冷凝熱回收技術現(xiàn)狀及應用

冷凝熱回收技術研究現(xiàn)狀及應用摘要本文回顧了國內外冷凝熱回收技術的發(fā)展過程，指出了其未能在市場上推廣的一些原因；指出了國內的發(fā)展概況及近年來冷凝熱回收已引起了人們的廣泛關注。本文對國內外的冷凝熱回收技術成果及專利作了總結并由此對冷凝熱回收的類型進行了分類，并對所分類的三種熱回收技術分別在概念、原理以及進一步的分類方面作了全面的闡述。并指出了每一類熱回收技術相對應取得的技術成果。在此基礎之上，提出了近年來的新型熱回收冷凝器和研究冷凝熱回收的新方法，并介紹了該領域的典型技術成果。給出了幾種典型冷熱源方式的經(jīng)濟比較，指出了目前冷凝熱回收技術存在的問題及發(fā)展方向。關鍵詞冷凝熱回收技術單冷機組熱泵機組節(jié)能背景冷凝熱回收技術是將空調排放的廢熱予以回收利用，用來制取衛(wèi)生熱水或生產(chǎn)工藝熱水，不僅變廢為寶，減少大氣環(huán)境熱污染，而且可以降低熱水供應系統(tǒng)運行費用，同時也提高了空調的運行效率，是節(jié)能的重要措施之一。對于冷凝熱回收技術的研究國外起步比較早，早在1965年就有Healy等人首先提出對于居住建筑空調冷凝熱作為免費的熱源進行熱水供應的設想[1]，70年代以后，Stuij,Douglas等人對熱回收熱泵的可行性進行了實驗研究[2-3]，新加坡南洋理工大學的指出通過回收冷凝熱加熱生活熱水對空調器的性能影響并不大[4]，Goldschmidt[5]和Lee[6]等人研究了回收的冷凝熱數(shù)量、機組的出水量及綜合能源利用系數(shù)等。隨著計算機技術的發(fā)展和普及，在實驗研究的基礎上人們開始用數(shù)值模擬的方法對冷凝熱回收技術進行分析，以Mason[7]，[8]，Bong[9]和Baxter[10]等人為代表，對冷凝熱回收系統(tǒng)的性能和運行特性進行了相關研究和分析，并在夏威夷對其進行了大規(guī)模推廣，研究和推廣結果顯示其節(jié)能性非常顯著。雖然CARRIER和TRANE公司都開發(fā)了雙管束冷凝器熱回收技術，但由于該技術原理上存在著根本缺陷，熱回收效率有限，因此未能在市場上廣泛推廣。我國在20世紀60年代就有回收制冷機冷凝廢熱的設想，但發(fā)展較慢，90年代后期我國開始有關冷凝熱回收技術方面的研究。近年來電力供應緊張和電力需求不斷增加的矛盾，使節(jié)能成為焦點問題，冷凝熱回收技術引起了人們的廣泛關注。冷凝熱回收的分類及主要技術成果目前國內外關于冷凝熱回收技術的成果及專利已有不少，已獲得的專利成果有60余項，其中發(fā)明專利17項，實用新型44項，主要集中在兩大方面：一方面是單冷機組的冷凝熱回收技術，其中發(fā)明專利7項，實用新型19項；另一方面是關于熱泵裝置的冷凝熱回收技術，又分為兩類，一類是能實現(xiàn)空-水冷靈活轉換的復合冷凝熱回收技術，其中發(fā)明專利1項，實用新型6項，另一類是涉及專有的換熱技術或裝置的冷凝熱回收技術，其中發(fā)明專利8項，實用新型13項。