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[摘要]对燃气机热泵机组在设计与开发过程的一些问题进行了分析和探讨，对如何解决燃气机热泵可靠性、耐久性、节能性、系统控制、经济性等方面的问题提出了一些建议。
[关键词]燃气机热泵；设计；开发；问题
1.引言
随着我国经济的飞速发展，城市建筑空调日益普及。大量电力空调的应用造成了夏季电力峰谷差日益加大，发电厂效率降低，供电安全得不到满足。与此同时，夏季正是天然气处于用气低谷时期。随着我国天然气“西气东输”工程的顺利进行，天然气资源可以像电力资源一样方便地获得，因此以天然气为能源的制冷空调设备开始受到了普遍的关注。
燃气机热泵是一种以燃气发动机为动力，驱动的蒸汽压缩式循环的热泵(制冷)装置。同其它天然气为能源的空调设备相比，燃气机热泵的一次能源利用率较高。在日本，燃气机热泵在空调市场的占有相当的份额，成为空调市场上一类重要的产品类型。而在国内，自主开发的燃气机热泵产品尚未在市场上出现。在上海市科委基金项目的支持下，上海交通大学设计开发了一套商用燃气机热泵样机，本文就设计与开发过程中遇到的一些问题进行分析讨论。
2.燃气机热泵设计与开发中的问题分析
尽管从理论上讲，燃气机热泵具有一次能源利用率高、部分负荷性能好、CO2排放量少、供热速度快、低温供热性能好等诸多优点，但在实际应用中燃气机热泵在可靠性、耐久性、节能性、经济性等方面存在一些问题。如何在设计过程中克服和解决这些问题，是燃气机热泵产品能否推广应用的关键。
2.1天然气资源问题。
燃气机热泵使用的气体燃料主要是天然气。在进行燃气机热泵系统设计时首先需要考察当地的天然气资源问题。我国天然气资源较为丰富，到2001为止，我国天然气年产量超过2×1011立方米。随着“西气东输”工程的顺利进行，天然气资源在我国的能源消费中将占据越来越多的比重，天然气资源的获得也会越来越容易。这为我国燃气机热泵的发展提供了有利条件。
2.2可靠性与耐久性。
热泵机组的特点是要求机组能长时间连续不间断运行，且要求尽量减少对机组的操作维护，甚至要求无人操作管理。由于燃气机热泵的压缩机采用发动机驱动，其可靠性和耐久性要比电动机差。因此，用于燃气机热泵的燃气发动机必须比普通车用发动机具备更高的性能，以减少维修频率并延长燃气机热泵的使用寿命。
用于驱动热泵压缩机的发动机可以是内燃式或外燃式发动机。由于内燃式发动机应用较多，产品成熟，因此燃气机热泵机组中大多采用内燃机驱动。目前，国内尚无专用于燃气机热泵的天然气发动机，国外的燃气机热泵发动机也是由汽油机或柴油机进行改装。为保证燃气机热泵具有良好的可靠性和耐久性，在对汽油机或柴油机改装过程中应着重注重如下几个问题：
(1)提高压缩比。普通汽油机的压缩比一般在9左右，改用天然气后，发动机的压缩比须提高到12～15。增大压缩比的目的是提高天然气发动机的功率，保证发动机的可靠运行。
(2)气门组的改进。由于天然气发动机的排气温度高，所以对气门组的材料要求更加严格。进、排气门可采用高热强性的耐热钢，密封锥面须堆焊高强度铬基材料，气门座圈材料可选用高合金工具钢。
(3)减少磨损和腐蚀。由于天然气中含有微量硫化合物(硫化氢)，长期运行可引起气门、活塞环和气缸的腐蚀与磨损。减少磨损和腐蚀的办法是采用耐腐蚀材料和专门的发动机润滑油。
(4)点火系统。与汽油机相比，天然气的着火温度要高，因而用汽油机改装天然气发动机时需要提高的点火能量，以保证发动机能连续可靠的点火。
