新型冷凝熱回收方法和裝置

1、新型冷凝熱回收方法和裝置（上海本家空調(diào)系統(tǒng)有限公司）【摘要】 本文對冷水機組的熱回收系統(tǒng)原理進行了分析，提出了一種將冷凝熱回收用來加熱生活熱水的方法和裝置，并對該系統(tǒng)使用的經(jīng)濟性進行了分析，指出利用熱回收系統(tǒng)可有效地利用能源?！娟P(guān)鍵詞】 冷水機組 熱回收 經(jīng)濟分析1 引言當(dāng)今，賓館，酒店和桑那中心大都設(shè)有中央空調(diào)系統(tǒng)和24小時熱水供應(yīng)，一般的設(shè)計方法是冷，熱源分別設(shè)置，用冷水機組提供冷源，蒸汽或熱水鍋爐提供熱源。眾所周知，制冷機在運行時要排出大量的冷凝熱，在空調(diào)工況下運行，制冷量是耗電的3-5倍，冷凝熱是耗電的4-6倍。若在高冷凝溫度下運行，制冷量為耗電的2.5-4倍，冷凝熱為耗電的3.5-5

2、倍。達制冷量的1.21.3倍。過多的冷水機組運行使得建筑物周圍環(huán)境溫度升高，造成嚴重的環(huán)境熱污染。而且，由于環(huán)境溫度的升高，還惡化了冷水機組的工作環(huán)境，導(dǎo)致機組COP下降，空調(diào)能耗增加。而對于星級賓館、酒店來說，又需要大量的生活熱水供應(yīng)，如洗浴水與洗滌水，所以添加加熱設(shè)備是必要的。隨著人們生活水平的不斷提高，生活熱水的需要量也越來越大，加熱生活熱水所需的能量也越來越大，如果能將冷凝熱全部或部分回收來加熱生活熱水，不但可以減少冷凝熱對環(huán)境造成的污染，而且還可以節(jié)省不少的能源。回收制冷冷凝熱提供生活熱水確實是一條變廢為寶的節(jié)能途徑。在制冷空調(diào)行業(yè)中，中央空調(diào)主機形式有渦旋/活塞式，螺桿式，離心式和

3、溴化鋰吸收式。考慮到溴化鋰機組冷凝溫度高時吸收和發(fā)生效果差，離心機組易發(fā)生喘振，不宜作為制取水溫較高的熱回收機組，渦旋產(chǎn)品的運行范圍的限制，故使用螺桿和活塞式冷水機組進行熱回收是一種較佳的方案。目前國內(nèi)水冷冷水機組的制造商有數(shù)十家，年產(chǎn)量在10000臺左右。如果能夠?qū)⑵渲?/6冷水機組改造為熱回收形式，則可以每年節(jié)約7500萬立方米天然氣或7.5億度電，其經(jīng)濟和社會前景廣闊。為此，本文將對熱回收形式進行探討，供工程設(shè)計人員參考2水冷熱回收冷水機組的形式2.1 熱回收系統(tǒng)的優(yōu)點熱回收系統(tǒng)充分利用空調(diào)系統(tǒng)的廢熱，將空調(diào)系統(tǒng)中產(chǎn)生的低品位熱量有效地利用起來，達到了節(jié)約能源的目的。熱加收系統(tǒng)減少了排到

4、環(huán)境的廢熱；同時，由于冷卻塔的容量減小或者取消冷卻塔，減小了住宅周圍的噪音，有效地保護了住宅小區(qū)的環(huán)境。使用熱回收系統(tǒng)，用戶不再需要在家中設(shè)置熱水器，這樣就給用戶帶來方便與安全；同時，使用熱回收系統(tǒng)，業(yè)主可以簡化或者省去熱水加熱系統(tǒng)，從而也簡化了系統(tǒng)的運行管理。使用熱回收系統(tǒng)，是利用廢熱來回?zé)嵘顭崴?，這樣就降低了用戶使用生活熱水的費用。2.2傳統(tǒng)的熱回收裝置傳統(tǒng)的熱回收機組同標準水冷冷水機組相比，關(guān)鍵在于將冷凝器造成分層式冷凝器，見圖1。其循環(huán)方式見圖2。分層冷凝器的好處也體現(xiàn)在部分熱回收設(shè)備上。在部分熱回收場合，通常由冷卻塔排除熱量在正常冷凝溫度下被回收。額外補充的傳熱面積可改善傳熱，因此

