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| 新型冷凝热回收方法和装置 | |
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摘 要：本文对冷水机组的热回收系统原理进行了分析，提出了一种将冷凝热回收用来加热生活热水的方法和装置，并对该系统使用的经济性进行了分析，指出利用热回收系统可有效地利用能源。
关键词：冷水机组 热回收 经济分析
1 引言
当今，宾馆，酒店和桑那中心大都设有中央空调系统和24小时热水供应，一般的设计方法是冷，热源分别设置，用冷水机组提供冷源，蒸汽或热水锅炉提供热源。众所周知，制冷机在运行时要排出大量的冷凝热，在空调工况下运行，制冷量是耗电的3-5倍，冷凝热是耗电的4-6倍。若在高冷凝温度下运行，制冷量为耗电的2.5-4倍，冷凝热为耗电的3.5-5倍。达制冷量的1.2~1.3倍。过多的冷水机组运行使得建筑物周围环境温度升高，造成严重的环境热污染。而且，由于环境温度的升高，还恶化了冷水机组的工作环境，导致机组COP下降，空调能耗增加。而对于星级宾馆、酒店来说，又需要大量的生活热水供应，如洗浴水与洗涤水，所以添加加热设备是必要的。
随着人们生活水平的不断提高，生活热水的需要量也越来越大，加热生活热水所需的能量也越来越大，如果能将冷凝热全部或部分回收来加热生活热水，不但可以减少冷凝热对环境造成的污染，而且还可以节省不少的能源。回收制冷冷凝热提供生活热水确实是一条变废为宝的节能途径。
在制冷空调行业中，中央空调主机形式有涡旋/活塞式，螺杆式，离心式和溴化锂吸收式。考虑到溴化锂机组冷凝温度高时吸收和发生效果差，离心机组易发生喘振，不宜作为制取水温较高的热回收机组，涡旋产品的运行范围的限制，故使用螺杆和活塞式冷水机组进行热回收是一种较佳的方案。目前国内水冷冷水机组的制造商有数十家，年产量在10000台左右。如果能够将其中1/6冷水机组改造为热回收形式，则可以每年节约7500万立方米天然气或7.5亿度电，其经济和社会前景广阔。为此，本文将对热回收形式进行探讨，供工程设计人员参考
2 水冷热回收冷水机组的形式
2.1 热回收系统的优点
热回收系统充分利用空调系统的废热，将空调系统中产生的低品位热量有效地利用起来，达到了节约能源的目的。
热加收系统减少了排到环境的废热；同时，由于冷却塔的容量减小或者取消冷却塔，减小了住宅周围的噪音，有效地保护了住宅小区的环境。
使用热回收系统，用户不再需要在家中设置热水器，这样就给用户带来方便与安全；同时，使用热回收系统，业主可以简化或者省去热水加热系统，从而也简化了系统的运行管理。使用热回收系统，是利用废热来回热生活热水，这样就降低了用户使用生活热水的费用。
2.2传统的热回收装置
传统的热回收机组同标准水冷冷水机组相比，关键在于将冷凝器造成分层式冷凝器，见图1。其循环方式见图2。分层冷凝器的好处也体现在部分热回收设备上。在部分热回收场合，通常由冷却塔排除热量在正常冷凝温度下被回收。额外补充的传热面积可改善传热，因此能使机组保持较高的冷却效率。采用上述分层冷凝器，造成机组成本大幅度上升。同时若采用单筒体形式的双冷凝器布置，二冷凝器间水侧密封性尤需注意，若密封性不好，会造成冷却水进入供热冷凝器引起水质污染。双冷凝器形式一般可将15-20℃自来水加热至35-40℃，再通过锅炉或电加热装置加热成45-65℃生活热 。
采用上述结构的产品有部分热回收和全部热回收方式。图3表示一种全部热回收的流程图。大多数供热场合需要的热水温度要求在45-60℃。冷凝器全热回收冷水机组与一般冷水机组相比，冷凝器出水温度高，一般不低于40℃，对应的冷凝压力高，需要更多的能耗。对于离心式冷水机组，使用热回收是要付出代价的，故需仔细权衡经济性和合理性。图3 一种全部热回收的流程图2.3 一种新型热回收装置
新型热回收装置的系统循环如图4所示，热回收机组的冷凝压力和温度比标准的水冷冷水机组的高。即直接将满足本建筑物内部的生活热水量的地表水送入冷凝器，利用潜热对高温生活热水进行加热，剩余热量由冷却水带走，从冷却塔排出；然后利用显热继续将初步加热的生活热水进一步加热为45℃的高温生活在热水，供本建筑物内部使用。利用显热继续将一部分低温生活热水加热为45℃的高温生活热水，储存在蓄水箱内，供本建筑物内部使用。如果蓄水箱内水已蓄满，此时停止加热高温生活热水，热量全部由冷却水带出。
