熱回收技術(shù)在風(fēng)冷熱泵中的應(yīng)用

　　摘要：本文通過制冷原理與實際產(chǎn)品相結(jié)合，介紹了熱回收技術(shù)及其在風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)中應(yīng)用的特點，以及熱回收技術(shù)的工作原理和工作模式，并結(jié)合工程案例，分析了熱回收技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性。

　　關(guān)鍵詞：部分熱回收全部熱回收風(fēng)冷熱泵冷凝熱

　　常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)在制冷工況下，由冷凝器散發(fā)的大量冷凝熱未經(jīng)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(fā)又使周圍環(huán)境溫度升高，阻礙了冷凝器的散熱，導(dǎo)致制冷系統(tǒng)冷凝溫度上升，制冷量下降，壓縮機(jī)功耗增加，同時更進(jìn)一步加劇了環(huán)境熱污染。應(yīng)用熱回收技術(shù)的空調(diào)系統(tǒng)，利用排放的冷凝熱來加熱生活/生產(chǎn)熱水，既減少了熱污染，合理利用了能源，又提高了系統(tǒng)性能，一舉多得。

　　1熱回收類型

　　壓縮機(jī)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(jīng)過三個階段：2­3過熱蒸汽段，3­4飽和蒸汽和段4­5過冷液態(tài)段。2­3與4­5階段，制冷劑氣體沒有相變而放出的熱量，熱力學(xué)中稱之為顯熱，3­4階段，制冷劑由氣態(tài)逐步冷凝至液態(tài)，發(fā)生相變而放出的熱量，稱為潛熱�；厥�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(fēng)冷熱泵機(jī)組，熱回收器安裝在壓縮機(jī)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(tǒng)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(jù)所用冷媒的不同，介于45~60益之間。制冷時，壓縮機(jī)排出的制冷劑氣體，首先經(jīng)過部分熱回收器，顯熱被吸收后，進(jìn)入翅片式冷凝器繼續(xù)冷凝至過冷液態(tài)，再經(jīng)膨脹閥節(jié)流降壓后，進(jìn)入蒸發(fā)器氣化吸熱，最后回到壓縮機(jī)。

　　從流程圖中可以看出，帶有部分熱回收功能的空調(diào)系統(tǒng)與普通系統(tǒng)相比，僅僅增加了一個熱交換器及相應(yīng)水泵系統(tǒng)，也無需增加其他電控系統(tǒng)，因此部分熱回收系統(tǒng)安裝簡單，自動化程度高，運行穩(wěn)定。缺點就是熱回收量相對較少，過度季節(jié)不能單獨提供熱水。適合安裝于以空調(diào)為主，熱水為輔的中小規(guī)模的賓館、酒店、發(fā)廊、餐廳、醫(yī)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?xì)鉄崴�器、小型鍋爐等其他輔助設(shè)備，或者考慮使用全部熱回收空調(diào)機(jī)組。

　　3全部熱回收

　　全部熱回收器通常與空調(diào)水側(cè)熱交換器并聯(lián)安裝，由于需要吸收系統(tǒng)全部的冷凝熱(約為機(jī)組制冷量的1.2倍)，因此要求全部熱回收器與空調(diào)水側(cè)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(fēng)冷熱泵機(jī)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(diào)水側(cè)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(yīng)電磁閥的啟閉，切換制冷劑在全部熱回收器，水側(cè)換熱器與空氣側(cè)換熱器流動順序，可實現(xiàn)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(cè)換熱器與空調(diào)水側(cè)換熱器，實現(xiàn)制熱模式。開啟空氣側(cè)換熱器與全部熱回收器，實現(xiàn)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(dá)到要求后再開啟制熱模式。過渡季節(jié)運行時，開啟空氣側(cè)換熱器與全部熱回收器，實現(xiàn)熱回收模式。

　　3.1全部熱回收系統(tǒng)流程

　　1)制冷模式。閥門1、2、3關(guān)閉，4開啟，空氣側(cè)換熱器作為冷凝器，空調(diào)水側(cè)換熱器作為蒸發(fā)器。此運行模式同普通空調(diào)系統(tǒng)一致，僅提供空調(diào)用冷水。2)制冷+熱回收模式。閥門2、3關(guān)閉，1、4開啟，全部熱回收器作為冷凝器，空調(diào)水側(cè)換熱器作為蒸發(fā)器，壓縮機(jī)排出的制冷劑，先經(jīng)過全部熱回收器冷凝放熱，再經(jīng)熱力膨脹閥，節(jié)流降壓后進(jìn)入空調(diào)水側(cè)換熱器氣化吸熱，最后回到壓縮機(jī)，完成循環(huán)。此運行模式，在提供空調(diào)用冷水的同時，可提供生活/生產(chǎn)熱水。