5、能使機組保持較高的冷卻效率采用上述分層冷凝器，造成機組成本大幅度上升。同時若采用單筒體形式的雙冷凝器布置，二冷凝器間水側(cè)密封性尤需注意，若密封性不好，會造成冷卻水進入供熱冷凝器引起水質(zhì)污染。雙冷凝器形式一般可將15-20自來水加熱至35-40，再通過鍋爐或電加熱裝置加熱成45-65生活熱 采用上述結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品有部分熱回收和全部熱回收方式。圖3表示一種全部熱回收的流程圖。大多數(shù)供熱場合需要的熱水溫度要求在45-60。冷凝器全熱回收冷水機組與一般冷水機組相比，冷凝器出水溫度高，一般不低于40，對應(yīng)的冷凝壓力高，需要更多的能耗。對于離心式冷水機組，使用熱回收是要付出代價的，故需仔細權(quán)衡經(jīng)濟性和合理性。

6、新型熱回收裝置的系統(tǒng)循環(huán)如圖4所示，熱回收機組的冷凝壓力和溫度比標準的水冷冷水機組的高。即直接將滿足本建筑物內(nèi)部的生活熱水量的地表水送入冷凝器，利用潛熱對高溫生活熱水進行加熱，剩余熱量由冷卻水帶走，從冷卻塔排出；然后利用顯熱繼續(xù)將初步加熱的生活熱水進一步加熱為45的高溫生活在熱水，供本建筑物內(nèi)部使用。利用顯熱繼續(xù)將一部分低溫生活熱水加熱為45的高溫生活熱水，儲存在蓄水箱內(nèi)，供本建筑物內(nèi)部使用。如果蓄水箱內(nèi)水已蓄滿，此時停止加熱高溫生活熱水，熱量全部由冷卻水帶出。本方案充分利用全部的制冷劑從壓縮機從來后的過熱段的高溫顯熱，部分地利用冷凝放熱的低溫潛熱，不使用冷卻塔排放熱量，減少環(huán)境熱污染，省去系

7、統(tǒng)冷卻部分的耗電量，并節(jié)約大量的用于加熱生活熱水的能量，做到回收全部冷疑放熱。新的熱回收裝置的基本構(gòu)成如下：冷水機組部分、生活熱水循環(huán)部分、裝置控制部分。冷水機組的基本結(jié)構(gòu)同標準水冷冷水機組，考慮到不同季節(jié)制冷負荷和熱回收負荷的變化，機組設(shè)計成多壓縮機頭及制冷雙回路循環(huán)形式，以使負荷可在20-100%范圍內(nèi)高效調(diào)節(jié)。即使機組一個回路出現(xiàn)故障，也可以保證生活熱水供應(yīng)和重點部位的制冷需求。同傳統(tǒng)的熱回收方法比，可以使得提供的熱水溫度范圍從35-40提高到45-60，該溫度的熱水不必再次加熱，可直接用于洗浴用途。在南方需要四季供冷地區(qū)，還可以省去或減少相關(guān)鍋爐和加熱設(shè)備的投資。生活熱水循環(huán)采用二次回