除上述兩個方面，另外還有利用相變材料回收冷凝熱以及其他有關新型熱回收冷凝器和研究冷凝熱回收技術的新方法，包括發(fā)明專利4項，實用新型6項。2.1單冷機組冷凝熱回收技術單冷機組的冷凝熱回收根據(jù)冷凝熱回收的形式主要分為直接式（圖1，3，4）和間接式（圖2）。直接式是指制冷劑從壓縮機出來后進入熱回收器直接與自來水換熱制備生活熱水，包括單冷凝器型（圖1）[11]和雙冷凝器型（圖3，4）[12]，前者存在著明顯的不足，冬天制備生活熱水時供熱要停止，目前一般不采用；間接式是指利用常規(guī)空調的冷凝器側排出的高溫空氣或37度的水來加熱制備生活熱水。間接式由于要增加的設備比較多，換熱效率比較低，所以該技術不易推廣。其中直接式可又分為循環(huán)式（如圖3）和直流式(如圖4)，直流式是指自來水一次性經(jīng)過熱回收器之后就可獲得較高溫度的生活熱水以供用戶使用。由于直流式的水流量小，往往不能滿足用戶需求，同時要求熱回收器的具很高的換熱效率，且成本高，故目前多不采用此項技術。循環(huán)式是指自來水經(jīng)過熱回收器之后進入蓄熱水箱，然后通過熱水泵循環(huán)經(jīng)過熱回收器進行熱交換后來獲得較高的生活熱水溫度，最后由蓄熱水箱提供生活熱水到用戶。循環(huán)式對熱回收器的要求比直流式低，可根據(jù)用戶需求提供生活熱水，易于控制且可靠性強。圖1直接式單冷凝器型空調冷圖2間接式空調冷凝熱熱回收系統(tǒng)原理圖凝熱熱回收系統(tǒng)原理圖圖3循環(huán)式空調冷凝熱熱回收系統(tǒng)原理圖圖4直流式空調冷凝熱熱回收系統(tǒng)原理圖目前對單冷機組的冷凝熱回收一般采用直接循環(huán)式（圖3），國內對此項技術的研究較多，國外也在90年代中期開始應用，典型的技術成果有：一種電腦自動控制利用余熱制熱水節(jié)能設備[13]、離心式節(jié)能制冷裝置[14]、容積式節(jié)能熱水機組[15]、螺桿式冷水機組制熱水節(jié)能設備[16]，帶熱回收式水冷冷水機組[17]等。此類技術成果在熱回收工藝上基本是一致的，主要差別仍在換熱回收即傳熱裝置上。熱泵機組冷凝熱回收技術熱泵機組的冷凝熱回收原理同單冷機組基本一致，目前也多采用直接循環(huán)回收冷凝熱的方式（圖3），與單冷機組不同是，熱泵機組增加了四通換向閥，這就要求在加熱回收器時考慮四通閥的正常工作，保障機組的穩(wěn)定運行?，F(xiàn)有熱泵機組的冷凝熱回收技術大致可分為兩類，一類是在壓縮機與四通閥之間增加熱回收器通過增加多個控制閥的方式實現(xiàn)熱回收或直接在四通閥與冷凝器之間加熱回收器的方式來實現(xiàn)部分熱回收。其典型技術成果有：多功能風冷冷熱水機組[18]，空氣熱能熱泵式熱水爐[19]，一種四季節(jié)能冷暖空調熱水三用機[20]（如圖5）、一種多功能冷暖空調熱水機[21]等。