　　3)熱回收模式。閥門4關(guān)閉，1、2、3開啟，全部熱回收器作為冷凝器，空氣側(cè)換熱器作為蒸發(fā)器，壓縮機(jī)排出的制冷劑，先經(jīng)過全部熱回收器冷凝放熱，再經(jīng)熱力膨脹閥，節(jié)流降壓后進(jìn)入空氣側(cè)側(cè)換熱器氣化吸熱，最后回到壓縮機(jī)，完成循環(huán)。此運行模式僅提供生活/生產(chǎn)熱水，適用于不開空調(diào)的過渡季節(jié)。4)制熱模式。閥門1、4關(guān)閉，2、3開啟，空調(diào)水側(cè)換熱器作為冷凝器，空氣側(cè)換熱器作為蒸發(fā)器。此運行模式同普通空調(diào)系統(tǒng)一致，僅提供空調(diào)用熱水。冬季時，可以與熱回收模式分時啟動，以滿足空調(diào)供熱與熱水的同時需求。

　　3.2全部熱回收系統(tǒng)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(tǒng)的綜合能效比非常高，可達(dá)到7，且不需要用到冷凝風(fēng)機(jī)，大大降低了噪音污染，節(jié)能作用相當(dāng)?shù)孛黠@[3]。冬季和過度季節(jié)運行熱回收模式，相當(dāng)于空氣源熱泵，能效比可達(dá)到3，效率完全超過鍋爐、電(燃?xì)?熱水器等傳統(tǒng)供熱設(shè)備，十分節(jié)能。冬季熱回收與制熱模式分時啟動時，系統(tǒng)的熱負(fù)荷非常大，空氣側(cè)換熱器很容易結(jié)霜，需要良好的除霜控制系統(tǒng)。

　　4方案比較

　　4.1工程概況

　　某胸科醫(yī)院病房樓，設(shè)有集中空調(diào)系統(tǒng)(夏、冬季運行)，和全年性24h生活熱水(每天約需18m3)供應(yīng)系統(tǒng)，其空調(diào)面積約為8000m2，空調(diào)設(shè)計冷負(fù)荷約為1024kW，熱負(fù)荷約為800kW。生活熱水需求量：按病房樓熱水用量標(biāo)準(zhǔn)(90L/床)，200床每日使用50益熱水總量為18000L。根據(jù)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(fù)荷Qd=941.9kW;夏季自來水溫度按20益計算，則夏季熱水負(fù)荷Qx=627.9kW。

　　4.2方案設(shè)備配置

　　4.2.1方案一1)空調(diào)冷熱源設(shè)備[4]。1臺風(fēng)冷熱泵機(jī)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(fēng)冷熱泵機(jī)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(shè)備。由全部熱回收型風(fēng)冷熱泵機(jī)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{(diào)總功率283.5kW，熱水總功率0kW。4)冬季能源消耗�？照{(diào)總功率271.1kW，熱水總功率141.7kW。

　　4.2.2方案二1)空調(diào)冷熱源設(shè)備[4]。2臺風(fēng)冷熱泵機(jī)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(shè)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(diào)總功率310.1kW，熱水總功率103.52kW。4)冬季能源消耗�？照{(diào)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(hù)堯優(yōu)缺點比較

　　4.3.1方案一1)設(shè)備初投資。熱泵機(jī)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(diào)設(shè)計規(guī)范采用當(dāng)量滿負(fù)荷運行時間法來測算，年供冷的當(dāng)量滿負(fù)荷運行時間為1300h，年供熱的當(dāng)量滿負(fù)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(diào)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(jī)組制取生活熱水(夏季免費獲得熱水)。機(jī)組采用R134a冷媒，可提供55益的生活熱水。

　　4.3.2方案二1)設(shè)備初投資。熱泵機(jī)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(diào)設(shè)計規(guī)范采用當(dāng)量滿負(fù)荷運行時間法來測算，年供冷的當(dāng)量滿負(fù)荷運行時間為1300h，年供熱的當(dāng)量滿負(fù)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(diào)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{(diào)設(shè)備和生活熱水為兩個單獨的系統(tǒng)，便于管理。冬季外界環(huán)境溫度低于0益時，需采用電輔助加熱器對生活熱水進(jìn)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(jié)論

　　熱回收空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)的同時可以供給熱水，尤其在夏天，效率非常高，優(yōu)勢十分明顯，因此強(qiáng)烈建議在賓館、酒店、醫(yī)院、游泳館、體育館、食品加工廠等對空調(diào)和熱水同時有大量需求的場所應(yīng)用熱回收技術(shù)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]陳沛霖,岳孝方.空調(diào)與制冷技術(shù)手冊[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2006

　　[2]鄭剛.熱回收節(jié)能在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].能源技術(shù),2005,26(3):124­126

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

　　相關(guān)論文投稿刊物：《制冷與空調(diào)》(月刊)創(chuàng)刊于1990年，由科學(xué)技術(shù)部主管，中國制冷空調(diào)工業(yè)協(xié)會、中國科學(xué)技術(shù)交流中心聯(lián)合主辦的專業(yè)性期刊，宗旨和任務(wù)：加強(qiáng)行業(yè)管理，密切政府、行業(yè)、企業(yè)聯(lián)系，融信息、技術(shù)、管理為一體，促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化，推動制冷空調(diào)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展。

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