燃气空气源吸收式热泵的供暖性能实测——以河北省某小区为例

燃气空气源的供能实测
—以河北省某小区为例
天津市建筑设计研究院有限公司王若琳李元辰王昊斌田/
摘要：在天然气供暖成为趋势的当下，燃气空气源吸收式热泵（简称:GAHP-A）因其制热效率高的突出优势被建议推广应用。

本文以河北省某小区为实例，通过对GAHP-A在典型工况日和2019-2020供暖季的机组能效数据采集,以分析本机组的实际性能。

同时，结合机组样本的变工况曲线，与实测数据进行对比分析，进一步确定机组实际运行能效％本测试填补了国内GAHP-A机组性能在现场实测领域方面的空白,为今后工程设计、性能改进、测试设计提供数据支持与案例参考。

关键词：燃气；空气源；热泵；效率；分析；能效
DOI编码:10.16641<5i.c411-3241/tk.2020.06.016
1背景及介绍
随着我国经济社会转型发展的迫切需要，能源供求矛盾问题日益凸显，能源结构也亟待转型升级。

《“十三五”能源规划》强调,我国将大力发展清洁低碳能源，天然气消费比重力争达到10%⑴。

同时，天然气的推广应用还可以降低对煤炭资源的依赖，以促进我国多能源互补的生态体系的建立2。

作为清洁能源，用天然气能能、碳，还可以电网压力,尤其是夏季制⑶。

，《2030年气候与能源政策框架》（+2030Framework for Climate and Energy Policies》）的出台也在节能、可再生能源重碳:
的⑷。

燃气空气源吸收式热泵（Air-source Gas Absorption Heat Pump，下文简称GAHP-A）是型供暖设备，体，是一种以气-104-作为能源，用，气低能，制能的，其基本作原理图图1⑶。

我国清洁“煤气”系的，气源制能的，
的广阔的
图1GAHP-A
基本工作原理
景。

GAHP-A以燃气这一清洁能源代替传统的电能进行驱动，顺应政策推动下的天然气供暖大趋势，还可以增加可再生能源在供暖中的份额。

除了具有热效率高、节能效果显著的突出优点，GAHP-A还具备耐低温、低噪声、融霜周期长及二氧化碳/氮氧化物的排放量少等优势其具备优良的经济和环境效益，有望替代燃气锅、热水锅炉及空气源热等传统备。

能源有
实例对GAHP-A和常压冷凝热水锅行了经济性对叫果显: GAHP-A的经济性优于常压冷凝热水锅，然高，期行低，
高。

在天然气热源的暖供暖中优。

大学的高和热传统气压热进行对，节能环、热供应、高温热和能热统的大的优势及叫
我国在GAHP领域的研究与应用尚处于
,在GAHP的「实一定成果。

在欧洲平均气候下，对一GAHP-A设备在:
中应行了节能性。

据估，此备在室内供暖上可比冷凝锅节省约30%的季节性燃气[8]o美国西北能效联盟(NEEA)委派能源350(Energy350)组织对一个I GAHP-A设备(品牌:Robur(采暖的大型的老年生活设施行了超过10个月(2018-2019供暖季)的实。

试数据和经济分析
果表明：GAHP-A在初、运行维护及可靠性可实现天然气的高效利用，其年COP值可以达到1.06，家庭热锅(简称:DWH(和加热热水锅炉的性能可别高出58%和45%[9]O
GAHP-A的实际运行能效，并论其节能性，以安装有26台该机组某区为案例进行实及数据分析。

该燃气热力站项目位于河北省，为本小区进行供暖。

本项目设计总供暖面积30000m2,总热负荷为1500kW,现阶段实际供暖面积为14788.63m2,末端为散热器。

26台奇威特VGAHR060型燃气空气源吸收式热泵作为采暖系统主热源，1台模块燃气锅作调峰热源。

主要通过管路切换,满足初寒期和深寒期的供暖需求，据实时负荷自动。

统一台主，其机组联动的行控制。

2现场测试
2.1试案及主要备
试主要依据行JGJ/T 177-2009《公共建筑节能》,并？CMA相关行案。

试由具有
验检测机构质认的天津市建(CMA:190220340026)。

据，试主要对个参数进行：系统总供热量(机组制热量)！”、燃气利效率和统能效(EER),其
出下:
统总供热量(机组热量)!r,主要取决于循环水供回水温差和环水量，可以通过(1)行:
Q=c-p-G-AT(1)式中:Q"一系统总供热量(机组制热量),kW；
c—水的热,kJ/(kg-!)；
p—的密度,kg/m3；
G一水的体积量,m3/s或m3/h；
AT—供温代。

注：其中，水的热和密度均与温度有关。

燃气利效率(2)；统能效(EER)代表统供热能效,其
(3):
燃气利用效率=Q"/Q”)(2)式中:Q")一燃气供热量(1Nm3燃气热值8 300kcal),kW。