2.3节能性问题
2.3.1发动机与压缩机的合理匹配。
压缩机与发动机的合理匹配是燃气机热泵设计中的一个重要问题，匹配合理与否对发动机的能耗影响很大。其关键问题在于如何合理匹配发动机与压缩机的转速与功率。发动机的转速与功率的匹配需要考虑以下因素：
(1)压缩机的功率要求；
(2)压缩机与发动机的联接方式；
(3)发动机和压缩机的最佳运行工况；
(4)发动机和压缩机的安全稳定转速范围。
燃气发动机需要提供的功率由下式决定：
式中：Pen——设计转速下发动机最大输出功率(KW)；
Pep——设计条件下压缩机需要的功率(KW)；
ηc——传动效率，直联取1.0，皮带轮联接取0.97～0.99；
C——功率放大系数。
随着室外温度和空调负荷的变化，热泵系统的压缩机功率变化较大。热泵机组有时会处于超出设计负荷的工作状态。因此，在选择发动机时，设计转速下发动机的功率需要有一定的余量，以保证发动机能在极端气温条件下满足热泵系统的功率要求。燃气机热泵中功率放大系数C可取1.4~1.5。
压缩机与发动机的联接方式可分为轴联接和皮带轮联接。采用轴联接时，压缩机和发动机只能采用1:1的转速比。若采用皮带轮联接，发动机和压缩机可根据需要设定不同的转速比，使得发动机和压缩机都能处于最佳工况下运行。
在确定发动机和压缩机转速比时，首先可以根据发动机的特性曲线和压缩机设计工况点确定一个“理论最佳转速比”。在确定“理论最佳转速比”时，由(1)式计算额定工况下发动机须提供的输出功率Pen，然后根据图1所示的发动机的万有特性曲线(非定量)，由该功率曲线和发动机耗气量曲线获得最小耗气量bemin下的发动机最佳转速nen,design。此转速和压缩机的设计转速ncp,design之比即为“理论最佳转速比”，然后由下式计算皮带盘的直径比
式中：Den——发动机的皮带轮直径(m)；
Dcp——压缩机的皮带轮直径(m)。
需要指出的是，根据上述方法得到的发动机与压缩机的转速比是理论上的一个指导值。在实际设计中，还需要考虑实际可选皮带轮的尺寸、压缩机的安全转速范围和发动机的稳定转速范围。过高或过低的转速均会导致设备的不正常运行，降低燃气机热泵的可靠性。
2.3.2余热回收及利用。
燃气机热泵的一个突出优点就是能够回收发动机的余热，实现能源的高效利用。供热运行时，燃气机热泵的余热可直接用来增加供热量，以增强热泵在冬季的供热能力。制冷运行时，燃气机的余热用来提供生活用水。对于中小型燃气机热泵机组，制冷运行时，发动机的余热直接通过热泵的风扇散发到大气中，以减小机组的体积。
燃气机热泵的余热回收与利用有多种方式。如图2所示为一燃气机热泵的发动机冷却液循环系统示意图。经发动机缸套加热的发动机冷却液进入烟气换热器进行再次加热，此时高温冷却液可由切换阀切换。冷却液循环有三个回路：(1)当热泵机组处于制冷工况时，发动机冷却液进入散热器进行散热，以保证发动机的正常运行；(2)当热泵机组处于制热工况时，进入余热回收器进行余热回收；(3)当发动机启动时，为使得发动机能快速暖机，冷却液不进行散热直接旁通返回发动机，或者当运行过程中进入发动机冷却液的温度过低或排气温度过低时，冷却液也进入旁通回路直接返回发动机。
