熱回收技術在風冷熱泵中的應用

　　摘要：本文通過制冷原理與實際產品相結合，介紹了熱回收技術及其在風冷熱泵系統中應用的特點，以及熱回收技術的工作原理和工作模式，并結合工程案例，分析了熱回收技術的經濟性。

　　關鍵詞：部分熱回收全部熱回收風冷熱泵冷凝熱

　　常規空調系統在制冷工況下，由冷凝器散發的大量冷凝熱未經利用，直接排入大氣中，不但造成較大的能源浪費，且這些熱量的散發又使周圍環境溫度升高，阻礙了冷凝器的散熱，導致制冷系統冷凝溫度上升，制冷量下降，壓縮機功耗增加，同時更進一步加劇了環境熱污染。應用熱回收技術的空調系統，利用排放的冷凝熱來加熱生活/生產熱水，既減少了熱污染，合理利用了能源，又提高了系統性能，一舉多得。

　　1熱回收類型

　　壓縮機排出的高溫高壓的制冷劑氣體，在冷凝器中的放熱過程，依次經過三個階段：2­3過熱蒸汽段，3­4飽和蒸汽和段4­5過冷液態段。2­3與4­5階段，制冷劑氣體沒有相變而放出的熱量，熱力學中稱之為顯熱，3­4階段，制冷劑由氣態逐步冷凝至液態，發生相變而放出的熱量，稱為潛熱。回收2­3階段顯熱的形式，為部分熱回收，回收2­5階段顯熱+潛熱的形式，為全部熱回收[1]。

　　2部分熱回收

　　對于部分熱回收風冷熱泵機組，熱回收器安裝在壓縮機出口與四通換向閥之間，吸收顯熱，其余的熱量由翅片式冷凝器吸收。為了降低系統的壓降，熱回收器一般選用壓力損失小，而且耐高溫的平板式換熱器�；厥盏臒崃恳话阏嫉娇偫淠裏岬�10%左右，出水溫度則根據所用冷媒的不同，介于45~60益之間。制冷時，壓縮機排出的制冷劑氣體，首先經過部分熱回收器，顯熱被吸收后，進入翅片式冷凝器繼續冷凝至過冷液態，再經膨脹閥節流降壓后，進入蒸發器氣化吸熱，最后回到壓縮機。

　　從流程圖中可以看出，帶有部分熱回收功能的空調系統與普通系統相比，僅僅增加了一個熱交換器及相應水泵系統，也無需增加其他電控系統，因此部分熱回收系統安裝簡單，自動化程度高，運行穩定。缺點就是熱回收量相對較少，過度季節不能單獨提供熱水。適合安裝于以空調為主，熱水為輔的中小規模的賓館、酒店、發廊、餐廳、醫院、公共娛樂休閑等場所，對于全年需要熱水的情況，可以加裝電熱水器、燃氣熱水器、小型鍋爐等其他輔助設備，或者考慮使用全部熱回收空調機組。

　　3全部熱回收

　　全部熱回收器通常與空調水側熱交換器并聯安裝，由于需要吸收系統全部的冷凝熱(約為機組制冷量的1.2倍)，因此要求全部熱回收器與空調水側熱交換器有著相近的換熱面積及換熱效率，對于全部熱回收風冷熱泵機組，一般存在兩個外形相近的熱交換器，其中與熱力膨脹閥相連的是空調水側換熱器，另一個就是全部熱回收器[2]。

　　夏季運行時，通過控制相應電磁閥的啟閉，切換制冷劑在全部熱回收器，水側換熱器與空氣側換熱器流動順序，可實現制冷模式、制冷+熱回收模式與熱回收模式。冬季運行時，開啟空氣側換熱器與空調水側換熱器，實現制熱模式。開啟空氣側換熱器與全部熱回收器，實現熱回收模式。制熱模式與熱回收模式不能同時開啟，可通過分時啟動控制，先開啟熱回收模式，待水溫達到要求后再開啟制熱模式。過渡季節運行時，開啟空氣側換熱器與全部熱回收器，實現熱回收模式。

　　3.1全部熱回收系統流程

　　1)制冷模式。閥門1、2、3關閉，4開啟，空氣側換熱器作為冷凝器，空調水側換熱器作為蒸發器。此運行模式同普通空調系統一致，僅提供空調用冷水。2)制冷+熱回收模式。閥門2、3關閉，1、4開啟，全部熱回收器作為冷凝器，空調水側換熱器作為蒸發器，壓縮機排出的制冷劑，先經過全部熱回收器冷凝放熱，再經熱力膨脹閥，節流降壓后進入空調水側換熱器氣化吸熱，最后回到壓縮機，完成循環。此運行模式，在提供空調用冷水的同時，可提供生活/生產熱水。

　　3)熱回收模式。閥門4關閉，1、2、3開啟，全部熱回收器作為冷凝器，空氣側換熱器作為蒸發器，壓縮機排出的制冷劑，先經過全部熱回收器冷凝放熱，再經熱力膨脹閥，節流降壓后進入空氣側側換熱器氣化吸熱，最后回到壓縮機，完成循環。此運行模式僅提供生活/生產熱水，適用于不開空調的過渡季節。4)制熱模式。閥門1、4關閉，2、3開啟，空調水側換熱器作為冷凝器，空氣側換熱器作為蒸發器。此運行模式同普通空調系統一致，僅提供空調用熱水。冬季時，可以與熱回收模式分時啟動，以滿足空調供熱與熱水的同時需求。

