空調系統制冷機組冷凝排熱熱回收利用研究

傳統空調制冷器組的主要功能是空氣調節。制冷機組將大量冷氣候直接排放到空氣中，而不用于制冷機組。在空調條件下，制冷機組從環境中排放大量冷氣候的熱量。冷熱的數量通常是冷容量的1.15.1倍。大量冷氣候的熱量直接排入空氣，造成了巨大的能耗。這些熱量的發散增加了室內的溫度，導致了嚴重的環境破壞。如果將冷回收熱回收利用，用于加熱生活和生產工藝的冷熱，不僅可以減少對環境的冷熱污染，還可以將其轉化為可靠的節能方法。近年來，對制冷空氣回熱回收率的研究越來越多。1間接式水熱回收技術冷凝熱利用方式主要可分為直接式和間接式.直接式是指制冷劑從壓縮機出來后進入熱回收器直接與自來水換熱制備生活熱水.間接式是指利用常規空調的冷凝器側排出的高溫空氣或37°的水來加熱制備生活熱水.間接式由于要增加的設備比較多,換熱效率比較低,所以該技術應用范圍不廣.直接式又分為兩類,一類是只利用壓縮機出口蒸汽顯熱,蒸汽顯熱一般占全部冷凝熱的15%左右,按照熱水的需求量和顯熱量計算得出熱回收器的傳熱面積,其它的冷凝熱在冷凝器中被冷卻水或空氣帶走;另一類是利用全部的冷凝熱.前者只利用蒸汽顯熱,熱回收器的壓降比較小,使得冷凝器中壓力比較穩定,對制冷工況影響比較小.我國近年來研究應用的冷凝熱熱回收形式主要有以下幾種:1.1家用空調器冷回收龔七彩、常世鈞等人在從實用的角度分析了冷凝熱熱回收并提出了雙冷凝器熱回收技術(如圖1).雙冷凝器熱回收技術是在壓縮機和冷凝器之間加一個熱回收器(冷凝器)回收冷凝熱,從熱交換器流出的汽——液狀或氣態的制冷劑,由后面的冷凝器吸收其余熱量.該技術可以根據要求直接回收制冷機組的制冷劑蒸汽顯熱,或是顯熱加部分潛熱來一次性加熱或循環加熱到水的指定溫度.該形式主要應用于中央空調冷水機組.家用空調器在我國應用廣泛,而且數量多,是熱回收的重要方向之一.林宏對家用空調冷凝熱的回收利用進行了探討.之后,江輝民等提出了家用空調器常用的熱回收技術(圖2).該技術是將空調器中壓縮機排出的高溫高壓的制冷劑蒸汽注入到熱水換熱設備中進行熱交換,加熱生活熱水.若換熱器的換熱能力能夠獨立承擔所有的冷凝熱量,則無需使用風冷冷凝器,反之就要同時使用風冷和水冷冷凝器來承擔所有的冷凝負荷.然而,雙冷凝器熱回收技術在應用中還存在一系列的問題.首先,熱回收器須選用專用的高性能換熱器.由于氟利昂具有強滲透性,而且安裝在冷凝器前,該位置氟利昂處于高壓(1.44Mpa)和高溫過熱(約75℃)狀態,更易產生滲漏.因此,對換熱器的材質和制造工藝都有特殊要求,如有不慎,不但達不到節能效果,反而會損壞制冷機組;其次,換熱器除了保證有與所改造機頭的功率相適應的換熱面積外,還必須有較低的阻力,以至于不會影響制冷機原有工況,否則會降低出力;由于它利用的是制冷循環過程產生的熱量,傳熱量遠小于原熱水系統,只能小流量連續制備熱水,不可能象蒸氣加熱器或熱水爐那樣短時間內提供大量熱水,因此,系統要配備足夠容量的熱水箱.1.2熱泵回收熱泵空調制冷中冷卻水溫度一般為30～38℃,屬低品位熱能,要想充分回收冷凝熱可以利用熱泵技術,由制冷機組與熱泵機組聯合運行構成一套熱回收裝置.余穎俊、王夢云就冷凝熱的熱泵回收技術及可行性進行了探討,該裝置把熱泵的蒸發器并接到制冷機組冷卻水回路上,比較適合在現有的空調冷卻水系統改造,控制也比較容易實現.在這之后,尹應德,張泠等提出了典型的冷凝熱熱泵回收技術.當冷水機組和熱泵同時工作時,可以通過控制冷卻塔風機的啟停來控制冷卻水回水溫度.