冷凝熱回收
(一)制冷系統(tǒng)冷凝方式分析
風(fēng)冷式缺點(diǎn)
冷凝溫度高達(dá)45℃、換熱效率低、體積大、機(jī)組能耗高,安裝位置要求高。
風(fēng)冷式優(yōu)點(diǎn)
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝方便、節(jié)水。
水冷式缺點(diǎn)
系統(tǒng)復(fù)雜,需增加水泵和冷卻塔的循環(huán)系統(tǒng);
冷卻塔噪音大、飛水,冷卻塔需單獨(dú)設(shè)置;
冷凝器維護(hù)、清洗困難;
冷卻水系統(tǒng)能耗高,導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的能耗降低。
水冷式優(yōu)點(diǎn)
設(shè)備換熱效率高、體積小。
蒸發(fā)冷凝式優(yōu)點(diǎn)
系統(tǒng)簡(jiǎn)單;
無飛水,耗水量低;
冷凝溫度低(<38OC),系統(tǒng)的能耗低;
系統(tǒng)機(jī)組化;
易清洗、維護(hù)簡(jiǎn)單。
蒸發(fā)冷凝缺點(diǎn)
加工技術(shù)要求高;
生產(chǎn)成本高。
(二)冷凝熱回收技術(shù)
不管哪種冷凝方式,制冷機(jī)組的冷凝熱最終是直接排入大氣,白白散失掉,造成較大的能源浪費(fèi),并且存在對(duì)周圍環(huán)境的熱污染。
冷凝熱回收是將冷凝熱全部或部分地回收來加熱生活熱水,不但可以減少對(duì)環(huán)境的污染,而且還可以節(jié)能。
復(fù)合冷凝技術(shù)是在冷熱源機(jī)組壓縮機(jī)的冷凝端采用風(fēng)冷+水冷或水冷+水冷的冷凝技術(shù),取代建筑冷熱源傳統(tǒng)單一的水冷、風(fēng)冷的冷凝方式。即在制冷工況下,采用水冷十水冷或風(fēng)冷+水冷的復(fù)合冷凝方式,有效利用部分冷凝熱制備生活熱水;在制熱工況下,采用水冷+水冷或風(fēng)冷+水冷的復(fù)合冷凝方式,利用冷凝熱供暖和制備生活熱水。采用復(fù)合冷凝技術(shù)的建筑冷熱源既具有冷凝熱回收的優(yōu)點(diǎn),又可提升熱泵的節(jié)能性,使冷凝熱得到充分利用。但這項(xiàng)技術(shù)有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。
水冷 +水冷復(fù)合冷凝模式
由于采用水冷+水冷復(fù)合冷凝模式,機(jī)組的冷凝能力提高,工質(zhì)的過冷度增大,冷熱源機(jī)組的輸入功率、制冷量及蒸發(fā)器負(fù)荷會(huì)上升。為保證熱泵機(jī)組在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行,合理分配兩臺(tái)冷凝器的冷凝負(fù)荷就成為水冷+水冷復(fù)合冷凝技術(shù)的關(guān)鍵。
采用水冷 +水冷的復(fù)合冷凝模式的優(yōu)點(diǎn)為:
制備生活熱水時(shí)不另外耗能或少耗能,降低了運(yùn)行成本;
由于水冷式冷水機(jī)組的壓縮機(jī)排氣溫度通常都在65℃以上,經(jīng)冷凝器1加熱的生活熱水溫度通常能滿足用戶要求;
提高了冷水機(jī)組的制冷性能系數(shù);
改造后各類活塞式、螺桿式、離心式水冷冷水機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。
風(fēng)冷+水冷復(fù)合冷凝模式
a.制冷 + 生活熱水工況