　　3.2全部熱回收系統特點

　　夏季運行制冷+熱回收模式時，可以得到大量的近乎免費的55益左右的熱水，系統的綜合能效比非常高，可達到7，且不需要用到冷凝風機，大大降低了噪音污染，節能作用相當地明顯[3]。冬季和過度季節運行熱回收模式，相當于空氣源熱泵，能效比可達到3，效率完全超過鍋爐、電(燃氣)熱水器等傳統供熱設備，十分節能。冬季熱回收與制熱模式分時啟動時，系統的熱負荷非常大，空氣側換熱器很容易結霜，需要良好的除霜控制系統。

　　4方案比較

　　4.1工程概況

　　某胸科醫院病房樓，設有集中空調系統(夏、冬季運行)，和全年性24h生活熱水(每天約需18m3)供應系統，其空調面積約為8000m2，空調設計冷負荷約為1024kW，熱負荷約為800kW。生活熱水需求量：按病房樓熱水用量標準(90L/床)，200床每日使用50益熱水總量為18000L。根據冬季最不利情況(自來水溫度按5益)計算加熱18t生活用水到50益負荷Qd=941.9kW;夏季自來水溫度按20益計算，則夏季熱水負荷Qx=627.9kW。

　　4.2方案設備配置

　　4.2.1方案一1)空調冷熱源設備[4]。1臺風冷熱泵機組，型號1502，R22制冷劑，制冷量465.4kW/耗電功率141.8kW，制熱量504.9kW/耗電功率129.4kW。1臺全部熱回收型風冷熱泵機組，型號2222­R­Y，R134a制冷劑，制冷量557.1kW/耗電功率141.7kW，制熱量582.3kW/耗電功率141.7kW。2)生活熱水設備。由全部熱回收型風冷熱泵機組提供，全部熱回收量690.3kW，耗電功率141.7kW，雙層保溫水箱3m伊3m伊3m。3)夏季能源消耗�？照{總功率283.5kW，熱水總功率0kW。4)冬季能源消耗。空調總功率271.1kW，熱水總功率141.7kW。

　　4.2.2方案二1)空調冷熱源設備[4]。2臺風冷熱泵機組，型號1522，R22制冷劑，制冷量515.5kW/耗電功率155.1kW，制熱量598.8kW/耗電功率153.9kW。2)生活熱水設備。4臺熱泵熱水器，制熱量43kW，耗電功率43.52kW(10.88kW伊4)。

　　3組電輔助加熱，耗電功率60kW(20kW/組伊3組)。雙層保溫水箱3m伊3m伊3m。3)夏季能源消耗。空調總功率310.1kW，熱水總功率103.52kW。4)冬季能源消耗�？照{總功率307.8kW，熱水總功率103.52kW。

　　4.3初投資堯運行費用堯管理維護堯優缺點比較

　　4.3.1方案一1)設備初投資。熱泵機組167萬元，雙層保溫水箱8.6萬元，合計175.6萬元。2)年運行費用。年運行費用按空調設計規范采用當量滿負荷運行時間法來測算，年供冷的當量滿負荷運行時間為1300h，年供熱的當量滿負荷運行時間為1050h。熱水夏季按120天，冬季按100天計算。則夏季空調運行費用為36.86萬元，冬季采暖費用為28.47萬元，冬季熱水為2萬元(夏季熱水免費)，合計67.33萬元。3)方案特點。采用1臺全部熱回收機組制取生活熱水(夏季免費獲得熱水)。機組采用R134a冷媒，可提供55益的生活熱水。

　　4.3.2方案二1)設備初投資。熱泵機組124萬元，熱泵熱水器28萬元，電輔助加熱0.36萬元，雙層保溫水箱8.6萬元，合計161萬元。2)年運行費用。年運行費用按空調設計規范采用當量滿負荷運行時間法來測算，年供冷的當量滿負荷運行時間為1300h，年供熱的當量滿負荷運行時間為1050h。熱水夏季按120天，冬季按100天計算。則夏季空調運行費用為40.34萬元，冬季采暖運行費用為32.32萬元，夏季熱水運行費用為4.6萬元，冬季熱水運行費用為5.7萬元，合計82.96萬元。3)方案特點�？照{設備和生活熱水為兩個單獨的系統，便于管理。冬季外界環境溫度低于0益時，需采用電輔助加熱器對生活熱水進行2次升溫。

　　4.3.3兩方案比較1)初投資比較：方案一的初投資為175.6萬元，方案二初投資為161萬元，方案一比方案二多14.6萬。2)年運行費用比較：方案一的年運行費用為67.33萬元，方案二的年運行費用為82.96萬元，方案一比方案二少了15.63萬/年。方案一初投資增加的費用，不用一年時間就可收回投資成本。

　　5結論

　　熱回收空調系統進行空氣調節的同時可以供給熱水，尤其在夏天，效率非常高，優勢十分明顯，因此強烈建議在賓館、酒店、醫院、游泳館、體育館、食品加工廠等對空調和熱水同時有大量需求的場所應用熱回收技術。

　　參考文獻

　　[1]陳沛霖,岳孝方.空調與制冷技術手冊[M].上海:同濟大學出版社,2006

　　[2]鄭剛.熱回收節能在空調系統中的應用[J].能源技術,2005,26(3):124­126

　　[3]榮國華.夏季制冷機冷凝熱的回收利用[J].暖通空調,1998,(2):29­31

　　相關論文投稿刊物：《制冷與空調》(月刊)創刊于1990年，由科學技術部主管，中國制冷空調工業協會、中國科學技術交流中心聯合主辦的專業性期刊，宗旨和任務：加強行業管理，密切政府、行業、企業聯系，融信息、技術、管理為一體，促進科技成果轉化，推動制冷空調行業技術進步與發展。

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