在发动机冷却液循环系统中，烟气换热器、散热器和热回收器的设计是一个重要问题。在这些换热器设计时，一方面换热器要有足够的换热面积，使得发动机的余热能得到充分的利用或散失；另一方面，换热器的面积也不能过大，以免换热能力过强，导致发动机冷却液进口温度过低或排气温度过低。发动机冷却液的进口温度过低会影响发动机的耐久性和输出功率。另外，由于天然气燃烧后的产物中含有大量的水蒸气，因此发动机排气温度也不能低于100℃,否则排气管路内会产生大量凝结水。为安全起见，设计时应保证排气温度应保证在120℃以上。 在热泵系统中，发动机的余热利用大致可以分为两种型式：直接利用和间接利用。直接利用是指发动机的余热直接用来加热冷凝器侧的送风或供水。间接利用是指发动机的余热用来加热低压侧的制冷剂，即用余热承担部分蒸发器的负荷，从而提高提高热泵的蒸发温度，增强供热性能。对于空气源热泵，气候温和的地区，可采用直接利用的方式，以使得热泵能充分吸收空气中的热量，发挥热泵利用可再生能源的特性，同时系统设计也相对简单。而在冬季结霜严重的寒冷地区，可采用间接利用的方式，这样可以提高热泵的蒸发温度，减少结霜频率。图3为几种典型的发动机余热在空气源热泵循环中的利用方式示意图。
2.4环保问题。燃气机热泵在应用中涉及两个环境问题：一个是废气的排放，另一个是噪声。在环保意识日益增强的今天，这两个问题在燃气机热泵设计中应得到重视。
相对而言，天然气发动机废气的污染排放要比石油和煤轻得多。表1为三种燃料燃烧后的污染排放比较。尽管如此，在燃气机热泵设计中仍有必要采取措施，减少污染物的产生。
上减少有害物的生成(如采取稀薄燃烧)；另一类是机外净化，包括前处理方式(如天然气的脱硫)和后处理方式(如采用EGR废气再循环利用等)。这些手段都可以有效地降低天然气发动机的排放污染，在设计过程中可根据实际情况选择一种或几种处理方案。
噪声污染是燃气机热泵的主要缺点之一，是设计中需要解决的一个重要问题。燃气机热泵的噪音来自于燃气发动机、风机和水泵，而发动机是机组的主要噪声源，因此降低发动机的噪声是降低整个机组噪声的根本途径。发动机噪声主要来自发动机本身的振动和排气噪声。减小振动噪声的办法是在发动机与机架之间安装隔振垫，避免振动传给机架。发动机与压缩机直联传动的燃气机热泵要避免发动机和压缩机的共振，应采用柔性联接的方式。排气噪音可通过在排气管路上设置消声器来解决，必要时设置多级消声器。为节约设备安装空间，烟气换热器可设计成起消声作用的换热器。另外，降低转速可以明显减小发动机的噪声，因此在节能性和可靠性要求允许的条件下，应该尽量选择较低的发动机转速。
2.5系统控制。
在燃气机热泵控制系统中，除普通电驱动热泵需要的控制项目外，还需要考虑发动机的工作特性，增加一些控制内容，因此系统控制稍显复杂。
2.5.1启动和停机控制。燃气机热泵的启动和停机过程比普通电动热泵稍微复杂。启动时，在加载压缩机负荷之前应保证发动机已处于稳定的工作状态，冷却液温度、机油温度、转速都须达到一定的要求，否则，启动过程容易失败。停机时，也应先卸载热泵负荷，让发动机怠速运行一段时间，同时保持冷却液处于循环状态，等发动机机体温度逐渐下降后方可停机。
2.5.2超速控制。由于供气压力不稳定、负载突然变化等原因，发动机容易产生超速，有时会发生“飞车”。发动机超速使得机组工作不稳定，甚至会损坏压缩机。因此控制系统中需要实时监测发动机转速，一旦发生超速，应立即减少或切断供气。
2.5.3转速控制。发动机转速控制是燃气机热泵控制的重要内容，除了上述启、停过程和发生超速时需要进行转速控制外，另一方面是通过转速控制调节热泵的制冷或制热量，实现系统的节能运行。
