中央空調(diào)冷凝熱回收裝置

中央空調(diào)冷凝熱回收裝置中央空調(diào)冷凝熱回收裝置1.前言今天的賓館、酒店，醫(yī)院普遍設(shè)置了中央空調(diào)系統(tǒng)和24小時熱水供應(yīng)系統(tǒng)。絕大多數(shù)酒店、醫(yī)院的制冷系統(tǒng)和熱水系統(tǒng)獨立設(shè)置，比如，用冷水機組提供冷源，用蒸汽或熱水鍋爐提供熱源。我們知道，空調(diào)冷水機組在制冷工況下，冷凝器要排出大量的廢熱，我們稱之為冷凝熱。空調(diào)冷水機組正常運行時，排放的冷凝熱可達其制冷量的1.15~1.3倍。通常，這些冷凝熱最后通過樓頂?shù)睦鋮s塔排放到空中。而另一方面，我們的酒店用蒸汽或熱水鍋爐提供生活熱水（洗滌和洗?。?，這些鍋爐每天在消耗大量的燃料。如果能將冷水機組排放的廢熱有效回收利用，加熱生活熱水，可節(jié)省大量的鍋爐燃油或燃氣，創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益。2.冷凝熱回收原理圖1是一個簡單的蒸發(fā)壓縮式制冷循環(huán)過程示意圖?；镜闹评溲h(huán)包含有4個過程：即蒸發(fā)過程、壓縮過程、冷凝過程和節(jié)流過程。壓縮后，其溫度、壓力急劇升高。溫度升至80~90℃左右；壓力由回氣管的0.64MPa左右升至排氣管的1.5MPa左右。③冷凝過程：由壓縮機排出的高溫高壓氣態(tài)制冷劑，進入冷凝器，通過冷凝器向外散熱后，凝結(jié)成高溫高壓的液體，進入儲液罐，完成一個制冷循環(huán)。（貯液器安裝在冷凝器之后，與冷凝器的排液管是直接連通。）高壓氣態(tài)制冷劑的冷凝過程是一個定壓放熱的過程。冷凝器本質(zhì)上是一個換熱器，制冷過程中冷凝器起著輸出熱能并使制冷劑得以冷凝的作用。從制冷壓縮機排出的高壓過熱蒸氣進入冷凝器后，將其在工作過程吸收的全部熱量，其中包括從蒸發(fā)器和制冷壓縮機中以及在管道內(nèi)所吸收的熱量都傳遞給周圍介質(zhì)（水或空氣）帶走，高壓氣態(tài)制冷劑重新凝結(jié)成液體。冷凝熱大于制冷量，如：活塞機組冷凝熱是制冷量的1.3倍；離心機最低也達到1.15倍。根據(jù)冷卻介質(zhì)和冷卻方式的不同，冷凝器可分為三類：水冷式冷凝器、風冷式冷凝器、蒸發(fā)式冷凝器。家用分體式空調(diào)大多采用風冷式冷凝器，而中央空調(diào)系統(tǒng)，大多采用水冷式冷凝器，它通過冷卻水系統(tǒng)，帶走制冷工質(zhì)釋放的冷凝熱，最后送入樓頂?shù)睦鋮s塔排空。中央空調(diào)熱回收裝置就是把制冷循環(huán)中制冷工質(zhì)釋放的冷凝熱利用起來制備熱水，以提高能源利用率，減少能源的消耗及對環(huán)境的污染，節(jié)省能源費用的開支。圖2是一個帶冷凝熱回收裝置的中央空調(diào)系統(tǒng)原理示意圖。在原壓縮機和冷凝器之間串接了一附加換熱器。從壓縮機排出的高溫高壓氣態(tài)制冷工質(zhì)首先通過附加換熱器，在換熱器中與待加熱的20℃自來水進行熱交換，結(jié)果，冷媒工質(zhì)溫度下降，自來水水溫被加熱到50℃左右，通過這種方式把原排放到大氣中去的廢熱變?yōu)橛杏玫纳顭崴?。高溫高壓氣態(tài)冷媒工質(zhì)釋放熱量后變成溫度較低的高壓氣體，然后進入冷凝器進一步冷卻凝結(jié)成液體。這種串聯(lián)型熱回收裝置只能回收部分冷凝熱，回收率15%~20%。部分熱回收裝置適合既有空調(diào)冷水機組的節(jié)能改造。正是因為是部分熱回收，所以獲得的熱水溫度相對較高，理論上無限接近壓縮機的排氣溫度，通?？蛇_60℃左右甚至更高，能有效滿足日常生活3.串聯(lián)型熱回收裝置的接入對機組的影響增加的輔助換熱器相當于增加了冷凝器的換熱面積，因此降低了冷凝溫度，同時也降低了冷凝壓力，也就是降低了壓縮機的排氣壓力，提高了機組制冷效率。