8、熱裝置，傳統(tǒng)直接將生活熱水通過冷凝器的做法，當(dāng)機組內(nèi)部存在微漏時，存在制冷劑進入生活熱水的風(fēng)險。采用二次換熱器的方法雖然稍降低了熱水溫度，但安全性大大提高，同時機組運行基本同標準冷水機組，不必增加特殊的控制。二次換熱器還可以方便調(diào)節(jié)熱水的流量，并且二次熱水管路的清洗和維護非常方便。系統(tǒng)控制由微電腦處理器對生活熱水溫度進行控制，采用模糊控制算法?？刂凭哂卸〞r功能和故障預(yù)診斷、處理和報警功能，保證熱回收系統(tǒng)能可靠高效地工作。過去因為熱回收機組有兩個冷凝器，對機組的控制復(fù)雜性增加，又因熱回收的熱水溫度常常較低，還需鍋爐或加熱設(shè)備進一步加熱生活熱水，導(dǎo)致控制復(fù)雜，本方法的控制對象為熱水溫度，運行時鍋爐

9、或加熱設(shè)備不工作，這樣可以將熱回收設(shè)備標準化、產(chǎn)品化，方便客戶和設(shè)計師選用。3 熱回收的經(jīng)濟性分析現(xiàn)舉一實例來說明這種熱回收的可觀經(jīng)濟效益。某五星級酒店，有標準客房300間，空調(diào)系統(tǒng)配冷水機組，其單臺額定制冷量為2109kw，額定冷凝負荷為2488kw，現(xiàn)按滿足客房部分衛(wèi)生熱水負荷選擇一臺熱回收熱泵。設(shè)熱泵采用氟利昂R22為制冷工質(zhì)，冷凝溫度t3=55，蒸發(fā)溫度t0=20，壓縮機吸氣溫度t1=30，查LgP-h圖可以計算出該工況下熱泵的理論供熱系數(shù)可達=7.8，取實際供熱系數(shù)'=0.8X7.8=6.24 經(jīng)計算300間客房的高峰熱水量為27.5T/h（55°C），在南方地區(qū)取

10、溫升為35，則高峰時供熱負荷為:27.5X35X4.1868/3600=1116kw，選用熱泵為生活熱水的熱源，按供熱系數(shù)為6.24計算，耗電為:1116/6.24=178.7KW 每月電費為:0.8X178.7X12X30=5.15萬元，如選用熱水鍋爐，耗輕柴油量為:120kg/h 每月油費為:2.8X120X12X30=12.1萬元（備注：油費為2002年時的費用，考慮到當(dāng)前的燃料費用，鍋爐的使用費用還要高許多）。 由此可見，當(dāng)一臺冷水機組滿負荷運行，僅回收冷凝熱的45%(1116/2488=0.448)就能滿足客房部分衛(wèi)生熱水的要求，其它部分冷凝熱還可用于洗衣等用途?？纯词找媲闆r，供熱負

11、荷1116kW的熱泵機組要比相當(dāng)容量的熱水鍋爐要貴4050萬，但從運行能耗來看，熱泵回收裝置每年就可節(jié)約(12.1-5.15)X12=83萬元，而且，當(dāng)生活用熱較大時，可以降低冷水機組的冷凝溫度，提高制冷系數(shù)，降低空調(diào)耗電，可謂一舉兩得。傳統(tǒng)的熱回收方法設(shè)備初投資高，當(dāng)年還不能收回投資。同時系統(tǒng)和運行控制復(fù)雜，經(jīng)濟性和可靠性都不如本文提出的裝置。若考慮采用熱回收機組可以不設(shè)置冷卻塔或減小冷卻塔設(shè)置和相應(yīng)的管路系統(tǒng)配電柜等設(shè)備費用，運行時可以利用時段電價差，以及水系統(tǒng)的變頻配置等，節(jié)能和經(jīng)濟效益更為可觀。4 結(jié)束語隨著人們生活水平的提高，環(huán)保問題成為人們注意的焦點，因此如何降低空調(diào)系統(tǒng)給環(huán)境區(qū)帶來的污染在住宅空調(diào)的設(shè)計中顯得尤為重要。熱