圖5四季節(jié)能冷暖空調熱水三用機原理圖以上成果都能實現(xiàn)冷凝熱回收，但在冷熱工況轉換時影響換向閥的正常工作（只有在回收熱量較少時才不致于影響換向閥）；或者存在著制冷流程改造復雜，元器件更換頻繁，不利于生產(chǎn)和加工等缺點；這樣易出現(xiàn)機組運行不穩(wěn)定，冷凝力度不夠或產(chǎn)生過冷現(xiàn)象，導致制冷循環(huán)偏離正常工況較多，影響空調效果，且大都回收冷凝余熱量較少等。另一類是在四通閥與壓縮機之間增加熱回收器，采用基于流體旁路氣動控制的復合冷凝技術。此項技術國外目前無相關專利，我國在該領域取得了重大突破性的成果，典型的技術成果有：熱水熱泵空調裝置[22]，一種聯(lián)動屏蔽復合冷凝熱水熱泵空調裝置[23]等，此類技術的特點是增加的旁路控制管一端與壓縮機出口直接聯(lián)通,另一端與四通閥氣動控制管入口或其高壓側入口聯(lián)通，空冷和水冷能進行靈活轉換，既可實現(xiàn)部分熱回收也可實現(xiàn)全熱回收，且不影響四通閥的正常工作，只需增加少量控制閥，又能保障機組的穩(wěn)定運行。征2.3選相變材料回收典空調冷凝熱杰利用乖相變材料回收激空調冷凝熱典（如圖卸6柳）后指兔用蓄熱器代替塌雙冷凝器熱回淚收技術中殲壓縮機出口的誰冷凝器觀，將并須與常規(guī)風冷冷余凝捕器乏(鴨或冷卻閣塔絞)捎采用串聯(lián)連接評，惑利用蓄熱材料夢的相變過程將杜冷凝熱回收并織制取熱水塘[24]鍛。送典型的技術成兄果有：帶相變動蓄熱水箱的熱潤泵熱水器俱[25]構，島一種用于回收拴空調冷凝熱的榮復合相變蓄熱穗器典[26]罰等啟。飼目前利用的相嘗變材料回收冷磁凝熱的形式在稱國外已廣泛采掉用，我國也取險得了很大的進強展，但對于如溝何能利用高效飼、低成本的相副變蓄熱器來實悲現(xiàn)冷凝熱回收黃仍有待進一步乎的探究。柜圖淹6器相變材料回收萌空調冷凝熱系派統(tǒng)原理圖肯2.4鵝新型渴熱回收點冷凝杏器管和研究冷凝熱鋪回收的新方法湖隨著余對冷凝熱回收練技術研究的盯不斷深入照，其研究億成果掛不僅體現(xiàn)在熱打回收形式上，嗎還有一些新型蛛熱回收冷凝器暈和研究冷凝熱處回收憑技術透的新方法耐，畝為冷凝熱回收座技術的屋進一步研究涉及應饞用提供了條件件。祖其典型邊技術況成果有：慢一種可熱回收耽的管式冷凝器竹[27謊]雷，秧一種熱回收式劇冷凝器裝置中[28昨]三，令帶冷凝熱回收恢的辟蒸氣侵壓縮式制冷循務環(huán)多功能教學掩實驗臺樂[29樹]熄，拐一種基于火產(chǎn)品姿成本冷熱源優(yōu)僻化設計軟件宵[30辨]色等。貧3敘采用冷凝熱回報收技術與常規(guī)驅冷熱源方式的望比較成（見蛙表攀1村）翁表碑1費單位熱量的冷友熱水能源消費龜量及費尿用兔(巡發(fā)配電效率惹為惡35%)花冷熱源床方式澆驅動能源鄰C虛op躺/乖效率（季節(jié)平恢均值）陽一次能源消費鞭量瘦（先kw/k夕w反）到熱值掏單位毯能源怪單座價辟(灌元辟)酷每青kw亭h悲熱量的燃料消鈴費量虛費秀用情(萍元充)分冷水逐空氣源熱泵序（棟風冷現(xiàn)冷水萬機組皂）粱電吳3.1翼922弄1kwh身/看度曠0.6駕0.32疑0.19袖地源熱泵偷(異土壤源志冷水捐機組以)匆電覽4.7倡608方1kwh井/斷度父0.6姿0.21壺0.13脫水源熱泵舅(蕩水冷冷水逮機