馮自平-燃氣熱泵助力清潔供熱行業綠色低碳發展.pdf

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1、ZKG ENERGY燃氣熱泵(GHP)助力清潔供熱行業綠色低碳發展第四屆中國清潔供熱產業峰會-北京20230510馮自平（教授、博導）中科院廣州能源研究所節能與儲能技術研究室，主任中科院廣州能源研究所重慶研究院中國科學院廣州能源研究所ZKG ENERGY市場背景ZKG ENERGY社會痛點供熱+制冷用能占建筑能耗的50%以上，是建筑用能的最主要成本?，F有的”電空調+燃氣鍋爐/或集中供暖+全網電”模式能耗高、費用高、碳排放量高。隨著新能源的接入、電動車的普及、以及工商業目錄電價的取消，未來電價會持續上升、而且嚴寒和盛夏更會出現電力短缺，供暖供冷成本越來越高。ZKG ENERGY發展趨勢發達國家實

2、踐證明，以“燃氣分布式能源+網電“相結合的模式，代替現有的“純網電“模式，綜合解決建筑的冷熱電需求，將大幅度提高能源利用效率、降低用能成本和碳排放。燃氣熱泵(GHP)以燃氣為能源實現制冷制熱，通過能源多樣化解決建筑的冷熱需求，是建筑節能的最佳產品。ZKG ENERGY燃氣熱泵（GHP）解決的重大社會痛點解決冬季氣荒的問題 大多數采用鍋爐供暖，平均能效只有80%，是冬季北方氣荒的主要原因！采用燃氣熱泵，能效是鍋爐的2倍，有效解決氣慌！解決高峰用電負荷巨大、到處拉閘限電的問題 空調占夏季高峰負荷的40%以上，是造成高峰電力不足的罪魁禍首。采用燃氣熱泵，可有效降低高峰電力負荷，解決電力不足的問題。Z

3、KG ENERGYGHP燃氣熱泵空調主要應用場景中科廣能燃氣熱泵空調可提供制冷+供暖+生活熱水的全套服務，可廣泛應用于各種工商業建筑冷暖空調及工商業燃氣熱水鍋爐替代，如中小型商場、辦公樓、酒店、醫院、學校、工礦企業、娛樂場所、集體宿舍、別墅等。辦公樓酒店醫院學校小型商場邊防營地別墅/民宿恒溫/潔凈廠房方案優勢：1、利用天然氣替代電力，減少電力增容投資，緩解錯峰壓力；模塊化配置系統，適應部分負荷應用場景，滿足定制化需求。2、無極調速，負荷響應快，可速冷速熱；分階段投入，降能降本。3、合理利用建筑空間，無需專用機房冷暖及熱水一體化設計，全年不間斷保障熱水供應；PNGCNGLNG多氣源保障供能穩定性

4、。ZKG ENERGY燃氣熱泵(GHP)的國際國內市場現狀 燃氣熱泵(GHP)技術源自日本，目前已大量應用。主要生產商包括松下、洋馬、三菱、大金、愛信、電裝等。日本GHP每年銷售約3萬臺，按每臺25萬元計算，銷售額約75億元。2018-2021年日本市場GHP銷量（臺）中國市場上銷售的只有大連松下和天加洋馬，主要應用于北方城市和長江流域，包括大連、北京、天津、西安、成都、上海、杭州等地。中國人口是日本10倍，而且氣候相近，GHP的理論市場應該有500億元RMB。ZKG ENERGY突出優勢ZKG ENERGY燃氣熱泵(GHP)冷暖中央空調的原理 燃氣熱泵(GHP)是利用燃氣發動機直接驅動的新型

5、中央空調機組，夏季制冷、冬季制熱，可廣泛應用于各類建筑的冷暖供應。GHP主要以城市管道天然氣為燃料，也可以是液化石油氣、煤層氣、沼氣、柴油等。燃氣發動機基本原理：普通熱泵：電動機驅動壓縮機燃氣熱泵：燃氣發動機驅動壓縮機ZKG ENERGY突出優勢1-能效高，供冷供暖費用大幅度降低 替代燃氣鍋爐供暖，燃氣消耗量降低40-50%，有效解決氣荒！替代電空調制冷，運行費用下降20-60%（取決于當地氣價）。制冷制熱的同時，免費獲得80生活熱水。額定工況GHP(30HP)溴化鋰電空調制冷效率（EER）1.18（3.20）1.15（3.12）1.18(3.20)100%98%100%制熱效率（COP）1.