(3)
-105-
式中：©—系统耗电量,
kw 。

本项目主要使用的测试仪表为超声波流 量计、温度黑匣子、便携式气象站及现场仪表
（热泵电表、系统电表、燃气表），用于测试燃
气空气源热泵总供回水流量（即系统供回水
流量）、空气源热泵总供回水温度/温差、系统
供回水温度/
温差、室外空气干球温度及相对 湿度$系统的电气及燃气消耗量通过站房内
电表及燃气表进行读取。

项目的测试对象为燃气热力站的供暖系
统以及室外温湿度状态，在测试工况下，上午
共开启
19台燃气热泵机组,下午开启18台$
本项目的测试仪器（超声波流量计、热电偶温
度计）的测点布置 图
2$
2.2测试器
测试使用的主要测试器 为超声波流量
计（图
3）、温度黑匣子（图4）便携式气象
仪$
超声波流量计（型号:
GHE-100P ）由北京
公司生产，测试范围为
0〜±64 m/s ,测试精度为1.0%$
温度黑匣子（
：
L91-1）由杭州路格科
g
18
g
2
HR2 ・21加J O
1200
§
•2I9AO
«219x 6l 0
§
1200
,219
血0 口
4219x6.0
I
斥保温）
H2
恥虫0
在热泵总供回水管、系统总供回水管处布置温度计（需要破! I HI
在热泵回水管处布置超声波流量计（需要破拆保温）
DN200~
图2测点布置图
图3超声波流量计图4温度黑匣子
-106
-
技有限公司生产，测试范围为-40~+100!,测试精度为±0.2~0.5
便携式气象仪（型号:Kestrel4500）由Kestrel公司生产&温度、湿度测试范围分别为-29!~+70!、5%~95%RH；其测试精度分别为±0.5!、±3.0%RH。

3数据分析
3.1典型工况日机组性能分析
测试工况下，上午实际开启2台热泵机组，下午开启台。

在2019年H月3&日获取的测试数据（干球温度、相对湿度、供水温度、回水温度、系统流量）在表1列出&具体测试时刻是从上午&56下午14:51,上午:测试2时,下午测试1才、时，10分数&
测试工况下，系统运行稳定,室外温度呈上升趋势，供/回水温度也随之提高。

根据公式2及公式3对表1测试数据进，可
全天机组燃气系统能EER分别为1.61和1.51。

5测试数据进对，的是，机组在测试工况下
45!回水温度度较高。

表2和图5可知，在上午9:52-10:20的测试工况下，燃气热泵机组热量值相；燃气值，为值的109%&在下午13:25-14:15的测试工况下，燃气热泵机组热量值，为值的96%；燃气值，为值的110%。

3.2机组能分析
奇威特GAHP-A机组在采暖工况下的名
表1某小区燃气热力站测试数据
测试日期室外参数测试数据现场读数
2019-12-31记录时间干球温度
/!
相对湿度
/%
供水温度
/!
回水温度
/!
流量
/(m3-h-1)
燃气量
/(Nm3-h-1)
电表
/(kW-h)
9:52-7.236.049.043.4147.064.4265410.3 10:00-6.934.749.243.5147.264.6265415.1 10:10-6.633.949.243.5147.564.0265422.3 10:20-6.433.449.343.6149.464.2265428.9 10:30-6.132.849.443.7147.864.4265435.5 10:40-5.932.749.443.8148.464.0265442.4 10:50-5.531.449.543.9148.563.9265449 11:00-5.330.249.543.9149.863.8265455.6 11:10-5.029.849.644.0148.863.5265462.5 11:20-4.827.849.644.0149.363.8265469.4 13:25-2.322.249.644.2150.660.2265554 13:35-2.122.649.644.2151.960.2265560.3 13:45-1.722.449.644.2151.960.5265566.9 13:55-1.521.949.744.3151.560.1265573.5 14:05-1.321.349.744.3152.160.2265580.1 14:15-1.321.149.744.3150.560.2265586.7
平均值-4.428.449.543.9149.562.6—
-107-
7060
53
5040
302
20
5
10
0.5
51015
0 -----------------30 -25
■样本机组制热量(45°C 回水温度)
7■样本燃气利用效率(45°C 回水温度)
-20 -15 -10
-5
0室外气温/°C
测试数据：
下午(13:25-14:15)•平均温度：T.7C
•平均机组制热童：52. 7kW ・平均机组能效COP ： 1. 64测试数据：
上午(9:52-11:20)・平均温度：-69
・平均机组制热量：51.
lkW
・平均机组能效COP ： 1.57 I
I
图5某小区测试数据与样本曲线
表2某小区测试数据整理
测试时间
总供热量/(kW ・h )单台供热/(kW-h )燃气能耗/ (kW-h )电耗/ (kW-h )机组燃气 利用效率
系统能效
EER 9:52-11:201425.0
75.0905.5
58.9
1.57
1.48
13:25-14:15
791.144.0
483.832.7 1.64 1.53
义制热量为64 kW ，根据厂家提供的技术参
数表及40组变工况测试数据,整理得到在定
水流量情况下，燃气热泵机组制热量及燃气
利用效率的变工况变化曲线，详见图6。