2.5.4冷却液控制。发动机余热的利用与释放是通过发动机冷却液循环实现的。在冷却液循环控制系统中，需要根据机组的工作模式、发动机冷却液进口温度、烟气换热器出口废气温度来确定冷却液的循环模式，保证发动机余热的合理利用和发动机的正常运行。
2.5.5漏气保护。天然气为易燃易爆气体，空气中达到一定浓度候会发生燃烧或爆炸，因此，机组中应安装燃气感应装置，发现有漏气现象应自动切断供气装置，停机并发出警报。
2.6经济性问题。
经济性问题是燃气机热泵推广应用中最敏感的问题。可以说，燃气机热泵的设计过程中几乎所有问题都是针对经济性而言的。只有同现有的电驱动热泵相比，燃气机热泵具备更好的经济性才会有其发展的空间。与燃气机热泵经济性相关的因素有很多，在机组设计过程中，必须充分考虑这些因素，根据实际情况提出相应的设计目标，以便设计出具备竞争力的燃气机热泵。这些因素包括：
2.6.1机组容量。机组容量大小根据用户需要负荷的要求而定，但同电驱动热泵相比，小容量燃气机热泵的初投资相对较大，而运行费用节约幅度小，投资回收期长。
2.6.2发动机与压缩机的匹配。发动机与压缩机匹配合理，一方面可以减少发动机的投资成本，另一方面可以提高发动机的运行效率，减少运行费用。
2.6.3发动机寿命。发动机寿命越长，燃气机热泵的经济性越好，当发动机寿命少于投资回收期时，燃气机热泵是不经济的。
2.6.4机组维修频率。一般情况下，燃气机热泵中维修频率最高的设备是发动机，包括日常维护和大修。机组设计时，应考虑选择高性能的发动机，以减少机组的维护费用。
2.6.5机组运行性能。机组的一次能源利用率越高，部分负荷性能越好，能耗越低，机组运行费用越低。
经济性问题实际上是一个较为复杂的问题，除上述影响因素外，还包括能源价格、天然气管路费用、设备折旧费、投资利率等多种因素有关。这些问题不属于机组设计开发过程中所能决定的因素，本文不作具体分析。
3.结束语
燃气机热泵是一种节能、高效、适合于产业化的热驱动空调制冷设备。随着天然气作为一种清洁能源在我国能源消费中占据越来越高的比重，燃气机热泵必将得到产业化发展。燃气机热泵的设计并不是简单地将原动机由电动机替换成燃气发动机。如何很好地发挥燃气机热泵的优点，克服其缺陷，是燃气机热泵设计的要求。本文将燃气机热泵设计过程中遇到了一些问题进行了总结，并提出了一些解决方法，旨在对我国燃气机热泵的设计、推广和应用提供一些参考。
参考文献
［1］杨昭，张世刚，刘斌，等．燃气热泵及其它供热空调的能源利用分析．太阳能学报．2001，22(2)：171-175
［2］王长庆，龙惟定，黄治锺，等．日本燃气空调发展．能源技术．2002，23(4)：158-161
［3］谢英柏．燃气机热泵总能系统的理论分析与实验研究：［博士学位论文］，河北：华北电力大学，2002
［4］顾安忠，等，编著．液化天然气技术．北京：机械工业出版社，2004
［5］许世海，邱瑞波，天然气汽车使用中存在的问题及对策．汽车技术．2001(1)
［6］张建一，编著．制冷装置节能技术．北京：机械工业出版社，1999
［7］倪计民，编著．汽车内燃机原理．上海：同济大学出版社，1997
［文章编号］1006-7619(2009)06-13-449
［作者简介］李艳(1978-)，女，1999年毕业于郑州纺织工学院。1999年至2006年，在安阳市建筑设计研究院从事民用建筑暖通设计工作；2006年至2009年在上海从事民用建筑和工业建筑的暖通设计工作；现在在康泰斯(上海)化学工程有限公司从事化工类工厂的暖通设计工作。
