空调冷凝热热回收技术的探讨

[摘 要] 空调热回收技术,广义上应为空调系统的能量综合应用技术,它是充分利用整个空调系统自身运行过程中不可缺少的热湿交换环节,将各个过程的转换能量进行综合利用,使废弃的能量得到有效的回收,从而达到降低空调系统能耗、节约能源的目的。对于有生活热水供应的大型中央空调系统,在夏季制冷的同时,可充分利用制冷设备的冷凝余热制备生活热水,本文对空调冷凝热热回收技术进行了探讨。

[关键词] 空调 冷凝热回收 空气

一、前言

常规空调系统主要由制冷剂循环、冷却水(或空气)循环、冷冻水(或空气)循环组成。空调房间的冷负荷通过蒸发器进入制冷剂循环,变成冷凝排热的一部分,再通过冷却水(或空气)循环排放到大气中去。因此,对于常规空调制冷机,调系统的冷凝热直接排放到大气中未加以利用制冷机组在空调工况下运行时向大气环境排放大量的冷凝热,通常冷凝热可达到制冷量的1. 15~1. 3倍。大量的冷凝热直接排入大气,白白散失掉,造成较大的能源浪费,这些热量的散发又使周围环境温度升高,造成严重的环境热污染和大气温室效应。若将制冷机放出的冷凝热予以回收用来加热生活热水和生产工艺热水,不但可以减少冷凝热对环境造成的热污染,而且还是一种变废为宝的节能方法。近年来,随着世界范围内能源与环境问题的日趋严重,对空调系统冷凝热热回收的研究与应用也越来越多。

二、空调冷凝热热回收分类与特点分析

1、按空调冷凝热热利用方法可分为直接式和间接式两类。直接式是指制冷剂从压缩机出来后进入热回收器直接与自来水换热制备生活热水,这种方法利用热回收器直接回收冷凝热量。间接式是指利用空调冷凝器侧排出的高温冷却空热气或37度的冷却水再通过热回收器、复叠式热泵等设备来间接加热制备生活热水,间接式方法存在系统复杂、传热效率低等明显缺陷,只适用于特殊需要用户,直接式方法将成为空调冷凝热热回收的主要利用形式。2、按空调冷凝热热回收器与冷凝器的组合方式可分为单冷凝器型和双冷凝器型两类。单冷凝器型是指空调系统的冷凝器同时可做为热回收器与生活热水系统联接,两种运行模式交替运行。双冷凝器型是指在压缩机和冷凝器之间串联一个热回收器(从压缩机排出的高温高压的制冷剂过热蒸汽首先进入热回收器,利用过热蒸汽显热和冷凝潜热加热生活用卫生热水,然后再进入主冷凝器进一步冷凝。单冷凝器型虽然结构简单,但冬季供热时无法回收多余冷凝热量,且降低了机组的满负荷率,难以满足用户冬季对生活热水的需求,故双冷凝器型空调冷凝热热回收系统将成为主要发展趋势。3、按空调冷凝热热回收利用程度可分为显热型、全热型和综合型三类。显热型是指冷凝热热回收主要利用压缩机出口蒸汽显热,蒸汽显热一般占全部冷凝热的15%左右按照显热量计算得出热回收器的换热面积,其它的冷凝热在主冷凝器中被冷却水带走,由于显热型主要利用蒸汽显热,可获得较高的生活热水温度,且冷凝压力波动小,制冷机运行工况稳定,但该系统热回收量小,这种热回收方式只适用于双冷凝器型热回收系统;全热型是指冷凝热热回收利用全部冷凝显热和潜热,按照全热量计算得出热回收器的换热面积,全热型可利用全部冷凝热量,热回收量大,但获得的生活热水温度较低,易造成冷凝压力波动、制冷机运行工况稳定性差,这种热回收方式主要用于单冷凝器型热回收系统;综合型是指在双冷凝器型空调冷凝热热回收系统的热回收器旁加一旁通控制装置,通过旁通控制系统来改变压缩机出口的过热蒸汽进入热回收器的流量,这样可以实现利用过热蒸汽显热、过热蒸汽显热加部分潜热、直至全部冷凝热量的利用。