通過電動三通閥控制冷卻塔的冷卻水流量和熱泵蒸發器的流量比例,使熱泵的蒸發器出水溫度低于32℃,以保證冷水機組的正常運行.該種方式是在原系統并聯一套熱泵機組,把冷凝熱作為熱泵熱源來制備熱水.熱泵回收冷凝熱技術比較適合在現有的的空調系統改造中應用,但是投資較大,運行費用高.由于控制復雜,應用時容易出現問題,熱水溫度往往達不到設計溫度,影響利用效果.1.3相變材料回收空調網絡安全熱劉紅娟,顧兆林提出了利用相變材料回收空調冷凝熱熱回收形式.該技術利用蓄熱器代替了雙冷凝器熱回收技術中的壓縮機出口的冷凝器,并與常規風冷冷凝器(或冷卻塔)采用串聯連接,利用常規風冷冷凝器(或冷卻塔)排除熱回收系統不能儲存的剩余熱量.熱回收用蓄熱器中相變材料的溫度是隨冷凝溫度的變化而變化的.開始時,常規風冷冷凝器(或冷卻塔回路)關閉,利用過熱段的制冷劑顯熱和冷凝潛熱對蓄熱器中的相變材料進行加熱,此時冷凝壓力隨蓄熱器中相變材料溫度的升高而升高.當系統冷凝壓力達到限定值時,開啟風冷冷凝器以釋放多余的制冷劑冷凝潛熱,降低系統的冷凝壓力.此時蓄熱器仍能利用蓄熱器管內流過的氣態制冷劑過熱段的顯熱放熱加熱相變材料,進一步提高相變材料的溫度.當相變材料溫度達到某一設定值后,系統恢復原冷凝器(冷卻塔)冷凝運行模式.目前相變材料回收空調冷凝熱應用中還存在著一些問題:首先,相變材料回收空調冷凝熱技術中的蓄熱器在國外已廣泛應用,在我國也逐漸發展起來,但是對高效率、低成本的相變蓄熱器的設計計算尚無統一的方法,因此,對蓄熱器的設計也處于摸索階段;其次,我國對蓄熱材料的開發有待進一步加強.對蓄熱物質的要求是:熱容量大、蓄熱能力強,化學穩定性好,熔點低,對人體、動植物無害、價格低廉;最后,應該盡可能使制冷裝置在較低的冷凝溫度下運行.在設計中選取的冷凝溫度是定值,而實際運行中的冷凝溫度是變化的.冷凝溫度與環境溫度有關,不僅隨季節變化,而且每天晝夜也在不斷變化.因此,在設計時應充分考慮各種不利因素,選擇適當的冷凝溫度,保證制冷裝置在高效率下節能運行.2我國采暖熱熱回收系統應用研究的展望為實現“可持續發展”戰略,我國制定一系列能源及環境政策.節能和環保已成為當前空調領域中最重要的研究課題之一.目前,我國暖通學者已逐漸認識到了余熱回收系統應用的重要性,一些開發商也對此項目產生了一定的興趣,現在在北京、廣州、上海、東北等地的一些賓館和人工冰場與游泳池聯合工作的地方都有應用,并且節能效果很好.為使空調冷凝熱熱回收技術得到更廣泛地推廣與應用,需要找出應用中存在的問題,明確研究方向.2.1主要設備選型時間差時存在的一些基(1)我國對于冷凝排熱熱回收系統的研究現在僅限于理論的分析,且處于初步探討階段,缺乏實際的、深入的系統研究.從國內的研究狀況來看,還存在著一系列的問題.在直接加熱自來水的回收系統中不僅存在空調系統運行時段與熱水使用時段的時間差問題,而且還存在生活熱水的用量與冷凝熱量之間不匹配的問題.(2)冷凝排熱熱回收取決于主要設備的工作情況,有時可能得不到預期的效果.就冷凝熱熱回收來講,其效果取決于空調系統的運行工況,其目的也只是從節能和環保的角度考慮回收余熱,而不能本末倒置為了獲取熱量去隨意改變空調的工況.(3)我國在熱回收設備的開發中,還缺乏對于整個設備部件進行優化匹配設計,進行計算機模擬方面的研究.2.2優化系統設計(1)我們在今后工作中要解決目前國內研究存在蓄熱水池較大的問題,蓄熱裝置在系統運行中的動態模擬以及系統形式等問題.設置儲熱裝置對于直接加熱自來水的熱回收系統是十分必要,它可存儲