吉瑋珵

摘要：天然氣作為一種極具潛力的清潔能源，其在我國總體能源消耗占比中仍然比較低。而隨著燃氣熱泵技術的不斷發(fā)展，推廣燃氣機熱泵成為了一個合理利用天然氣的重要方式。選擇合理的運行參數(shù)是保證其高效運轉(zhuǎn)的必要條件，尤其是傳動比的選擇更是確保燃氣機熱泵運轉(zhuǎn)效率的關鍵。本文首先介紹了燃氣機單級傳送比并對其存在的問題進行了論述，然后根據(jù)存在的問題，提出了燃氣機熱泵多級傳動比理論。最后提出了利用最佳扭矩曲線來確定傳送比的方法。

關鍵詞：燃氣熱泵;供暖設備;熱泵性能;性能優(yōu)化

隨著我國經(jīng)濟水平和綜合國力的不斷提升，國家能源的需求也越來越大。在國家推動經(jīng)濟可持續(xù)的健康發(fā)展的大背景下，對于能源利用的清潔、環(huán)保和高效逐漸得到了全社會的重視。而天然氣作為一種極具潛力的清潔能源，其在我國的發(fā)展仍比較落后，在總的能源消耗占比中仍然比較低。如何實現(xiàn)對于天然氣能源的合理利用，是提高天然氣使用占比的關鍵問題。而隨著燃氣熱泵技術的不斷發(fā)展，推廣燃氣機熱泵成為了一個合理利用天然氣的重要方式。燃氣機熱泵利用燃氣發(fā)動機作為動力，驅(qū)動蒸汽壓縮式熱泵進行工作。同時可以回收發(fā)動機廢熱，為生產(chǎn)提供熱水，是一種經(jīng)濟、環(huán)保、高效的天然氣利用方法。在燃氣機熱泵的運行過程中，選擇合理的運行參數(shù)是保證其高效運轉(zhuǎn)的必要條件，尤其是傳動比的選擇更是確保燃氣機熱泵運轉(zhuǎn)效率的關鍵。

一、燃氣機熱泵的單級傳送比

在一般的情況下，我們采用其單級傳動比作為主要依據(jù)來確定燃氣機熱泵是否處于最大負荷。在燃氣機傳動比的選擇時，也應該考慮燃氣機與壓縮機的匹配問題，一般來說要滿足壓縮機處于最大負荷工況的傳動比。這樣可以確保燃氣機處于最好運行狀態(tài)。若傳動比選擇過大，則會導致燃氣機的經(jīng)濟性降低。若傳動比過小時，則不能滿足熱泵機組在最大負荷時所需的最大功率需求。燃氣機的轉(zhuǎn)速與熱泵能為室內(nèi)供暖提供的最大熱量成正比，在供暖時要考慮供暖建筑在不同溫度下所需熱量，在滿足建筑物最大熱負荷的條件下，確定燃氣機轉(zhuǎn)速和傳動比。但是在實際的供暖過程中上燃氣機在大部分時間都不能處于最大負荷的運行，期處于最大負荷工況的時間一般在總運行時間的10%左右。而當機組處于部分負荷運行工況時，以最大負荷工況確定的傳動比將使燃氣機的運行經(jīng)濟型大大降低差。因此使用單級傳動比確定燃氣機運行狀態(tài)是以滿足壓縮機的性能要求為主，忽視了對于經(jīng)濟性的考慮。而且當建筑物所需供熱量的變化較大時，燃氣機在部分負荷狀態(tài)下工作，會出現(xiàn)燃氣機效率降低，燃料消耗較大的問題。