根據(jù)計算：冷卻水溫度（冷凝溫度）每降低1℃；機組制冷量可提高1.3%。冷凝熱回收后，如果冷卻水流量不變，冷凝溫度可降低3~5串聯(lián)一個輔助換熱器，同時，又增加彎頭，閥門等元件，使壓縮機出口管路的排氣阻力加大，從而使制冷循環(huán)效率有所降低。串聯(lián)輔助換熱器后，一般會使管道阻力增加0.3Kg/cm2(30Kpa)。但如果換熱器設(shè)計的得當，管道設(shè)計得好，附加阻力會低于30Kpa，整個制冷循環(huán)的總效率略有提高，從而使制冷機組的電耗降低2~3％。4.一個實用的冷凝熱回收裝置圖3是一個實用的部分冷凝熱回收裝置。因為冷凝器的放熱量與空調(diào)負荷變化是同步的，但與生活熱水的使用時間不一定同步，因此，熱回收的熱水系統(tǒng)要采用蓄熱水箱的方式進行調(diào)節(jié)。圖3.一個實用的部分冷凝熱回收裝置如圖3所示，利用循環(huán)水泵將常溫的水送入輔助換熱器，常溫水在換熱器中吸收高溫制冷劑蒸氣釋放的熱量，溫度升高，然后返回熱水儲存箱，水泵再次從儲存箱中將水送入熱回收器進行循環(huán)加熱，使熱水溫度進一步升高。儲存箱中的水經(jīng)熱回收器多次熱交換，最終達到客戶要求的水溫（55℃冷凝熱回收節(jié)能改造適合酒店、賓館、高級公寓、醫(yī)院、學(xué)校、工廠、桑拿洗浴中心、恒溫游泳館等需要供冷、供熱的場所。圖4.安裝在現(xiàn)場的冷凝熱回收裝置5.冷凝熱回收裝置的技術(shù)特點①熱回收量適中。熱回收裝置以保證主機性能為前提，只對蒸汽部分熱量進行回收，在標準空調(diào)工況下（冷卻水30~35℃，冷凍水12~7℃），熱回收量約為制冷量的17②節(jié)省大量熱水開支費用，保護環(huán)境。由于利用廢熱提供了所需的熱水，大大減少了供熱鍋爐向大氣排放的CO2氣體，從而減少了使地球大氣變的溫室效應(yīng)。同時直接減少了向大氣的廢熱排放量。在廣東地區(qū)一年大約有8個月開空調(diào)，如配置熱回收器，可以在8個月時間內(nèi)基本不用燒熱水鍋爐；③提高空調(diào)機組效率，節(jié)省機組用電量。空調(diào)機組壓縮的一部分熱量經(jīng)過熱回收器吸收以后，原冷凝器的熱負荷減少，熱交換效率提高，空調(diào)機組的的效率提高，耗電量也將有所減少（在使用熱回收時耗電量大約下降6%）。壓縮機的負荷減少，使壓縮機壽命延長，從而機組壽命得到延長。④體積小，重量輕，運行可靠。恒定熱回收器直接安裝在中央空調(diào)機組上，無需占用建筑面積。而且使用壽命長、出水溫度恒定。⑤熱回收系統(tǒng)電腦自控，無需人工管理。6.串聯(lián)型熱回收裝置的擴展應(yīng)用①恒溫恒濕空調(diào)領(lǐng)域在恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的夏季運行工況中，冷卻降溫和除濕空氣處理過程同時能滿足室內(nèi)溫濕度要求的機會微乎其微，當除濕的要求大于降溫的要求時，再熱也就不可避免，冷熱抵消也就不期而至，而此時，所需的再熱量，完全可由熱回收裝置提供。而且，用于再熱的熱回收水溫，只需常規(guī)工況的冷卻水溫就能滿足要求，具有很高的綜合性能系數(shù)。在冷風內(nèi)，增設(shè)一個帶旁通控制的盤管，串接于冷卻水系統(tǒng)中，用于再熱，無需設(shè)置再熱電加熱器，節(jié)省相應(yīng)的耗電量。②分區(qū)再熱空調(diào)領(lǐng)域:可采用合并系統(tǒng)而要求分區(qū)控制的場合，也存在對再熱量的需求。這與恒溫恒濕再熱的應(yīng)用特性完全相同。③制冷和制熱需求并存的空調(diào)領(lǐng)域在同時有制冷和制熱要求的場所，典型代表就是采用四管制水系統(tǒng)的空調(diào)領(lǐng)域。在這種既要制冷又要制熱的應(yīng)用場合，熱回收裝置提供了一種免費的熱源。使整個系統(tǒng)具有較高的綜合性能系數(shù)。