6、67（4.53）0.91（2.47）1.25（3.40）100%54%75%0.369為我國煤電到用戶端的效率。不同制冷技術的能效對比二次能源COP=一次能源COP0.369ZKG ENERGYGHP與現有各種中央空調技術的運行成本對比在重慶、北京、西北地區等，燃氣熱泵是現有各種供冷供暖技術中，運行費用最低的技術！ZKG ENERGY突出優勢2-燃氣驅動，熱泵配電容量大幅下降GHP使用燃氣作為動力，與電空調相比，配電容量降低90%。配電初投資和用電量大幅度下降、空調系統的整體初投資大幅度下降。有效降低樓宇用電的負荷波動。電熱泵空調（EHP）燃氣熱泵（GHP）大幅削減用電負荷其他設備用電其他設備

7、用電ZKG ENERGY突出優勢3-氣電混合設計GHP+EHP，更節能！夏季制冷：尖、峰運行期間以GHP為主；平、谷運行期間以EHP為主。冬季制熱：尖、峰、平運行期間以GHP為主；谷運行期間以EHP為主。RS-485EHPGHPGHP控制器RS-485EHP控制器總控制器ZKG ENERGY突出優勢4：極低溫和高溫能效幾不衰減-制冷制熱更強勁 在工況惡劣時（例如低溫制熱、高溫制冷），GHP的發動機可輸出更大扭矩，具有更大的發動機熱效率；而EHP的電機此時發熱量激增，電動馬達效率明顯下降。比如，我國許多地區夏季制冷環溫明顯高于35，此時EHP實際能效遠低于標稱能效，耗電量急劇上升，而GHP能效幾

8、乎不衰減?？梢奊HP高溫制冷和低溫制熱性能明顯優于EHP！環溫增加時，GHP發動機熱效率的增加彌補了制冷循環熱泵能效的減小，總體能效幾不衰減！EHP電動馬達效率隨環境溫度升高顯著下降，電機發熱嚴重，實際消耗功率急劇增加，總體能效顯著下降！供暖能力(%)100600-25010GHP80EHP-10外界溫度()ZKG ENERGY突出優勢5：不停機化霜設計-冬天更舒適 GHP可充分利用發動機余熱進行不停機化霜，可持續進行制熱運行，無需切換制冷運行用于外機除霜。而電空調必須頻繁除霜，尤其濕度較大的地區，室溫頻繁波動，從而給用戶帶來制熱效果差的困擾。ZKG ENERGYGHP代替供暖鍋爐的經濟性（北

9、京-10工況）燃氣2.8元/m3；電價0.7元/kWh，平均氣溫-10面積10萬m2；供暖期5個月；供暖負荷45W/m2供暖鍋爐：初投資60萬元耗氣量115萬m3氣費322萬元供熱成本32.2元/季m2燃氣熱泵：初投資320萬元耗71萬m3氣費200萬元供熱成本20元/季m2電熱泵：初投資465萬元耗電量360萬kWh電費250萬元供熱成本25元/m2運行費用高無需增加配電氣價越貴效果越好！需要增加配電注：（1）按北方-10的平均氣溫計算，鍋爐能效取90%，在-10時燃氣熱泵COP為3.9（其中熱泵自身COP為2.6）（2）當平均氣溫-10時，能效更高、投資回收期更短。ZKG ENERGY與其

10、他供熱技術的運行費用及碳排放對比ZKG ENERGY實際供暖項目經濟性測算（氣價越貴越好）北京某項目情況：供熱面積：40萬平方（90%居民、10%公建）鍋爐容量：16.8MW（42W/m2）每年電費：57萬元 燃氣消耗：393萬立方 燃氣成本：1100萬元（2.8元/m3）供熱+制冷同時替代更省錢！對于工商業建筑，如果夏天制冷和冬天制熱同時用GEHP代替，投資回收期更短（北京夏季供冷燃氣價格有優惠，2.4元/m3）GEHP替代方案1:鍋爐100%用大型空氣源GEHP替代，需要17臺。效果：節省30%燃氣（118萬方）。費用節省=118萬方燃氣X2.8元+20萬元碳減排=350萬元。GEHP成本