[关键词]燃气机热泵；设计；开发；问题
1.引言
随着我国经济的飞速发展，城市建筑空调日益普及。大量电力空调的应用造成了夏季电力峰谷差日益加大，发电厂效率降低，供电安全得不到满足。与此同时，夏季正是天然气处于用气低谷时期。随着我国天然气“西气东输”工程的顺利进行，天然气资源可以像电力资源一样方便地获得，因此以天然气为能源的制冷空调设备开始受到了普遍的关注。
燃气机热泵是一种以燃气发动机为动力，驱动的蒸汽压缩式循环的热泵(制冷)装置。同其它天然气为能源的空调设备相比，燃气机热泵的一次能源利用率较高。在日本，燃气机热泵在空调市场的占有相当的份额，成为空调市场上一类重要的产品类型。而在国内，自主开发的燃气机热泵产品尚未在市场上出现。在上海市科委基金项目的支持下，上海交通大学设计开发了一套商用燃气机热泵样机，本文就设计与开发过程中遇到的一些问题进行分析讨论。
2.燃气机热泵设计与开发中的问题分析
尽管从理论上讲，燃气机热泵具有一次能源利用率高、部分负荷性能好、CO2排放量少、供热速度快、低温供热性能好等诸多优点，但在实际应用中燃气机热泵在可靠性、耐久性、节能性、经济性等方面存在一些问题。如何在设计过程中克服和解决这些问题，是燃气机热泵产品能否推广应用的关键。
2.1天然气资源问题。
燃气机热泵使用的气体燃料主要是天然气。在进行燃气机热泵系统设计时首先需要考察当地的天然气资源问题。我国天然气资源较为丰富，到2001为止，我国天然气年产量超过2×1011立方米。随着“西气东输”工程的顺利进行，天然气资源在我国的能源消费中将占据越来越多的比重，天然气资源的获得也会越来越容易。这为我国燃气机热泵的发展提供了有利条件。
2.2可靠性与耐久性。
热泵机组的特点是要求机组能长时间连续不间断运行，且要求尽量减少对机组的操作维护，甚至要求无人操作管理。由于燃气机热泵的压缩机采用发动机驱动，其可靠性和耐久性要比电动机差。因此，用于燃气机热泵的燃气发动机必须比普通车用发动机具备更高的性能，以减少维修频率并延长燃气机热泵的使用寿命。
用于驱动热泵压缩机的发动机可以是内燃式或外燃式发动机。由于内燃式发动机应用较多，产品成熟，因此燃气机热泵机组中大多采用内燃机驱动。目前，国内尚无专用于燃气机热泵的天然气发动机，国外的燃气机热泵发动机也是由汽油机或柴油机进行改装。为保证燃气机热泵具有良好的可靠性和耐久性，在对汽油机或柴油机改装过程中应着重注重如下几个问题：
(1)提高压缩比。普通汽油机的压缩比一般在9左右，改用天然气后，发动机的压缩比须提高到12～15。增大压缩比的目的是提高天然气发动机的功率，保证发动机的可靠运行。
(2)气门组的改进。由于天然气发动机的排气温度高，所以对气门组的材料要求更加严格。进、排气门可采用高热强性的耐热钢，密封锥面须堆焊高强度铬基材料，气门座圈材料可选用高合金工具钢。
(3)减少磨损和腐蚀。由于天然气中含有微量硫化合物(硫化氢)，长期运行可引起气门、活塞环和气缸的腐蚀与磨损。减少磨损和腐蚀的办法是采用耐腐蚀材料和专门的发动机润滑油。
(4)点火系统。与汽油机相比，天然气的着火温度要高，因而用汽油机改装天然气发动机时需要提高的点火能量，以保证发动机能连续可靠的点火。
2.3节能性问题
2.3.1发动机与压缩机的合理匹配。
