地热制冷空调技术研究与应用

龚宇烈 马伟斌

（中国科学院广州能源研究所）

摘要：本文介绍了一种用于开发中低温地热资源的吸收制冷技术——热水型两级溴化锂吸收制冷技术。测试数据表明，在热源温度为63～65℃时，制冷机性能系数仍可稳定在0.38～0.42。与原有电压缩制冷空调系统相比，地热制冷空调系统可节省电力约62%。整个系统的投资回收期不到4年，具有较高的实用价值和市场前景。

1 引言

地热是一种洁净的可再生能源。它具有热流密度大、容易收集和输送、参数稳定（流量、温度）、使用方便等优点。地热不仅是一种矿产资源，同时，也是宝贵的旅游资源和水资源，已成为各地争相开发利用的热点。

我国中低温地热资源的利用在局部地区取得了良好的效果，如北京市和天津市利用地热水进行冬季供暖［1，2］，为减少化石燃料的使用，改善两市的大气环境产生了良好的效果。但与国外一些发达国家相比，我国的地热开发利用不论从总量和利用水平上都存在一定的差距。除高温资源用于发电外，大部分中低温地热资源的利用仍停留在简单的、原始的利用方式，特别是许多地热点附近的旅游宾馆在利用70～90℃的地热水时，往往要靠自然冷却将温度降低到50℃以下用于洗浴和理疗，使大量热能白白浪费掉。

近年来，广东地区围绕着地热点兴建了许多旅游度假村，投资商对于地热资源的合理开发利用投入了极大的兴趣。结合着旅游度假村自身的需求，利用热水型两级溴化锂吸收制冷机［3，4，5］充分利用70℃以上的地热资源，向建筑物提供制冷空调。利用后的地热水（60℃）可依次用于农副产品干燥、洗浴、养殖等方面，实现地热资源的梯级综合利用，同时也促进了当地旅游业和农业经济的发展。

2 热水型两级溴化锂吸收制冷机的制冷原理

两级溴化锂吸收制冷循环系统由蒸发器、低压吸收器、高压吸收器、低压发生器、高压发生器、冷凝器、低压溶液热交换器、高压溶液热交换器、溶液循环泵和冷剂泵组成，如图1所示。

制冷过程可分为三个过程：①制冷剂循环（实线表示）；②低压级溶液循环（虚线表示）；③高压级溶液循环（折线表示）。从蒸发器E出来的低压冷剂蒸汽在低压吸收器Al内被溶液吸收，经过低压级溶液循环在低压发生器Gl蒸发出冷剂蒸汽，被高压吸收器Ah内溶液吸收，再经过高压级溶液循环在高压发生器Gh蒸发出高压冷剂蒸汽，进入冷凝器K放热，之后经过节流阀（U形管）降温降压后进入蒸发器E，向建筑物提供空调冷负荷。

图1 两级溴化锂吸收制冷原理图

与传统的单级吸收式制冷机相比，两级吸收式制冷机增加了高压吸收器和低压发生器，增加的目的是在相同的环境条件下，当地热水温度较低时可获得同样低温的冷冻水。

3 热水型两级溴化锂吸收制冷机的性能系数

两级溴化锂吸收制冷机制冷量为Qo，高压发生器和低压发生器从地热水中吸收的热量为Qhg和Qlg，则制冷机性能系数为：

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从上式可知，在两级溴化锂吸收制冷机中，发生器输入二份热量得到一份冷量，因此，两级溴化锂吸收制冷机的实际性能系数COP约为0.4。

4 工程应用实例

2002年由中国科学院广州能源研究所完成的国内第一套实用型地热制冷空调系统，于当年投入运行。该系统建在广东省梅州市五华热矿泥山庄中，利用70℃左右的地热水为热源，制取9℃的冷冻水，用于热矿泥山庄咖啡厅和休息室的空调。

4.1 地热制冷空调系统组成

系统主要由热水型两级溴化锂吸收制冷机、冷冻水循环泵、深井泵、地热水循环泵、板式换热器、热水循环泵、冷却水循环泵、冷却塔、控制箱和连接管道、空调末端设备等组成。系统如图2所示。该系统使用的地热井出水温度70～75℃，输入换热器水量20m3/h。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4.7m3/h，咖啡厅冷冻水流量10.5m3/h，两路冷冻水回水合并后送入制冷机循环。

图2 100kW地热制冷空调系统

4.2 系统主要参数

地热制冷系统的主要参数如表1所示：

表1 地热制冷系统主要参数

4.3 系统测试数据分析

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。

从图3中可以看出，制冷机热源温度基本稳定在63～65℃，其稳定性决定了制冷机输出冷冻水温度以及性能系数的稳定性。虽然地热温度偏低，但制冷机性能系数仍然保持在0.38～0.42。

图3 地热制冷空调运行曲线

4.4 系统经济性分析

以下给出地热制冷空调系统与原有空调系统的比较，如表2所示。地热制冷空调系统与原有空调系统相比，减少输入功率为27.35kW，年节约电费5.51万元，显示了良好的节能特性。地热制冷空调系统需增加一次性投资为人民币21万元，以全年空调时间为7个月计算，地热制冷空调系统多投资部分不到4年即可收回。

表2 地热制冷空调系统经济性分析

5 结语

中国地热资源一个显著特点是资源丰富而分布不均匀，大部分地热分布在农村等一些偏远地区，以往这部分资源都得不到很好的利用。随着农村城镇化道路的进行，合理开发地热这一得天独厚的自然资源，发展旅游业、养殖业等一些相关产业，对于振兴农村经济、带动农民致富、加速农村小康建设具有重要意义。

热水型两级溴化锂吸收制冷技术有效地利用了中低温地热资源（70～90℃），已经成为地热资源梯级综合利用过程中非常重要的环节。随着地热点附近旅游度假村的兴建，这项技术必将得到很好的应用。

参考文献

［1］刘延忠，谢桂寅.发展具有我国首都特色的地热事业.北京地质.1995，（2）：1～5

［2］王祖伟.天津市地热资源利用现状及发展对策.国土与自然资源研究，2000，（3）：50～51

［3］夏文慧，马伟斌等.新型的低温热水制冷机.制冷，1996，（2）：1～6

［4］马伟斌，夏文慧等.热水型溴化锂两级吸收式制冷机在工业中的应用.制冷，1998，（4）：37～40

［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