11、：17臺X80萬元/臺=1360萬元。投資回收期：4.0年（如果計算每年從政府獲得8.5元X40萬平方=340萬元，回收期縮短到1.9年）。GEHP替代方案2：鍋爐80%用GEHP替代，需要14臺。極端天氣使用原有鍋爐。投資回收期：3.0年左右。算上每年從政府獲得的補貼，回收期1.5年左右。ZKG ENERGY技術研發ZKG ENERGY空調供冷6.8的同時生活熱水實測出水溫度78.5空調供暖55的同時生活熱水實測出水溫度77.8技術特點：供冷/供暖同時制取高達80高溫熱水 通過發動機轉速-發動機冷卻液-排煙三因素多變量耦合控制技術，在燃氣熱泵行業首次實現供冷/暖同時穩定制取生活熱水高效控制策

12、略；通過冷媒-給水熱量自適應調配技術，實現78.5超高溫熱水制取，填補了行業空白。該技術對大量需要熱水的用戶產生強大吸引力，包括溫泉、酒店、餐館、食品加工、生物醫藥等等。超高溫生活熱水模塊ZKG ENERGY技術特點：高能效渦旋壓縮機-日本原裝進口開啟式渦旋壓縮機 日本原裝進口，市面上運行30年以上，產品可靠性高。壓縮機運行效率高，標準試驗室測試COP高達3.44.0。采用渦旋盤壓縮，具有體積小、噪音低、零件少、可靠性及效率高等眾多優勢 超寬運行范圍，可實現06000rpm無級變速調節，中間排氣口可把壓縮機排量可從100%降低到39%，實現超低負荷運行。驅動方式多樣化，通過發動機皮帶傳動方式，

13、可使用天然氣、LPG、沼氣、石油伴生氣、汽油、柴油等多種燃料驅動。壓縮機容積效率ZKG ENERGY鋸齒形直流金屬風機：直流型電機：是指通過輸入直流電能，使直流電動機旋轉以帶動風機葉輪旋轉，從而實現直流電能向機械能轉換過程的風機，擁有損耗小，效率高、功率因數高、調速性能好、控制簡單、變器容量低等優點。鋸齒形設計：采用了“碎蛋殼”鋸齒邊設計，以降低噴流噪聲，主要原因是讓扇葉邊緣的鋸齒可以有效抑制后緣的亂流，促進頁片尾部氣流的融合，噪音也進一步得到降低。金屬扇葉：使用壽命高，抗腐蝕強，不易變形。技術特點：直流無極調節風機-高效、低噪ZKG ENERGYHFC-410A=HFC-32+HFC-125

14、技術特點：高效制冷劑-R410A環境領先制冷劑HFC-410A：不破壞臭氧層，其分子式中不含氯元素，故其臭氧層破壞潛能值（ODP）為0。毒性極低，容許濃度和R22同樣，都是1000ppm。不可燃，空氣中的可燃極性為0?；瘜W和熱穩定性高。水分溶解性與R22幾乎相同。近共沸混合制冷劑，HFC-32(50%)+HFC-125(50%)。檢修方便。ZKG ENERGY技術特點：電子膨脹閥節流-冷媒精準分配高精度EXV電子膨脹閥：電子膨脹閥反應非?？?。從關閉狀態到完全打開狀態只需幾秒鐘。電子膨脹閥沒有靜態過熱。與熱力膨脹閥相比，當環境溫度較低時，感溫包中的感溫介質不會影響調節性能，適用于低溫環境。對于系

