空气源热泵取暖系统图解（家用供暖中的燃气吸收热泵）
建筑部门的脱碳显然是减缓气候变化的国家和国际政策的首要任务。根据科学界的说法，即使我们现在完全停止排放温室气体，全球变暖仍将持续至少几十年[1-2]。此外，不可能立即切换到零碳能源系统。关于建筑部门和供暖需求，可能的长期战略包括以下一项或多项措施，每项措施都有自己的问题：
· 绿色电力和电力热泵：国家电网在发电和配电方面还没有能力来承受完全电气化供暖部门的负荷[3-4];
· 节能建筑：欧洲现有建筑的大部分存量都有高温热分配系统（散热器）[5];此外，建筑物的翻新率仍然很低：平均为1%。
· 绿色或蓝色氢气取代天然气燃料：转向氢基能源系统，这意味着H₂生产，储存和分配，需要大量投资。此外，与建筑部门相比，氢气可能会以更高的优先级供应运输和工业部门，因此在短期和中期，不太可能出现由用于家庭供暖的氢燃料锅炉主导的情况。
由于这些原因，本文将气体驱动吸收热泵（GdAHP）作为一种替代和可行的加热技术，可以在中长期内为建筑行业的脱碳做出贡献。
欧盟气体驱动吸收热泵的潜力正如[6]中所指出的，GdAHPs可以相对于冷凝锅炉提供一致的二氧化碳减排，并与全电气（EHP AEH）和混合（EHP CB）空气源电热泵竞争。例如，关注欧盟平均和温暖的气候，并主要考虑轻度翻新的建筑物，其中空气源电热泵是当前的替代技术，二氧化碳节省（kgCO₂ / y）以及与冷凝锅炉相比的相对变化如表1所示。
表 1.二氧化碳减排量（kgCO₂/y）与欧盟轻度翻新建筑物冷凝锅炉相比的相对变化，来源：[6]。
考虑到上述结果，出现了两个主要考虑因素。
（1）从中期来看，气动吸收热泵（GdAHP）可以在减少现有建筑物的空间供暖和生活热水生产中的二氧化碳排放方面发挥重要作用：它们可以取代燃气锅炉，同时开发现有的天然气网络并有效运行，即使使用高温热分配系统（散热器）和空气来源。
（2）从长远来看，由于欧洲天然气市场向生物甲烷和氢气（作为纯气体或与化石甲烷混合）的转变[7-8]，GdAHPs可以从更清洁的气体燃料混合物的碳强度降低中受益。这种政策的目标是增加可再生能源的份额，减少城市环境中的排放，并利用这些能源载体作为夏季可再生电力生产过剩的季节性存储，在大规模部署光伏发电的可能性越来越大的情况下[9-10]。在这种情况下，一方面，GdAHPs将在电热泵方面保持其二氧化碳减排方面的竞争力，另一方面，它们更有效地利用了燃气锅炉方面有价值和昂贵的气体混合物。
加热领域吸收技术的最新技术虽然吸收是一项成熟的技术，但它在供热领域的存在仍然微不足道，市场上主要是一家氨水热泵制造商。该公司已通过商业领域的数千次安装证明了其可行性和可靠性。
可靠性是GdAHPs在住宅供暖领域传播的先决条件：考虑到氨/吸水装置，氨密封回路必须每年运行数千小时，至少十年。另一方面，目前的GdAHPs市场没有合适的规模来促进其工业化并因此降低成本。
氨本质上是这种工业化的进一步限制，因为它需要钢部件，并排除了制冷领域的大多数可用产品，这些产品要么由铜合金制成，要么尺寸适合大型工业工厂。因此，到目前为止，参与该技术开发的少数制造商已经在内部实现了氨回路的热交换器。
为了实现一致的市场渗透率，并获得对二氧化碳排放的预期影响，面临的挑战是使空气源、氨水、GdAHP 成为一种安全、紧凑且具有成本效益的产品。
小容量气动吸收热泵为了证明克服这一挑战的可能性，米兰理工大学能源部正在开发一款紧凑型8千瓦级GdAHP原型机。
我们的项目遵循特定的路径，目的是在不降低效率的情况下降低热泵成本和尺寸：
· 组件必须来自大批量生产，特别是热交换器。这种方法是通过板式换热器（PHE）制造过程中相对较新的发展实现的，这种熔接技术允许100%不锈钢PHE的无缝组装
· 热泵的紧凑尺寸，必须与标准家用冷凝锅炉的尺寸相当 - 宽500毫米，深400毫米，高850毫米 - 氨充注量远低于2公斤。如此小的尺寸，以及间接膨胀配置的选择 - 即使用远程空气到盐水热交换器 - 可以允许GdAHP在小型公寓中进行内部壁挂式安装，从而大大扩展了其潜在市场。
· 可变制冷剂和氨水溶液阀用于根据与加热和 DHW 生产相关的各种热负荷和环境条件调整 GdAHP 操作，从而最大限度地提高性能。
图1显示了密封电路的主要组件和尺寸（这是原型的核心）的一些图片（原型上安装的大多数阀门和传感器都与实验室活动有关，不会出现在商业产品上）。
我们可以实现的紧凑性是由于PHE的广泛使用以及发电机和解决方案泵的特殊设计，这些都是新的发展。
图1 GdAHP原型的两面视图，显示了组件的组装。
该原型已在认可的实验室中进行了测试，符合标准EN 12309-6：2014 [11]。
