地热制冷空调技术的研究与应用
(中国科学院广州能源研究所)
文摘:介绍了一种开发中低温地热资源的吸收式制冷技术——热水两级溴化锂吸收式制冷技术。测试数据表明，当热源温度为63 ~ 65℃时，制冷机的性能系数仍能稳定在0.38 ~ 0.42。与原有的电压缩制冷空调系统相比，地热制冷空调系统可节电62%左右。整个系统投资回收期小于4年，具有较高的实用价值和市场前景。
1简介
地热能是一种清洁的可再生能源。具有热流密度高、易于收集和运输、参数(流量和温度)稳定、使用方便等优点。地热不仅是矿产资源，也是宝贵的旅游资源和水资源，已成为各地开发利用的热点。
我国低温地热资源的利用在一些地区取得了良好的效果，如北京、天津在冬季利用地热水供暖[1，2]，对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，我国地热开发利用的总量和利用水平存在一定差距。除了用于发电的高温资源外，大部分中低温地热资源仍以简单原始的方式利用。尤其是很多热点附近的旅游饭店在使用70 ~ 90℃的地热水时，往往依靠自然降温将温度降到50℃以下进行洗浴和理疗，浪费了大量的热能。
近年来，广东各地围绕地热热点建设了许多旅游度假区，投资者对地热资源的合理开发利用投入了极大的兴趣。结合旅游度假区的需求，采用热水型两级溴化锂吸收式制冷机[3，4，5]，充分利用70℃以上的地热资源，为建筑提供制冷和空调。利用的地热水(60℃)可依次用于农副产品晾晒、洗浴、养殖等方面，实现了地热资源的梯级综合利用，促进了当地旅游业和农业经济的发展。
热水型两级溴化锂吸收式制冷机的制冷原理
两级溴化锂吸收式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、低压溶液换热器、高压溶液换热器、溶液循环泵和制冷剂泵组成，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)；(3)高压级溶液循环(虚线)。来自蒸发器E的低压制冷剂蒸汽被低压吸收器Al中的溶液吸收，通过低压级溶液循环在低压发生器Gl中蒸发，被高压吸收器Ah中的溶液吸收，通过高压级溶液循环在高压发生器gh中蒸发，在冷凝器K中散热，然后通过节流阀(U型管)冷却减压，进入蒸发器E，为建筑物提供空调冷负荷。
图1两级溴化锂吸收式制冷示意图
与传统的单级吸收式制冷机相比，两级吸收式制冷机配备了高压吸收器和低压发生器，目的是在当地热水温度较低的情况下，获得相同环境条件下相同低温的冷冻水。
3热水两级溴化锂吸收式制冷机的性能系数
两级溴化锂吸收式制冷机的制冷量为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，因此制冷机的性能系数为:
浅层地热能:全国地热(浅层地热能)开发利用现场经验交流会论文集
从上式可以看出，在两级溴化锂吸收式制冷机中，发生器输入两份热量得到一份冷能，因此两级溴化锂吸收式制冷机的实际性能系数COP约为0.4。
4工程应用实例
2002年，中科院广州能源研究所建成国内第一套实用的地热制冷空调系统，并于当年投入运行。该系统建于广东省梅州市五华热矿泥别墅。以70℃左右的地热水为热源，生产9℃冷冻水，用于热矿泥别墅的咖啡厅和休息室空调。
4.1地热制冷空调系统组成
该系统主要由热水型两级溴化锂吸收式制冷机、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、连接管道和空调末端设备组成。该系统如图2所示。本系统所用地热井出水温度为70 ~ 75℃，换热器进水为20m3/h，系统产生的冷冻水流量为15.2m3/h，分别由冷冻水泵送至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为4.7m3/h，咖啡厅冷冻水流量为10.5m3/h，两个回水合并
图2 100kW地热制冷空调系统
4.2主要系统参数
地热制冷系统的主要参数见表1:
表1地热制冷系统主要参数
4.3系统测试数据分析
热水、冷却水和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量。为了研究空调用低温地热热水驱动的两级吸收式制冷机的运行工况，对该系统进行了详细的测试和分析。
从图3可以看出，制冷机的热源温度基本稳定在63 ~ 65℃，其稳定性决定了制冷机的输出冷冻水温度和性能系数的稳定性。虽然地热温度低，但制冷机的性能系数保持在0.38 ~ 0.42。
图3地热制冷空调运行曲线
4.4系统经济分析
地热制冷空调系统与原有空调系统的比较如下表2所示。与原空调系统相比，地热制冷空调系统每年减少输入功率27.35kW，节约电费556.5438万元，具有良好的节能特性。地热制冷空调系统一次性投资需增加265438+万元。如果全年空调时间为7个月，地热制冷空调系统的额外投资不到4年就可以收回。
表2地热制冷空调系统的经济分析
5结论
中国地热资源的一个显著特点是丰富且分布不均。大部分分布在农村等一些偏远地区，过去没有得到很好的利用。随着农村城镇化的发展，合理开发地热这一独特的自然资源，发展旅游、水产养殖等相关产业，对于振兴农村经济、带动农民致富、加快农村小康社会建设具有重要意义。
热水型两级溴化锂吸收式制冷技术有效利用了中低温地热资源(70 ~ 90℃)，成为地热资源梯级综合利用过程中非常重要的一环。随着热点附近旅游度假村的建设，这项技术将得到很好的应用。
参考
刘，谢。发展具有中国首都特色的地热产业。北京地质1995，(2): 1 ~ 5
[2]王祖伟。天津地热资源现状及发展对策。土地与自然资源研究，2000，(3): 50 ~ 51
[3]夏文慧，马伟斌等.一种新型低温热水冰箱.制冷，1996，(2): 1 ~ 6。
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]马W B，邓S M .理论分析低？温度热源驱动二？级溴化锂/H2O吸收式制冷系统。制冷杂志，第19卷，第2期