压缩机与发动机的合理匹配是燃气机热泵设计中的一个重要问题，匹配合理与否对发动机的能耗影响很大。其关键问题在于如何合理匹配发动机与压缩机的转速与功率。发动机的转速与功率的匹配需要考虑以下因素：
(1)压缩机的功率要求；
(2)压缩机与发动机的联接方式；
(3)发动机和压缩机的最佳运行工况；
(4)发动机和压缩机的安全稳定转速范围。
燃气发动机需要提供的功率由下式决定：
式中：Pen——设计转速下发动机最大输出功率(KW)；
Pep——设计条件下压缩机需要的功率(KW)；
ηc——传动效率，直联取1.0，皮带轮联接取0.97～0.99；
C——功率放大系数。
随着室外温度和空调负荷的变化，热泵系统的压缩机功率变化较大。热泵机组有时会处于超出设计负荷的工作状态。因此，在选择发动机时，设计转速下发动机的功率需要有一定的余量，以保证发动机能在极端气温条件下满足热泵系统的功率要求。燃气机热泵中功率放大系数C可取1.4~1.5。
压缩机与发动机的联接方式可分为轴联接和皮带轮联接。采用轴联接时，压缩机和发动机只能采用1:1的转速比。若采用皮带轮联接，发动机和压缩机可根据需要设定不同的转速比，使得发动机和压缩机都能处于最佳工况下运行。
在确定发动机和压缩机转速比时，首先可以根据发动机的特性曲线和压缩机设计工况点确定一个“理论最佳转速比”。在确定“理论最佳转速比”时，由(1)式计算额定工况下发动机须提供的输出功率Pen，然后根据图1所示的发动机的万有特性曲线(非定量)，由该功率曲线和发动机耗气量曲线获得最小耗气量bemin下的发动机最佳转速nen,design。此转速和压缩机的设计转速ncp,design之比即为“理论最佳转速比”，然后由下式计算皮带盘的直径比
式中：Den——发动机的皮带轮直径(m)；
Dcp——压缩机的皮带轮直径(m)。
需要指出的是，根据上述方法得到的发动机与压缩机的转速比是理论上的一个指导值。在实际设计中，还需要考虑实际可选皮带轮的尺寸、压缩机的安全转速范围和发动机的稳定转速范围。过高或过低的转速均会导致设备的不正常运行，降低燃气机热泵的可靠性。
2.3.2余热回收及利用。
燃气机热泵的一个突出优点就是能够回收发动机的余热，实现能源的高效利用。供热运行时，燃气机热泵的余热可直接用来增加供热量，以增强热泵在冬季的供热能力。制冷运行时，燃气机的余热用来提供生活用水。对于中小型燃气机热泵机组，制冷运行时，发动机的余热直接通过热泵的风扇散发到大气中，以减小机组的体积。
燃气机热泵的余热回收与利用有多种方式。如图2所示为一燃气机热泵的发动机冷却液循环系统示意图。经发动机缸套加热的发动机冷却液进入烟气换热器进行再次加热，此时高温冷却液可由切换阀切换。冷却液循环有三个回路：(1)当热泵机组处于制冷工况时，发动机冷却液进入散热器进行散热，以保证发动机的正常运行；(2)当热泵机组处于制热工况时，进入余热回收器进行余热回收；(3)当发动机启动时，为使得发动机能快速暖机，冷却液不进行散热直接旁通返回发动机，或者当运行过程中进入发动机冷却液的温度过低或排气温度过低时，冷却液也进入旁通回路直接返回发动机。