其中
环境温度变化范围为-30 !〜15 !,回水温度
变化范围为30 !〜45 !。

在极端工况下(回水45 !、环境-30 !)
机组的制热量为44.6 kW ,燃气利用效率为 1.17。

整体来看,机组制热量及燃气利用效率 均随回水温度、环境温度的提高而明显增： 制热量在44.6 kW?67.8 kW 之间变化，平均
制热量为55.4 kW (燃气利用效率在1.17〜
2.07中变化，平均 为1.55。

环境温度一定
时，回水温度在30 !〜45 !之间每增加5 !,
70652
60
1.8556
5045
40 ------------------------------------------------------------------------30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15
环境温度/°C
定水流量 f ■回水30°C*回水35°C ・回水40°C 亠回水45°C|
燃气热值按
33. 5MJ/立方米厂 回水30°C *回水35°C ♦回水40°C *回水45°C|
1 --------------------------------------------------------------------------30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15
室外气温/°C
=)变工况机组制热量变化曲线
b )变工况机组燃气制热效率变化曲线
图6机组变工况曲线
-108-
机组制热量及燃气利用效率平均减少百分率
为2%〜4%；当回水温度一定时，环境温度在
-30 !〜15 !之间每增加5 °C ,机组制热量平 均增加百分率为4.0%左右，机组燃气利用效 率平均增加5.8%左右#
机组自控系统统计记录了供暖系统的逐
日运行数据，对其进行分析并结合机组变工
况曲线数据，所得到的供暖季系统运行情况
详见图7。

如图7所示，测试燃气利用效率和样
本燃气利用效率曲线在整个供暖季（2019年 12月9日—2020年3月17日%内合度较
高，经计算，两条曲线的均
（RMSE %
为0.05。

系统测试数据 得到的燃
气利用效率曲线
明显,在1.3到1.9
之间变化,平均为1.6&而按样本的变 工况运行数，在 的 温度和回水 温度下，燃气利用效率在1.5〜1.8之间变 化，变化 平，平均 为1.6& 1 气 温 曲 线 增 明 显 的
，其 12—2月的温度
（平均值为
—0.78 C %，3月份陡增到0 C &整 ：
， 气温在 —6.5 C 到 7.5 C 之间变化 ， 平均 温
度为—0.3 C &
气温 气 热 温
度，进而 燃气利用效率&图8 显示了 2019—2020 供暖季 气温和机组燃 气利
用效率 测 的 对 系 ，
明 显 的
系，
气温在2月13日到 L
7.5 C 的 时 ， 燃 气 利 用 效 率 的 测 试 高，为1.7。

气温在供暖季内
在—2.5 C 〜0.5 C 之间 ， 时机组燃气利用效率在1.4到1.7之间变化&
4不足与展望
测试 在 的
，比如：
的度 用
制、验化 ，
在
对测试
行改进：
1 % 测试GAHP —A 机组在不同气候
区的效数据，
机组 数的
；
2%
测 试 年 供 暖 季 的 系 统 及 机 组
能效数据，
机组 运行 效；
3 % 其 统 供 暖 及 系 统 的
行 的对 分析 ，
GAHP —A
机组的 及
&
褂彖旺宾r 羹
■测试燃气利用效率
——样本燃气利用效率 •，室外气温
日期
图7供暖季机组运行数据
—109
—
1.1
-6.5 -5.5 -4.5 -3.5 -2.5 -1.5 -0.5 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5
室外气温厂C
图8供暖季内室外气温及机组燃气利用效率(实测值)的对应关系图
5结论
与传统锅炉相比，GAHP-A 机组冬季制 热效率较高。

实测数据显示：奇威特
VGAHR060 型 GAHP-A 机组在 2019-2020
供暖季机组的燃气利用效率值都大于1.4。

样 本数据显示:本机组在定回水温度的情况下,
机组制热量与燃气利用效率均随着环境温度
增加而增加。

环境温度在-30 !〜15 !之间每
增加5!,机组制热量平均增加百分率为
4.0%左右,机组燃气利用效率平均增加
5.8% 左右。

同时,在测试工况内,机组的实际制热 量虽未高于样本值，但其燃气利用效率均大
于样本值9%〜10% ；在全供暖季的运行,机 组实际燃气利用效率平均值为1.6,高于样本
值4.1%左右。

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