在空調(diào)的應(yīng)用領(lǐng)域，需要恒溫恒濕的場所很多，電子、醫(yī)藥、紡織、印刷行業(yè)等等；有同時制冷制熱需求的場所也舉不勝舉，僅此兩項可見，冷凝熱回收的應(yīng)用領(lǐng)域相當廣泛。冷凝熱回收裝置，增加的投資非常有限，但節(jié)省的能源極其可觀。冷凝熱回收，只是把熱量從不需要的地方轉(zhuǎn)移到需要的地方，并籍此減少了熱能消耗和相應(yīng)的溫室氣體排放，而且總量可觀，無疑，這對于環(huán)境的保護極其有利。7.冷水機組冷凝熱回收計算舉例某酒店總制冷面積為4.8萬m2，制冷系統(tǒng)選用3臺美國開利19XL5151455CQ離心式冷水機組，每臺機組額定輸入功率410kW，制冷量500Rt。三臺機組總制冷量1500Rt。同時，酒店配備有蒸發(fā)量為2t的燃油蒸汽鍋爐3臺，以供應(yīng)洗衣房、中央空調(diào)采暖，及生活熱水。酒店現(xiàn)有客房490間，床位750張。如果自來水進水溫度20℃，熱水溫度50℃，入住率100%，熱水量按每人每天200L計算，那么酒店每天需要生活熱水150t，所需熱量為4.5*106Kcal=18.83*106KJ；如果入住率按70%考慮，熱水量按每人每天160L計算，那么酒店每天需要生活熱水84t，所需熱量為2.5*106KCal=10.46*106KJ。（一般離心式制冷機組排出的冷凝熱量為其制冷量的1.15倍，離心式壓縮機的排氣溫度一般都在58～65℃左右，則每臺冷水機組滿負荷時排出的（冷凝）熱功率為：P=500*3.517kW*1.15=2022kW平日，該酒店一直保持兩臺冷水機組運行，但半夜12點至次日早上8點改為單臺運行，即一臺24小時連續(xù)工作，另一臺每天只工作16小時，所以，兩臺冷水機每天排出的總熱量為：Qtotal=2022kW*(24+16)=60660kWh因為：1kWh=3.6MJ所以：Qtotal=218376MJ=218.376*106KJ如果回收裝置的熱回收率按15%計算，那么回收的冷凝熱Qc=15%*218.376*106KJ=32.76*106KJ=7.83*106Kcal。這個熱量大約相當于800Kg柴油完全燃燒發(fā)出的熱量。（1kcal=4.184kJ）可見，我們只要回收中央空調(diào)排放的一小部分冷凝熱就足以滿足整個酒店的生活熱水需求。8.熱回收經(jīng)濟性分析(熱水成本比較)我們以一小酒店為例，分析冷凝熱回收的經(jīng)濟效益。某酒店共有100間客房，200個床位。假設(shè)每人每天熱水用量為150升，那么該酒店每天需提供30噸熱水。將30噸15℃自來水加熱成55℃的熱水，吸收的熱量為：Q=C*M*ΔT=4.18*30*1000*(55-15)=5*106KJ我們可以把這個熱量換算成相應(yīng)的柴油，天然氣，液化石油氣的消耗量。①0＃柴油燃燒值為42915KJ/kg或10250Kcal/kg,假設(shè)柴油在鍋爐中的燃燒率77.5%，假設(shè)鍋爐效率84%，那么，將30噸15℃自來水加熱成55℃的熱水所需柴油為：柴油若柴油4.5元/kg，則每天需花費805元②每公斤液化氣燃燒熱值為11000Kcal或45980KJ，假設(shè)液化氣燃燒率100%，鍋爐效率85%，那么，將30噸15℃自來水加熱成55℃的熱水所需液化石油氣為：液化石油氣若液化石油氣5.6元/kg，則每天需花費716元③天燃氣每立方燃燒熱值為8000Kcal至8500Kcal，合33440或35530KJ，假設(shè)天燃氣燃燒率100%，鍋爐效率85%，那么，將30噸15℃自來水加熱成55℃的熱水所需天燃氣為：m3若天燃氣每立方2.4元，則每天需花費403元④如果使用電鍋爐，一度電（1KWh）=3600KJ，假設(shè)電鍋爐效率96%，那么將30噸15℃自來水加熱成55℃的熱水所需電能為：KWh若電價1元/KWh，則每天需花費1446元。