关键词：热工学，地热，空调，两级吸收式制冷机

Research of 100 kW Geothermal Air Conditioner System

Abstract: The first practicable two-stage absorption geothermal air conditioner in China was described in detail and the system was analysed with the data tested. The result proved that the inlet temperature of hot water was kept in the range of 63—65C, the outlet temperature of chilled water achieved 6.7C, COP range was 0.38—0.42, compared with electric compress chiller, effect of energy saving was evident. The geothermal air conditioner system has high value of practice and much market prospect.
Keyword: geothermal, air conditioner, two-stage absorption chiller

引言

　　中国有历史记载的地热利用已经有2000多年的历史。地热作为一种清洁能源正受到全世界的日益关注。我国有着非常丰富的地热资源，具有相当广阔的应用前景。 中国地热资源潜力占全球的7.9%，总能量为11×106EJ/a，我国地热资源以中低温为主，几乎遍布各省市自治区[1]，中低温地热资源由于温度较低，适合于直接综合性利用。目前我国地热的直接利用集中在工业、种植、洗浴、供暖等方面[2]。

　　利用地热提供空调所需冷量或为生产工艺提供所需的低温冷水是地热能直接利用的一种有效途径。地热制冷是以一定温度的地热水驱动吸收式制冷系统，制取大于7℃的冷冻水，用于空调或生产。吸收式制冷系统一般要求地热水温度在65℃以上[3]。用于地热制冷的制冷机有两种，一种是以水为制冷剂、溴化锂溶液为吸收剂的溴化锂吸收式制冷机，另一种是以氨为制冷剂、水为吸收剂的氨水吸收式制冷机[4]。氨水吸收式制冷机由于运行压力高、系统复杂、效率低、有毒等因素，除了特别要求制冷温度在0℃以下的场合外，一般很少在实际中应用。与太阳能等温度波动较大的热源相比，地热热水温度相对稳定，利用吸收式制冷机可以制取温度相对稳定的冷冻水，可稳定地提供空调或工业用冷。

　　利用地热能进行制冷为建筑物或生产工艺提供所需的低温冷冻水，不仅能使地热能得到高效利用，而且，吸收式制冷机使用的工质不象氟利昂（CFCs）对大气层具有破坏作用，是一种对环境友好的制冷机型。同时，利用地热制冷空调或为生产工艺提供所需的低温冷冻水，可节约大量的电能，与常规的电压缩制冷系统相比，地热吸收式制冷系统节电在60%以上。本文描述的地热能100kW两级溴化锂吸收式制冷系统安装在广东省梅州市五华县汤湖热矿泥山庄。

1.地热制冷系统描述

　　该地热制冷系统主要有地热井、地热深井泵、热交换器、热水循环泵、制冷机、冷却水循环泵、冷却塔、冷冻水循环泵、空调末端设备和控制器等组成(图1)。

　　地热井是开采地热热水的必要设备，地热井的大小、深度由地质条件和所需开采量决定。地热深井泵用于提取地热水。由于从井中抽取的地热水普遍含有固体颗粒和腐蚀性离子，为了保护制冷机的安全和使用寿命，必须在制冷机与地热井之间设置热交换器，热量通过清洁的循环水传递给制冷机。该系统使用的地热井出水温度70℃—75℃，输入换热器水量20m3/h。

　　由于该热水井属低温热源，热水入口温度对制冷机效率影响很大，为提高换热效率本系统采用板式换热器。

　　该地热制冷系统生产出的冷冻水流量15.2m3/h，通过冷冻水泵分别输送到休息室和咖啡厅风机盘管提供空调，其中休息室冷冻水流量4.7 m3/h，咖啡厅冷冻水流量10.5 m3/h，两路冷冻水回水合并后送入制冷机循环。

　　由于热源温度较低，系统采用两级溴化锂吸收式制冷循环系统，两级吸收式制冷机与一级吸收式制冷机的区别是增加了高压吸收器和低压发生器，增加的目的是在相同的冷却水温度下，当地热水温度较低时可获得同样低温的冷冻水，热水进出口温差大，能使地热能得到充分利用[5][6]。表1为该系统主要技术参数。