本方案充分利用全部的制冷剂从压缩机从来后的过热段的高温显热，部分地利用冷凝放热的低温潜热，不使用冷却塔排放热量，减少环境热污染，省去系统冷却部分的耗电量，并节约大量的用于加热生活热水的能量，做到回收全部冷疑放热。
新的热回收装置的基本构成如下：冷水机组部分、生活热水循环部分、装置控制部分。
冷水机组的基本结构同标准水冷冷水机组，考虑到不同季节制冷负荷和热回收负荷的变化，机组设计成多压缩机头及制冷双回路循环形式，以使负荷可在20-100%范围内高效调节。即使机组一个回路出现故障，也可以保证生活热水供应和重点部位的制冷需求。同传统的热回收方法比，可以使得提供的热水温度范围从35-40℃提高到45-60℃，该温度的热水不必再次加热，可直接用于洗浴用途。在南方需要四季供冷地区，还可以省去或减少相关锅炉和加热设备的投资。
生活热水循环采用二次回热装置，传统直接将生活热水通过冷凝器的做法，当机组内部存在微漏时，存在制冷剂进入生活热水的风险。采用二次换热器的方法虽然稍降低了热水温度，但安全性大大提高，同时机组运行基本同标准冷水机组，不必增加特殊的控制。二次换热器还可以方便调节热水的流量，并且二次热水管路的清洗和维护非常方便。
系统控制由微电脑处理器对生活热水温度进行控制，采用模糊控制算法。控制具有定时功能和故障预诊断、处理和报警功能，保证热回收系统能可靠高效地工作。过去因为热回收机组有两个冷凝器，对机组的控制复杂性增加，又因热回收的热水温度常常较低，还需锅炉或加热设备进一步加热生活热水，导致控制复杂，本方法的控制对象为热水温度，运行时锅炉或加热设备不工作，这样可以将热回收设备标准化、产品化，方便客户和设计师选用。
3 热回收的经济性分析
现举一实例来说明这种热回收的可观经济效益。某五星级酒店，有标准客房300间，空调系统配冷水机组，其单台额定制冷量为2109kw，额定冷凝负荷为2488kw，现按满足客房部分卫生热水负荷选择一台热回收热泵。设热泵采用氟利昂R22为制冷工质，冷凝温度t3=55℃，蒸发温度t0=20℃，压缩机吸气温度t1=30℃，查LgP-h图可以计算出该工况下热泵的理论供热系数可达ε=7.8，取实际供热系数ε'=0.8X7.8=6.24 经计算300间客房的高峰热水量为27.5T/h（55°C），在南方地区取温升为35℃，则高峰时供热负荷为:27.5X35X4.1868/3600=1116kw，选用热泵为生活热水的热源，按供热系数为6.24计算，耗电为:1116/6.24=178.7KW 每月电费为:0.8X178.7X12X30=5.15万元，如选用热水锅炉，耗轻柴油量为:120kg/h 每月油费为:2.8X120X12X30=12.1万元（备注：油费为2002年时的费用，考虑到当前的燃料费用，锅炉的使用费用还要高许多）。由此可见，当一台冷水机组满负荷运行，仅回收冷凝热的45%(1116/2488=0.448)就能满足客房部分卫生热水的要求，其它部分冷凝热还可用于洗衣等用途。看看收益情况，供热负荷1116kW的热泵机组要比相当容量的热水锅炉要贵40~50万，但从运行能耗来看，热泵回收装置每年就可节约(12.1-5.15)X12=83万元，而且，当生活用热较大时，可以降低冷水机组的冷凝温度，提高制冷系数，降低空调耗电，可谓一举两得。
传统的热回收方法设备初投资高，当年还不能收回投资。同时系统和运行控制复杂，经济性和可靠性都不如本文提出的装置。
若考虑采用热回收机组可以不设置冷却塔或减小冷却塔设置和相应的管路系统配电柜等设备费用，运行时可以利用时段电价差，以及水系统的变频配置等，节能和经济效益更为可观。
4 结束语
随着人们生活水平的提高，环保问题成为人们注意的焦点，因此如何降低空调系统给环境区带来的污染在住宅空调的设计中显得尤为重要。热回收系统利用空调系统的冷凝热来加热生活热水，不仅减少了空调冷凝热对环境的污染，而且还能够利用废热比较经济地得到人们所需的生活热水，本文建议的热回收系统将具有良好的发展前景。
我国各地的气候情况不同，因此使用热回收系统时，在经济性上也存在较大差异。从本文可以看出热回收系统使用于我国南方城市时，将具有最佳的经济性能，能够给用户和业主带来可观的经济效益。
2/8/2007 | |
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