应用该标准产生的主要性能指标是气体利用效率（GUE），这是在特定工作条件下测量的有效加热能力和气体输入之间的比率，由EN 12309-6：2014定义，并在表2中报告了高温应用和平均气候。根据GUE的测量值，可以计算出季节性气体利用效率（SGUE），即GUE加热季节的加权平均值。图2报告了在五个测试条件下开发的原型的测量GUE（基于NCV），而得到的SGUE为1.58。
表2 平均气候和高温应用中GUE的测量条件。
图 2.GUE的测量值基于表2中报告的条件作为热提升的函数，并与冷凝锅炉的相应效率进行比较。
根据报告的结果，可以对我们的原型（以及一般的GdAHPs）的潜在好处发表一些评论：
· 与市场上现有的GdAHP和一些冷凝锅炉不同，由于使用了可变阀，开发的原型可以部分化到其额定功率的15%，而不会影响性能;
· 与压缩热泵不同，即使在大温度升降机下，性能也保持高。
· 与GdAHP旨在取代的技术燃气锅炉相比，高SGUE显示出在天然气消耗和排放方面的良好年度节省前景。
结论燃气驱动吸收热泵是一种替代且可行的加热技术，可以在中长期内为建筑行业的脱碳做出贡献。原则上，在欧盟平均和温暖的气候以及轻度翻新的建筑物中，空气源电热泵是当前的替代技术，GdAHPs可以提供相对于冷凝锅炉的持续二氧化碳节省，并与全电（EHP AEH）和混合EHP（EHP CB）竞争。
然而，需要做出更多的努力，使GdAHPs安全，紧凑和具有成本效益的产品，能够占据一致的市场份额，同时实现对二氧化碳排放的预期影响。
正在开发的原型提供了一些显着的特征，这些特征有助于使GdAHPs适用于住宅建筑中的大型部署：
· 它使用不锈钢PHE，可以大批量生产;
· 除外部空气热交换器外，其尺寸可与标准家用冷凝锅炉相媲美 - 宽500毫米，深400毫米，高850毫米 - 氨充注量远低于2千克;
· 它的实验性能非常有希望，计算的SGUE为1.58，这要归功于使用可变阀，可以在各种热负荷和环境条件下优化其运行。 编译 陈讲运
引用[1] 彼得斯·GP， 安德鲁·RM， 博登 T， 卡纳德尔 JG， 西亚伊斯 P， 勒奎雷 C， 马兰德 G， 劳帕奇 MR， 威尔逊 C.将全球变暖保持在2°C以下的挑战。3：4–6
[2] Budzianowski WM. 全球变暖的时间延迟。国际全球变暖杂志2011;3，3：289-306。
[3] Love J， Smith AZP， Watson S， Oikonomou E， Summerfield A， Gleeson C， Biddulph P， Fong Chiu L， Wingfield J， Martin C， Stone A， Lowe R.将热泵电力负荷曲线添加到GB电力需求中：来自热泵现场试验的证据。应用能源 2017;204：332-342.
[4] Fawcett T， Eyre N， Layberry R. 热泵和全球住宅供暖。欧洲经委会关于能源效率的夏季研究论文集：现在第一种燃料;2015;6-321-15.
[5] Peeters L， Van der Veken J， Hens H， Helsen L， D'haeseleer W. 住宅建筑供暖系统的控制：目前的做法。能源与建筑 2008;40：1446-1455。
[6] Scoccia R， Toppi T， Aprile M， Motta M. 用于欧洲建筑中空间供暖和DHW的吸收和压缩热泵系统：能源，环境和经济分析。建筑工程学报 2018;16：94-105.
[7] 范努菲尔L.，戈伦斯坦·德德卡J.，伊尔伍德J.，斯密特T.，宾格U.，阿尔特曼M.，费舍尔C.，米哈尔斯基J.，拉克沙T.，泽胡森J.，德维塔A.2019。生物甲烷和氢气潜力的使用对跨欧洲基础设施的影响。欧盟委员会的最终报告。
[8] POST-英国议会科学技术办公室。2017. POSTNOTE 565， 天然气网络脱碳.
[9] MISE.2020. 钢琴国家集成在能源和气候 （PNIEC2030）.
[10] 欧盟委员会。人人享有清洁的地球——欧洲对繁荣、现代、有竞争力和气候中和经济的长期战略愿景。支持委员会通信COM（2018）773的深入分析。
[11] EN 12309-6：2014 用于加热和/或冷却的燃气吸附器具，净热输入不超过70 kW。计算季节性表演。
网址
https://www.rehva.eu/rehva-journal/chapter/gas-driven-absorption-heat-pumps-in-domestic-heating
,免责声明：本文仅代表文章作者的个人观点，与本站无关。其原创性、真实性以及文中陈述文字和内容未经本站证实，对本文以及其中全部或者部分内容文字的真实性、完整性和原创性本站不作任何保证或承诺，请读者仅作参考，并自行核实相关内容。文章投诉邮箱：anhduc.ph@yahoo.com