2系统测试及数据分析

　　热水、冷却水、冷冻水是吸收式制冷机与外界交换的三种介质，这三种介质的参数直接影响到制冷机的制冷能力。为了研究低温地热热水驱动两级吸收式制冷机用于空调的运行工况，对系统进行了详细的测试和分析（表2）。测试时间为10：00—16：00，根据系统数据采集装置，连续记录了57组数据，测试期间空调用户满负荷运行。根据这些测试数据绘制运行曲线如图2所示，图中四条曲线分别为热水进口温度、冷却水进口温度、冷冻水出口温度和COP值。

　　从图2可知，地热热水是一种温度比较稳定的热源，温度波动小，测试数据表明，经热交换以后，制冷机热水进口温度稳定在63—65℃。吸收式制冷机的能量来源是热能，热源温度的稳定性决定了冷冻水输出温度的稳定性，同太阳能等其他热源相比，地热热水能提供温度稳定的热水，对于吸收式制冷机，是一种比较理想的热源。

　　两级吸收式制冷机与单级相比，由于增加了低压发生器和高压吸收器，两级吸收式制冷系统对热源温度要求相对较低，热能利用率高，从测试数据可知地热热水进出口温差在8—10℃。随着制冷机的运行，冷冻水温度逐渐降低，并趋于稳定，基本保持在6.5—10℃范围内，完全满足用户空调要求。

　　总体上来看，由于地热热源的稳定性，制冷机热水进口温度、冷却水进口温度、冷冻水出口温度都能维持在一个比较稳定的工况。

表2为部分运行参数列表。

3经济性分析

　　电压缩式制冷系统中压缩机能耗占总能耗的75%以上[7]，吸收式制冷系统中发生器和吸收器相当于电压缩式制冷系统中压缩机的功能，吸收式制冷机的电耗只是输出功率的2—3%，系统主要电能消耗在热水泵、冷却水泵、冷却塔和溶液泵上。系统改造前，原有空调系统为多台风冷分体式柜机，总制冷量约100kW。从表3可以看出，与改造前空调系统比较，原有系统总能耗44.3kW，地热吸收式制冷系统总能耗为17 kW，约为改造前系统能耗的38.4%，节约运行费用61.6%。

　　本系统为广东省梅州市五华县汤湖热矿泥山庄旅游景点提供空调，若每年空调时间按7个月，每天运行8小时计算，每年节约电量45860 Kwh。该系统为冬夏两用型机组，夏季提供空调冷气，冬季可提供暖气，节能效果显著。由于地热热水温度相对稳定，机组冷冻水输出温度变化不大，稳定性与电压缩式空调系统相当。

4  结论

　　地热资源是一种清洁能源，本系统利用地热热水驱动两级吸收式制冷系统，是地热能直接利用的一种有效途径。通过该系统实际运行和测试分析表明，系统有如下特点：

1）地热热水温度稳定，温度范围保持在63—65℃，对于吸收式制冷机是一种比较理想的驱动热源；
2）与单级吸收式制冷系统相比，热水温度要求比较低，63—65℃热水进口温度可以获得冷冻水出口温度6.5—10℃，热水进出口温差8—10℃，能以较高效率充分利用低温地热热源；
3）系统冻水出口温度6.5—10℃，完全满足空调冷冻水要求；
4）节能效果显著，从经济分析可知，系统节约能耗61.6%；
5）从经济效益和技术可行性分析，地热吸收式空调系统是一种值得推广的实用性系统。

参 考 文 献
[1]刘时彬，中国地热资源开发利用现状以及发展趋势分析，北京地热国际研讨会论文集，2002
[2] 谢栋辉等. 北京奥运公园应用地热供暖的可行性。北京地热国际研讨会论文集，2002
[3] 夏文慧，马伟斌等. 热水型两级吸收式制冷系统的研制．制冷，1988年第3期
[4] 戴永庆等. 溴化锂吸收式制冷技术及应用. 北京机械工业出版社，2001年第1版
[5] Ma W B, Deng S M. Theoretical analysis of low-temperature hot source driven two-stage LiBr/H2O absorption refrigeration system, Int. J. Refrig, Vol.19, No.2
[6] 夏文慧，马伟斌，黄志成，陈伟康. 新型的低温热水制冷机．制冷，1996，No.2
[7] 中国制冷空调工业协会，中国制冷学会，最新空调设备选用手册，机械工业出版社