在发动机冷却液循环系统中，烟气换热器、散热器和热回收器的设计是一个重要问题。在这些换热器设计时，一方面换热器要有足够的换热面积，使得发动机的余热能得到充分的利用或散失；另一方面，换热器的面积也不能过大，以免换热能力过强，导致发动机冷却液进口温度过低或排气温度过低。发动机冷却液的进口温度过低会影响发动机的耐久性和输出功率。另外，由于天然气燃烧后的产物中含有大量的水蒸气，因此发动机排气温度也不能低于100℃,否则排气管路内会产生大量凝结水。为安全起见，设计时应保证排气温度应保证在120℃以上。 在热泵系统中，发动机的余热利用大致可以分为两种型式：直接利用和间接利用。直接利用是指发动机的余热直接用来加热冷凝器侧的送风或供水。间接利用是指发动机的余热用来加热低压侧的制冷剂，即用余热承担部分蒸发器的负荷，从而提高提高热泵的蒸发温度，增强供热性能。对于空气源热泵，气候温和的地区，可采用直接利用的方式，以使得热泵能充分吸收空气中的热量，发挥热泵利用可再生能源的特性，同时系统设计也相对简单。而在冬季结霜严重的寒冷地区，可采用间接利用的方式，这样可以提高热泵的蒸发温度，减少结霜频率。图3为几种典型的发动机余热在空气源热泵循环中的利用方式示意图。
2.4环保问题。燃气机热泵在应用中涉及两个环境问题：一个是废气的排放，另一个是噪声。在环保意识日益增强的今天，这两个问题在燃气机热泵设计中应得到重视。
相对而言，天然气发动机废气的污染排放要比石油和煤轻得多。表1为三种燃料燃烧后的污染排放比较。尽管如此，在燃气机热泵设计中仍有必要采取措施，减少污染物的产生。
上减少有害物的生成(如采取稀薄燃烧)；另一类是机外净化，包括前处理方式(如天然气的脱硫)和后处理方式(如采用EGR废气再循环利用等)。这些手段都可以有效地降低天然气发动机的排放污染，在设计过程中可根据实际情况选择一种或几种处理方案。
噪声污染是燃气机热泵的主要缺点之一，是设计中需要解决的一个重要问题。燃气机热泵的噪音来自于燃气发动机、风机和水泵，而发动机是机组的主要噪声源，因此降低发动机的噪声是降低整个机组噪声的根本途径。发动机噪声主要来自发动机本身的振动和排气噪声。减小振动噪声的办法是在发动机与机架之间安装隔振垫，避免振动传给机架。发动机与压缩机直联传动的燃气机热泵要避免发动机和压缩机的共振，应采用柔性联接的方式。排气噪音可通过在排气管路上设置消声器来解决，必要时设置多级消声器。为节约设备安装空间，烟气换热器可设计成起消声作用的换热器。另外，降低转速可以明显减小发动机的噪声，因此在节能性和可靠性要求允许的条件下，应该尽量选择较低的发动机转速。
2.5系统控制。
在燃气机热泵控制系统中，除普通电驱动热泵需要的控制项目外，还需要考虑发动机的工作特性，增加一些控制内容，因此系统控制稍显复杂。
2.5.1启动和停机控制。燃气机热泵的启动和停机过程比普通电动热泵稍微复杂。启动时，在加载压缩机负荷之前应保证发动机已处于稳定的工作状态，冷却液温度、机油温度、转速都须达到一定的要求，否则，启动过程容易失败。停机时，也应先卸载热泵负荷，让发动机怠速运行一段时间，同时保持冷却液处于循环状态，等发动机机体温度逐渐下降后方可停机。
2.5.2超速控制。由于供气压力不稳定、负载突然变化等原因，发动机容易产生超速，有时会发生“飞车”。发动机超速使得机组工作不稳定，甚至会损坏压缩机。因此控制系统中需要实时监测发动机转速，一旦发生超速，应立即减少或切断供气。
2.5.3转速控制。发动机转速控制是燃气机热泵控制的重要内容，除了上述启、停过程和发生超速时需要进行转速控制外，另一方面是通过转速控制调节热泵的制冷或制热量，实现系统的节能运行。
