式燃气锅炉、户用壁挂炉、燃气红外线辐射器、燃气暖风机，无室外管道热损失。一次能源利用系数为设备的燃烧效率：
2.3 燃气加热电热泵
利用燃气冬季加热分体式电热泵的室外机以提高热泵的出力时一次能源利用系数：
3 燃气化学能→热能→机械能→驱动热泵制 冷、供暖
3.1 利用汽轮机驱动热泵
燃气锅炉产生蒸汽推动汽轮机，再驱动热泵，要考虑汽轮机消耗的功、效率和余热，一次能源利用系数为：
3.2 利用燃气发动机驱动热泵
燃气发动机按工作原理不同有燃气轮机和内燃机两种，从机器结构形式上有透平式和往复式。一次能源利用系数计算公式同公式（11），（12），ηtur＝0.37～0.42，ηinter＝0.25～0.45。燃气轮机驱动热泵制冷、供暖工作原理见图2。
燃气内燃机以燃料在汽缸中燃烧时生成的燃烧产物为工质做功带动压缩机，在夏季通过吸收室内的热量排出室外完成制冷循环，在冬季，则由内燃机驱动压缩机运转，吸收室外热量和燃气内燃机排出的热量送入室内，达到供暖的目的。实际运行结果，无回收缸体冷却热时， Eh= 0.9~1.0 ；回收汽缸余热时，会有所提高；同时制冷供暖时，Eh可达1.74[3]。 目前这种燃气发动机驱动空调示范项目已在北京正式开通运行，效果良好。
4 燃气化学能→电能→制冷、供暖
4.1 燃气化学能变电能
燃气可以通过蒸汽轮机发电，也可以通过燃气轮机发电；可以通过以上设备单独发电，也可以热电冷三联供；可以是热电站发电，也可以是小型燃气轮机、微型燃气轮机、燃气内燃机小范围热电联产，而且小范围热内的联产能源利用率更高些，见表1。
4.2 电变热用于供暖
电可通过电热膜、电暖风机、电油汀、电辐射供暖器等直接向室内供暖，根据发电效率、输变电损失率和电制冷制热的性能系数，以及余热利用情况，就可以计算出系统的综合一次能源利用系数。
5 结语
（1）燃气用于制冷、供暖方式有多种，其中燃气变电再用于直接供暖的一次能源利用系数最小。其次是燃气直接燃烧用于供暖，两种方式的一次能源利用系数都小于1.0。燃气驱动热泵方式能源利用系数较高，利于节能。
（2）同时制冷、供暖的燃气热泵能源利用系数最高，应优先考虑这种方案的可行性。利用燃气发动机、吸收式制冷机和余热锅炉实现住宅小区冷热电联产，系统的综合一次能源利用系数可以大大提高，应该是集合住宅空调冷热源今后的发展趋势。
（3）应从整个系统出发,计算系统的综合一次能源利用系数，作为评价系统性能的一个重要指标。
参考文献
[1] 朱成章. 发展燃气轮机-直燃式空调对电力工业的作用[EB/OL]. http://www.china5e.com, 2001-03-25.
[2] 徐邦裕，陆亚俊，等 . 热泵[M]. 北京：中国建筑工业出版社 , 1996 .
[3] 候根富，等 . 风冷燃气机驱动压缩式热泵冷水机组运行特性试验研究[J] . 暖通空调 , 2001, 31(3).
[4] 韩晓平. 小型燃气热电联产在西气东输市场械挠τ肹EB/OL]. http://www.china5e.com, 2001-03-22.