15、統過熱的控制，電子膨脹閥可以完全遠程控制和調節，相對而言，熱力膨脹閥不能遠程調節。電子膨脹閥比熱力膨脹閥節能得多，縮短冷凍時間，一般比熱力膨脹閥的冷凍時間少10%左右。電子膨脹閥的控制比熱力膨脹閥的控制更加多樣化。除了通過控制蒸發器來調節系統的制冷劑流量，電子膨脹閥還可以調節冷凝器。圖1 高精度電子膨脹閥圖2 熱力膨脹閥ZKG ENERGYZGNR71A-AW(MK)熱水模塊：可實現六種模式自動切換：單制冷、單制熱、制冷+生活熱水、制熱+生活熱水、純生活熱水及板換清洗模式。制冷/制熱同時可提供2530kW免費生活熱水，可大幅度降低客戶生活熱水運行費用。純生活熱水模式，可降低春秋季節空調設備閑置

16、率，提高生活熱水制熱效率，降低生活熱水運行費用。板換清洗模式，通過高速冷凍水一次性沖刷冷凍水板換內側，達到清潔作用，保證生活熱水潔凈度。2.5mm超厚鈑金覆蓋，7組高精度電磁閥協調控制，超高可靠性運行。技術特點：高效熱水模塊-5種模式自由切換ZKG ENERGY技術特點：全變轉速控制-熱泵實現“全直流變頻”調節 空調變頻控制：可根據室內負荷需求，調整壓縮機頻率；如果室內不需要大量冷熱時，空調就會以低頻的狀態運轉，智能地恒定控溫，節能高效、舒適性好。GHP通過控制發動機轉速從而調節壓縮機頻率，實現空調系統變頻調節。發動機轉速多達51檔，可根據系統運行狀態，快速調節發動機轉速，使系統時刻安全可靠運

17、行。實時監測室內需求，調節發動機轉速，智能地恒定控溫，節能高效運行，提供用戶良好的舒適性。直流風機實現無極調節，系統實現高效控制。ZKG ENERGY技術特點：燃氣發動機超長維護周期設計（保養間隔周期5000h，使用壽命15年，機組可實現5年免維護。）主要優化方面：（1）缸體、缸蓋、曲軸強化設計；（2）活塞、活塞環優化設計；（3）優質火花塞對標研究工程設計試制試驗現場支持失效分析零部件設計仿真分析ZKG ENERGY技術特點：十二大靜音技術，超強靜音大弦長空間扭曲鋁鎂合金風葉，效率高，噪音低12 高密度金屬板+超厚阻尼噴塑高效靜音渦旋壓縮機發動機、壓縮機專用橡膠減震器發動機專用排氣消音器直流變

18、頻風扇電機低噪出風格柵靜音導風圈設計CFD氣流分析模擬3 三維管路優化仿真設計，避免管路共振4567 多孔阻尼吸聲材料+空氣密封條8多重隔音進氣腔910111264dB(A)ZKG ENERGY技術特點：強大的運算和自適應控制能力 先進的微電腦控制板，擁有GHP產品運行控制功能和安全保護等多重功能，其中基于Cortex-M4系列高速處理芯片，主頻高達168MHz，精確迅速獲取主機系統運行參數，并及時發出控制指令，進行告訴分析處理，實現機組的智能控制，保證機組高效穩定運行。Cortex_M4架構ZKG ENERGY技術特點：大數據云平臺遠程服務 每臺機組入網，通過云端輕松監控機組運行情況，數據刷

19、新率快，支持云端遠程操作，用戶運維便捷，手機端或者web端均可實現。云端數據實時存儲，數據保存長達一年，支持曲線和表格生成，支持歷史數據查詢，支持報警提醒。ZKG ENERGY研究院簡介ZKG ENERGY中科院廣州能源研究所重慶研究院 重慶研究院是中國科學院廣州能源研究所在重慶設立的新型研發機構。研究院的宗旨是：以國家隊獨有的人才、技術和資源優勢，研發系列冷熱能源領域噸先進技術，打造冷熱領域的的低碳產業集群！中科廣能燃氣熱泵技術打破了日本在該技術長期以來的壟斷地位?，F有5000平廠房作為研發和生產基地，已建成年產3000臺GHP生產線，產品已通過第三方權威檢測機構認證。目前已申請知識產權 1