二、燃氣機熱泵的多級傳送比

通過之前的分析可知，當建筑物所需供熱量變化較大時，以單級傳動比確定燃氣機熱泵的運行狀態(tài)，在使用經(jīng)濟性上是不合適的。為解決這一問題，一般需要采用多級傳動比來確定燃氣機的運行狀態(tài)。在設備上需要采用多級傳動比自動變速器取代離合器作為燃氣機與壓縮機之間的連接裝置。具體可根據(jù)建筑物所需的供熱量來改變傳動比，從而改善燃氣機的運行狀態(tài)，使燃氣機的運行保持在高效的工況區(qū)，改善燃氣機熱泵的低負荷運行性能。在確定多級傳動比變速器的傳動比是要注意以下幾點。首先從調(diào)節(jié)壓縮機容量范圍的角度考慮，在確定傳動比時應至少確定兩個傳動比，使熱泵的運行過程中使壓縮機達到轉(zhuǎn)速上限和下限，進而實現(xiàn)壓縮機在最大容量和最小容量之間進行調(diào)節(jié)。其次應該確定一個相對較小傳動比，使其適用于在燃氣機在常態(tài)下的運行，充分地利用燃氣機的高效低耗運行區(qū)域，改善熱泵的運行狀態(tài)。然后在確定多級不同的傳動比時，其之間的差距不宜過大，避免設備運行產(chǎn)生較大波動，保障裝置的平穩(wěn)運行。最后多級傳動比的設置不宜過大，盡量簡化自動變速器的結(jié)構(gòu)，降低設備在設計和選型上的成本。最后在確定多級傳動比至后，在每個不同的熱負荷工作區(qū)域，應選擇能夠滿足功率要求的最小傳動比作為該工作階段的傳動比，保證燃氣機的高效運行。

三、以最佳扭矩曲線確定傳送比

在確定的發(fā)動機輸出功率下，不同的轉(zhuǎn)速可以對應一個的發(fā)動機扭矩值，結(jié)合燃氣機的熱效率，就可以得到在相同功率下，發(fā)動機熱效率最高的狀態(tài)點，即為該功率下發(fā)動機的最佳運行點。重復上述過程，就可以獲得在不同功率下的燃氣機的最佳運行狀態(tài)曲線，即最佳扭矩曲線。然后通過功率轉(zhuǎn)換公式，就可以獲得燃氣機轉(zhuǎn)速與最優(yōu)扭矩之間的關系。在最佳扭矩曲線上燃氣機的轉(zhuǎn)速與其工作效率之間，呈現(xiàn)一種先增大后減小的趨勢。在確定傳動比時首先要依據(jù)燃氣機的最加扭矩曲線的熱效率圖，以熱效率值為依據(jù)，確定燃氣機的轉(zhuǎn)速區(qū)間。并根據(jù)最加扭矩曲線上燃氣機的轉(zhuǎn)速、扭矩、功率之間的相對關系，計算燃氣機的功率。然后根據(jù)燃氣機的功率匹配關系，結(jié)合壓縮機的具體形式，確定不同運行模式下壓縮機的轉(zhuǎn)速范圍。而傳動比為燃氣機轉(zhuǎn)速與壓縮機轉(zhuǎn)速之間的比值，在確定兩者轉(zhuǎn)速后，就可以確定不同工作模式下的傳動比。根據(jù)不同工作模式下的傳動比，可以反推得到發(fā)動機對應的轉(zhuǎn)速，確定此工作狀態(tài)下發(fā)動機的熱效率。最后根據(jù)平均熱效率計算理論，計算不同傳動比下的熱效率均值，選取熱效率均值最大時的傳送比作為最佳傳送比。以最佳扭矩曲線確定傳送比，可以達到燃氣機的最高熱效率。具體的燃氣機控制策略可以根據(jù)燃氣機的最加扭矩曲線，綜合考慮燃氣發(fā)動機的運行模式，保證燃氣發(fā)動機在最佳扭矩曲線上工作運行，同時確保熱泵的其他設置吧處于與之相適應的工作范圍之內(nèi)。

四、結(jié)語

天然氣作為一種高效且環(huán)保的優(yōu)質(zhì)能源，其已經(jīng)被廣泛的應用于人們?nèi)粘Ｉ畹闹?，其在我國能源的使用占比也呈逐年提高的趨勢。隨著燃氣機熱泵技術的不斷發(fā)展，勢必也會擴大我國天然氣能源的使用范圍，并提高天然氣能源的使用效率。但是由于我國對于燃氣機熱泵的研究才剛剛起步，仍處于發(fā)展的初級階段，對于燃氣機熱泵的結(jié)構(gòu)和工作特性的理解還不夠深入。這就需要我們進一步加強對于燃氣機熱泵技術的研究，同時還應做好燃氣機熱泵的推廣與應用工作，為調(diào)節(jié)我國能源結(jié)構(gòu)，合理利用天然氣資源，推動經(jīng)濟可持續(xù)地健康發(fā)展做出貢獻。

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