三、案例分析

江西某国际博览中心一期为国际甲级5A智能化写字楼,总建筑面积21.8万m2,每栋塔楼地上建筑面积近5.4万m2,地上27层,地下5层。设有中央空调系统和24小时热水供应。冷、热源分别设置,用冷水机组提供冷源,燃气热水锅炉提供热源。具体参数:夏季设计空调冷负荷为12.5MW,夏季生活热水小时热负荷为350kW,日生产生活热水水量60t。生活热水供水温度60℃,生活热水主要包括大楼洗手盆用水、健身洗浴用水及厨房用水,可根据需求对水温调节。补水温度10℃,市政供回水温度90/63℃。根据生活热水出水温度60℃、补水温度10℃或者15℃、每月生活热水用量,计算现阶段每年生活热水系统耗能状况,计算结果如表所示。

对空调冷凝热进行回收,将生活热水补水系统并联到冷却水回路上,使制冷机组冷凝器中温度较高并且稳定的冷却水加热生活热水补水。为保证生活热水水质,通过板式换热器将生活热水补水与冷却水分隔开来进行换热。为保证计算结果的可靠性,冷却水出水温度取34℃。

根据现阶段冷却水使用情况计算节能潜力,计算结果见表。冷凝热回收加热生活热水补水量节能潜力计算结果

如果不进行空调冷凝热回收,上述可回收热量继续由燃气锅炉提供或者由市政供热提供,则需要耗费燃气量或者热水用量以及相应的费用,计算结果如表所示。

未使用冷凝热回收时燃气用量、市政供热用水量比较

冷凝热回收技术分别与燃气锅炉房和市政热水提供热源相比,年节约运行费用分别为3.93万元和5.74万元,静态投资回收期分别为2.7年和1.9年。与燃气锅炉房方案相比,项目建设完成后每年预计可节约天然气1.9万Nm3,CO2减排32.6t;与市政热水方案相比,每年预计可节约天然气3.1万Nm3,CO2减排52.8t,具有很好的环境效益。因此,从技术、经济及环境效益分析中可以看出:夏季回收空调冷凝热加热生活热水是可行的。

四、空调冷凝热热回收技术发展趋势

随着社会经济的发展和科技的进步,节能和环保已成为当今世界亟待解决的两大课题。为使空调冷凝热热回收技术在实现节能和环保方面发挥更大的作用。1、在冷凝热热回收方法方面:间接式方法存在系统复杂、传热效率低等明显缺陷,只适用于特殊需要用户,直接式方法将成为空调冷凝热热回收的主要利用形式;2、在热回收器与冷凝器的组合方式方面:单冷凝器型虽然结构简单,但冬季供热时无法回收多余冷凝热量,且降低了机组的满负荷率,难以满足用户冬季对生活热水的需求,故双冷凝器型空调冷凝热热回收系统将成主要发展趋势;3、在空调系统运行工况的稳定性方面:采用带旁通式冷凝热热回收装置的双冷凝器型冷凝热热回收系统,兼顾了显热型与全热型系统的优点,既可保证系统运行工况的稳定,又可将剩余冷凝热全部回收,并可提高机组冬季满负荷运转效率,将成为双冷凝器型热回收系统发展的主要形式;4、在生活热水供应的可靠性方面:应在空调冷凝热热回收系统中匹配一定容量的蓄热水槽,并可考虑采用部分辅助热源;5、在提高空调冷凝热热回收系统整体技术水平方面:应进一步加强对冷凝热热回收型空调系统的整体优化匹配的理论与实验研究,制定和完善空调制冷系统热回收技术标准和规范,从而进一步提高空调冷凝热热回收技术和应用水平。

参 考 文 献

[1]季阿敏,孟庆.热管在空调节能中应用探讨.哈尔滨商业大学学报,2007(5).

[2]杨昭,热管热回收装置在空调系统中的应用研究.热管技术和应用,2008(3)

[3]任华华,冯圣红.分离式热管在空调系统中的应用现状及前景分析.节能,2007(9).■

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