組訴)許電止5.4蒼529寸1kwh沾/般度變0.6承0.19坦0.11橋冷奇熱水叛復合冷凝風冷刑熱泵扣（辮帶熱回收風冷鼠冷水機組狂）避冷熱水同時允利用斧電全6.7洲426伸1kwh符/救度惱0.6攤0.15船0.09胖帶熱回收水冷訪冷水機組怕（水源熱泵）剖翠敬椅誠者錢針均孤欣錯斯策業(yè)咸葉狐恐角叉翼股陪杜繳鳴溫勉襲到械嫩淺舟化丑祖夫瞇訂頃到貸搞瞞榴肚擊享紅刷粥掀附智擦慌撥項木窄暈栽蠟極濕萌由塵搖判答錄踏勢遺侍獅結隸肺復司希免僚斯令聽關聚糞溉場及劇吃雷圖怨槍浪驕很削梅裁柏放引會懼乒飯豈陶狂笛暫曬奮廳率堂冷熱水同時全忠部禍利用滔電肉9.清7龍294材1kwh簡/須度嘉0.6銜0.1腐0訊0.0閉6擇帶熱回收水冷忠冷水機組逢利用芝全部冷水和部棵分熱水耍電膛5.4~9.緊7腦294具~529鍛1kwh現(xiàn)/雙度品0.6芹0.10禿~0.19蠶0.06氣~0.11數(shù)帶熱回收水冷薦冷水機組動利用輪全部熱水和部擠分冷水洪電抹4.3~承9.7粥294挽~挽664休1kwh裕/譽度導0.6蒙0.10~0規(guī).23脾0.06~0算.14尋熱水惠燃煤鍋爐攏煤決0.6膨1667鄰7000kc溝al/kg堵0.5憤0.20歲0.10扎燃油鍋爐胸柴油丈0.8睡1250角10300k知cal/kg泛4.74朗0.10遠0凡.47崗燃氣鍋爐晨燃氣責0.85腰1176刑9000kc開al/Nm3繭3.0雄0.11群0.33扛電鍋爐鈴電倍0.95茂3007棒1kwh粥/沫度厭0.6笨1.05點0.63魂空氣源熱泵機允組攝電栗3.2舟893窗1kwh撤/眉度屯0.6昨0.31碧0簡.19涂地源熱泵機組騙電敏4.0鹽714姐1kwh省/怎度優(yōu)0.6墓0.25慌0.15第水源熱泵機組聯(lián)（帶熱回收水品冷冷水機組）突電沫4.3靈664樣1kwh五/晌度畢0.6捐0.23迅0.14庫復合冷凝滅風冷述熱泵吸（孕帶熱回收風冷券冷水典機組槽）詢電環(huán)3.6叉794援1kwh影/壞度秘0.6滑0.28味0.17典型應用緞利用冷凝熱回嫂收技術不僅可票以有效的節(jié)約瞇能源，變廢為曲寶，減少城市表熱污染，而且帽還可以帶來巨砍大的經(jīng)濟效益睬，紹現(xiàn)以某賓館集的中式空調系統(tǒng)拿改造后回收冷品凝熱為例石。爪此賓館有洗300旁個床位，人均呼每日用水量鵲200L飄/撲（許人奶·盾d礦）趨，衛(wèi)生熱水溫洞度為丸6厲0千℃怠，經(jīng)計算可得埋每日總用水量蹲6×計10乒4館L相/d齒。設定夏季水命溫平均溫度為補1濫8摔℃迅，經(jīng)計算可得敗每天制備衛(wèi)生隸熱水所需的總旁熱量為徐1058幣×銀104kJ/把d披。取電鍋爐的健熱效率為俊η那＝賣9攀0蘿％把，電價為勻1.00青元晨/籌（絕kW局·設h績）豎，經(jīng)計算可得振，電鍋爐每日糟耗電量為隨3265隱（薯kW澡·呼h嚇）注/d州，電費為帽3265象元京/d電?？照{制冷工豆況運行時間為慈135d漿，經(jīng)計算可得紗，制冷工況下惕使用電鍋爐制蘋備衛(wèi)生熱水的砍年運行費用為艙44.1嚇×鋼104抄/a者。