冷凝熱回收與燃油，燃氣鍋爐運行費用比較供熱方式熱水成本（元/天）熱水成本（元/月）熱水成本（元/年）備注冷凝熱回收000電費還可節(jié)約6%柴油80524,150193200油費電熱水器1,44643380347040電費液化氣71621480171840液化氣天然氣4031209696768天然氣備注：每天用水按30噸計算，每月按30天計算，每年可用熱回收供熱水按8個月計算。另外，安裝熱回收設(shè)備后空調(diào)機組平均節(jié)電6%，空調(diào)機組以滿負荷運行8個月，按平均每天運行20小時計，則空調(diào)主機節(jié)電費用如下：空調(diào)主機節(jié)約電費=（45+45）*1臺*6%*20小時*30天*8個月*1元/度=25,920元9.中央空調(diào)余熱回收系統(tǒng)的改造建議①由于空調(diào)余熱回收系統(tǒng)只能在開啟空調(diào)時才能使用，在改造時必須保留原有的熱水生產(chǎn)系統(tǒng)，且最好采用與原有熱水系統(tǒng)串聯(lián)形式，以便空調(diào)余熱回收水溫過低時能夠及時投入使用，保證熱水的正常供應(yīng)。②由于熱水負荷是不均勻的，而空調(diào)余熱回收的熱水會隨著空調(diào)負荷的變化而變化，造成熱水的使用與生產(chǎn)不是同步，所以，需用一個余熱水罐作為熱水貯存緩沖，在條件允許下盡可能做到能容納系統(tǒng)用水高峰時1h的用水量。③在冷凝器的熱量能及時排放的情況下，不會引起冷凝壓力的下降。要對冷卻水泵進行變頻節(jié)能改造，因為部分的負荷已經(jīng)傳遞給了熱水系統(tǒng)，可以使冷卻塔處于最有效率的工況下工作，提高系統(tǒng)的節(jié)能效率。8.用高溫水源熱泵回收冷凝熱用附加換熱器（或稱熱采集器）的冷凝熱回收方式，只能回收部分冷凝熱，熱回收率在15~20%之間。在冬天不開冷氣機的日子里，熱采集器不再能提供熱水。這種情況下，酒店在冬天仍然要依賴鍋爐提供熱水。如果選用熱泵回收冷凝熱，那么，酒店在冬天將不再需要鍋爐。因為熱泵可替代鍋爐生產(chǎn)熱水。熱泵的工作原理跟壓縮式制冷機的原理完全一樣，所不同的是：冷氣機或冷水機利用了制冷系統(tǒng)的冷端，利用蒸發(fā)器，吸收室內(nèi)的熱量達到制冷的目的；而熱泵即可制冷，又可制熱。制冷時，其工作原理跟一般的冷氣機沒有區(qū)別；制熱時，則利用制冷循環(huán)系統(tǒng)的熱端，將冷凝器排出的熱量送入室內(nèi)采暖，或加熱生活用水。這時，熱泵的運行過程看起來就像是把低溫端的熱量，源源不斷地抽送到高溫端一樣，所以形象地稱之為熱泵。如果熱泵的冷端直接置于室外的空氣之中，稱之為空氣源熱泵；如果冷端置于水中，稱之為水源熱泵；如果其冷端通過管道埋植于地下，則稱之為地源熱泵。圖4.熱泵制熱循環(huán)示意圖圖5.熱泵制熱循環(huán)“熱抽送”能流示意圖熱泵具有極高的制熱系數(shù)。每消耗1KW電功率，可以得到4~5KW的熱量，這是其它任何熱水設(shè)備（比如電熱水鍋爐，油氣熱水鍋爐）所無法比擬的。所以，熱泵是真正的綠色能源系統(tǒng)，可取代熱水鍋爐制備生活熱水。圖6是利用高溫水源熱泵回收冷氣機冷凝熱的原理示意圖，將高溫水源熱泵的冷端（蒸發(fā)器）并聯(lián)接入冷水機組冷卻水回路中。從制冷機組冷凝器出來的37℃的冷卻水分成三路：第一路進入原冷卻塔；第二路通過換熱器預(yù)熱自來水給水；第三路則進入水源熱泵的蒸發(fā)器，作為熱泵的低溫熱源，放出熱量后，其水溫降至32℃左右再返回冷卻塔。這樣，我們在熱泵的熱端獲得65圖6用高溫水源熱泵回收冷凝熱的原理示意圖這種熱回收方式適用于冷量大、排氣溫度較低的離心式冷水機組，其優(yōu)點是冷凝熱的回收率高，熱水的供應(yīng)量較大，而且熱水可以加熱到65℃；改造的過程中只涉及冷卻水系統(tǒng)，對冷水機組影響較小。但它的缺點是水源熱泵要消耗一定的電，運行費用較圖7.柜式水源熱泵機組圖8.