20、9 項，已授權有：7項軟著+4項發明專利+3項實用新型專利！ZKG ENERGY燃氣熱泵核心技術及產品 中科廣能在科技部863計劃等項目的支持下，打破日本壟斷，率先實現燃氣熱泵的國產化，為供冷供暖領域帶來革命性技術。技術壁壘至少5年！燃氣熱泵供熱供冷技術專利技術1：氣電混合風冷模塊機單體建筑供冷供熱的最佳技術專利技術2：大型供暖用燃氣熱泵代替燃氣鍋爐的最佳技術專利技術3：燃氣熱電聯產機組各種鍋爐最佳替代技術（發電+蒸汽+熱水）優勢技術4：高效燃氣發電機組工廠應急、油氣田、野外等的高效供電ZKG ENERGY模塊機產品系列4、GHP冷熱水機組熱水模塊熱水模塊機（ZGNR71A-AW(MK)）可實

21、現機組制冷、制冷+生活熱水、制熱、制熱+生活熱水、純生活熱水共計五種運行模式的自由切換；純生活熱水時，標熱7下制熱水功率85kW(最大制熱量110kW)，機組每天可將50噸水從20加熱至55。2、GHP冷熱水機組(寒冷地區)寒冷地區機組（ZGNR71A-AW(2)）在ZGNR71A-AW基礎上進行改進，增加冷媒回收余熱系統，在極低溫工況下提高系統低壓實現-25極低溫高效運轉1、GHP冷熱水機組(普通地區)中科廣能冷熱水機組普通地區機組（ZGNR71A-AW）為基礎機型，其余冷熱水機組在其上進行功能擴展而衍生更多種機型系列。中科廣能是國產首家使用開式渦旋壓縮機研制出可批產銷售高能效GHP機組的企

22、業。3、GHP冷熱水機組(帶熱水功能模塊)帶熱水功能模塊機組（ZGNR71A-AW(3)）在ZGNR71A-AW基礎上進行改進，針對余熱系統增加生活熱水回收余熱系統，在制冷或制熱的同時實現附帶免費生活熱水供應。機組每天可將15噸水從20加熱至55，可將10噸水從0加熱至55，故每天可保證10噸熱水量。ZGNR71A-AWZGNR71A-AW(2)ZGNR71A-AW(3)ZGNR71A-AW(MK)5、GHP多聯機中科廣能GHP多聯機（ZGNR71A-AR）為基礎機型，其余GHP多聯機在其上進行功能擴展而衍生更多種機型系列。中科廣能是國產首家掌握GHP多聯機技術的企業，是國產GHP多聯機開拓者

23、！機組每天可將15噸水從20加熱至55，可將10噸水從0加熱至55，故每天可保證10噸熱水量。6、GHP水源熱水機燃氣熱泵水源熱水機是中科廣能燃氣熱泵系列機型中的一種，充分利用熱泵冷凝熱及發動機余熱制備生活熱水，并能同時免費供冷，高溫冷凝器側與低溫蒸發器側均是水源，一次能效可達2.79。機組額定能力運行時，每小時可將1.82噸水從15加熱至55，每天制備44噸熱水，免費冷量45kW，一次能效達2.26。ZGNR71A-ARZKG ENERGY中科廣能GHP工程實際應用案例1中科廣能辦公樓 機組運行時間5000小時，相當于空調2年多使用時間。充分驗證了機組的運行可靠性！機組運行穩定、效果良好。無

24、故障發生，室內側制冷/制熱效果好。建筑面積1500m2，該項目使用2臺中科廣能GHP供冷+供暖。經實際使用核算，我們的GHP產品相比電空調可節省費用52.4%。2重慶沙坪壩區某辦公樓3重慶蓮花湖酒店藝術中心 建筑面積3500m2，該項目使用8臺GHP實現供冷+供暖+生活熱水（最高可80）?？蓪崿F制冷、制熱、制冷+生活熱水、制熱+生活熱水、純生活熱水共計五種運行模式自由切換，常年提供生活熱水。當前：節電244.8萬kWh/年，折合標煤758.88噸/年，減排CO277.4噸/年。3年后：節電48960萬kWh/年，折合標煤15.2萬噸/年，減排CO21.55萬噸/年。（預計應用案例500個）ZKG ENERGY3/27/2023Thank you聯系人：柳箭（電話/微信：13910386980）