巖賓館總建筑面潤積約為反1.5頂×徑104m舟2帆，采用的建筑水冷源為水冷式野冷水機組，由況電熱水鍋爐供缺應熱水。夏季蓬，空調系統(tǒng)全座天運行，制冷佳壓縮機的平均渴制冷系數(shù)為悄3.0遵，單位面積冷邪負荷指標為莊80w/m垮2使。經(jīng)計算可得絹，總設計冷負典荷為膀1200kW稠，最大冷凝熱掩排放量為咐1600kW璃。經(jīng)調查空調逃系統(tǒng)在制冷工島況時建筑物平余均冷負荷約為圖設計冷負荷的倚1/2鉗，則平均冷凝虎熱排放量約為設800kW賠，每日總冷凝依熱排放量約抱6900糖×舟104kJ/越d婚。由以上分析顧計算可知，利然用冷凝熱回收跡裝置可完全滿臂足制備衛(wèi)生熱訊水的熱量，每連年可節(jié)約運行燕費用源44.1潑×搏104湖元貌/a犁。鞋目前湖南省的隔長沙、株洲等才多家賓館，已別采用冷凝熱回磁收技術對原有尿空調系統(tǒng)進行勤改造。最大的獅改造工程為某輔賓館制冷量為網(wǎng)1758.5抽kW示的離心壓縮式敲冷水機組，此婦機組改造后于沃2001惰年投入運行，黎現(xiàn)已穩(wěn)定運行提4輔年，產(chǎn)生巨大竭經(jīng)濟效益，每泡年可節(jié)約運行霜費用約煙40寫×普104構元童/趣a播。開國內主要廠家掛、企業(yè)廁目前金國內拘關于社冷凝熱回收技僚術研究開發(fā)及慣生產(chǎn)辜的果企業(yè)和廠家年有章100旁多溫家擴。太主要在北京、刷上海、濱山東、猜江蘇楊、全廣東等地尼(壇表探2鍛)蛇。壺表話2逆失國內主要廠家玻地區(qū)分布紛地區(qū)眼廠家數(shù)量架代表性廠家乘北京聲23眾同方人工環(huán)境固有限公司、濫北京中科柱能源高科技有柜限公司、漁北京綠水節(jié)能腰技術有限公司上、堅北京迪寶特暖燒通設備有限公同司般、北京格瑞那鄙換能技術有限東公司委等；佩上海拆15攔上海同菲達能辮源科技有限公腳司桃、也上海富田空調幫冷凍設備有限飲公司劇、趁上海國祥制冷掏工業(yè)有限公司戀、哥上海瀚藝冷凍須機械有限公司屠、行上海恒良制冷誠空調設備有限莫公司只等付；縣山東養(yǎng)14糖山東煙臺藍德扇空調工業(yè)有限利公司、鄙山東綠特空調貸系統(tǒng)有限公司路、迎山東科靈空調孟設備有限公司憐、毛山東中大空調妹集團有限公司論等；糠江蘇筍10牛南京天加空調牧設備有限公司拐、江蘇雅境冷級暖設備有限公鋒司、常州愛斯牙特空調設備有是限公司等蝕廣東膝33脂廣州恒星冷凍嘩機械制造有限清公司、才廣東省吉榮空宮調設備公司悟、滿深圳市弗勞德跑能源科技有限厭公司屬、佳東莞市高雅空負調制冷有限公暗司揀、納珠?；凵茉疵丶夹g發(fā)展有限枝公司冒等；們其他繩19球西安中亞科技骨發(fā)展有限公司跪、萬杭州科靈斯壯棍空調有限公司磁、娃大連瑞德偉業(yè)神空調機電設備艇工程有限公司沃重慶嘉陵制冷萄空調設備有限閃公司參等6結束語羊空調冷凝熱回涌收技術云是一項集節(jié)能肢、節(jié)費、環(huán)保陷等多項優(yōu)點于獵一身的新型技話術析。盡管