2.5.4冷却液控制。发动机余热的利用与释放是通过发动机冷却液循环实现的。在冷却液循环控制系统中，需要根据机组的工作模式、发动机冷却液进口温度、烟气换热器出口废气温度来确定冷却液的循环模式，保证发动机余热的合理利用和发动机的正常运行。
2.5.5漏气保护。天然气为易燃易爆气体，空气中达到一定浓度候会发生燃烧或爆炸，因此，机组中应安装燃气感应装置，发现有漏气现象应自动切断供气装置，停机并发出警报。
2.6经济性问题。
经济性问题是燃气机热泵推广应用中最敏感的问题。可以说，燃气机热泵的设计过程中几乎所有问题都是针对经济性而言的。只有同现有的电驱动热泵相比，燃气机热泵具备更好的经济性才会有其发展的空间。与燃气机热泵经济性相关的因素有很多，在机组设计过程中，必须充分考虑这些因素，根据实际情况提出相应的设计目标，以便设计出具备竞争力的燃气机热泵。这些因素包括：
2.6.1机组容量。机组容量大小根据用户需要负荷的要求而定，但同电驱动热泵相比，小容量燃气机热泵的初投资相对较大，而运行费用节约幅度小，投资回收期长。
2.6.2发动机与压缩机的匹配。发动机与压缩机匹配合理，一方面可以减少发动机的投资成本，另一方面可以提高发动机的运行效率，减少运行费用。
2.6.3发动机寿命。发动机寿命越长，燃气机热泵的经济性越好，当发动机寿命少于投资回收期时，燃气机热泵是不经济的。
2.6.4机组维修频率。一般情况下，燃气机热泵中维修频率最高的设备是发动机，包括日常维护和大修。机组设计时，应考虑选择高性能的发动机，以减少机组的维护费用。
2.6.5机组运行性能。机组的一次能源利用率越高，部分负荷性能越好，能耗越低，机组运行费用越低。
经济性问题实际上是一个较为复杂的问题，除上述影响因素外，还包括能源价格、天然气管路费用、设备折旧费、投资利率等多种因素有关。这些问题不属于机组设计开发过程中所能决定的因素，本文不作具体分析。
3.结束语
燃气机热泵是一种节能、高效、适合于产业化的热驱动空调制冷设备。随着天然气作为一种清洁能源在我国能源消费中占据越来越高的比重，燃气机热泵必将得到产业化发展。燃气机热泵的设计并不是简单地将原动机由电动机替换成燃气发动机。如何很好地发挥燃气机热泵的优点，克服其缺陷，是燃气机热泵设计的要求。本文将燃气机热泵设计过程中遇到了一些问题进行了总结，并提出了一些解决方法，旨在对我国燃气机热泵的设计、推广和应用提供一些参考。
参考文献
［1］杨昭，张世刚，刘斌，等．燃气热泵及其它供热空调的能源利用分析．太阳能学报．2001，22(2)：171-175
［2］王长庆，龙惟定，黄治锺，等．日本燃气空调发展．能源技术．2002，23(4)：158-161
［3］谢英柏．燃气机热泵总能系统的理论分析与实验研究：［博士学位论文］，河北：华北电力大学，2002
［4］顾安忠，等，编著．液化天然气技术．北京：机械工业出版社，2004
［5］许世海，邱瑞波，天然气汽车使用中存在的问题及对策．汽车技术．2001(1)
［6］张建一，编著．制冷装置节能技术．北京：机械工业出版社，1999
［7］倪计民，编著．汽车内燃机原理．上海：同济大学出版社，1997
［文章编号］1006-7619(2009)06-13-449
［作者简介］李艳(1978-)，女，1999年毕业于郑州纺织工学院。1999年至2006年，在安阳市建筑设计研究院从事民用建筑暖通设计工作；2006年至2009年在上海从事民用建筑和工业建筑的暖通设计工作；现在在康泰斯(上海)化学工程有限公司从事化工类工厂的暖通设计工作。