此工況適用于建筑物內(nèi)同時(shí)有供冷和生活熱水需求,循環(huán)泵及截止閥1,2開啟。冷凝器2冷卻風(fēng)扇的啟停通過生活熱水水溫控制,當(dāng)生活熱水水溫較低時(shí),冷凝器2冷卻風(fēng)扇關(guān)閉,冷凝器1起主要冷凝作用,冷凝熱主要用于加熱生活熱水;當(dāng)生活熱水水溫較高時(shí),冷凝熱不能全部被生活熱水帶走,冷凝器2冷卻風(fēng)扇開啟,冷凝器1,2同時(shí)工作。
b.制冷工況
截止閥 1 和循環(huán)泵關(guān)閉,截止閥2、冷凝器2冷卻風(fēng)扇開啟,采用單一風(fēng)冷模式。
c.制熱工況
四通閥換向變?yōu)橹茻嵫h(huán)流程,截止閥1和循環(huán)泵關(guān)閉,截止閥2、冷凝器2冷卻風(fēng)扇開啟。
d.生活熱水工況
此工況多用于過渡季節(jié)或冬、夏季的部分時(shí)間,當(dāng)建筑內(nèi)不需要開啟空調(diào)設(shè)備進(jìn)行供暖或制冷,而又有生活熱水的需求時(shí),熱泵機(jī)組可以充分利用冷凝熱加熱生活熱水。四通閥換向變?yōu)橹茻嵫h(huán)流程,截止閥1、循環(huán)泵及冷凝器2冷卻風(fēng)扇開啟,截止閥2關(guān)閉。在冬、夏季部分時(shí)間不開空調(diào)時(shí),可以采用這種方式來加熱生活熱水,使機(jī)組的運(yùn)行模式更加靈活,特別是在過渡季節(jié)采用這種方式加熱生活熱水,節(jié)能效果顯著。
采用風(fēng)冷+水冷復(fù)合冷凝模式的優(yōu)點(diǎn)為:
熱泵機(jī)組集制冷、供暖、供生活熱水功能于一身,可常年根據(jù)建筑物內(nèi)不同冷熱負(fù)荷的要求,實(shí)現(xiàn)冷凝熱的充分利用,
在各個(gè)工況下運(yùn)行能效比高,建筑冷熱源機(jī)組的全年運(yùn)行能耗大大降低,年運(yùn)行費(fèi)也大幅降低;
緩解了冷熱源對(duì)環(huán)境的熱污染和城市的熱島效應(yīng),環(huán)境保護(hù)和社會(huì)意義深遠(yuǎn)。
排風(fēng)熱回收系統(tǒng)
在建筑物的空調(diào)負(fù)荷中,新風(fēng)負(fù)荷一般要占到空調(diào)總負(fù)荷的30%甚至更多。把空調(diào)房間的熱量排放到大氣中既造成城市的熱污染,又白白的浪費(fèi)了熱能。如果用排風(fēng)中的余冷余熱來預(yù)處理新風(fēng),就可減少處理新風(fēng)所需的能量,降低機(jī)組負(fù)荷,提高空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。
系統(tǒng)簡(jiǎn)介
如圖所示,從空調(diào)房間出來的空氣一部分經(jīng)過熱回收裝置與新風(fēng)進(jìn)行換熱,從而對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)處理,換熱后的排風(fēng)以廢氣的形式排出,經(jīng)過預(yù)處理的新風(fēng)與回風(fēng)混合后再被處理到送風(fēng)狀態(tài)送入室內(nèi)。
如果室內(nèi)外溫差較小,就沒有必要使用排風(fēng)熱回收,所以在新風(fēng)的入口處設(shè)置了一個(gè)旁通管道,在過渡季節(jié)時(shí)將其打開。如果使用排風(fēng)熱回收系統(tǒng)不足以滿足空調(diào)區(qū)域的冷(熱)負(fù)荷,就需要輔助的冷卻(加熱)設(shè)備。
對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的排風(fēng)進(jìn)行熱(能)回收有很多優(yōu)點(diǎn):
(1) 熱回收系統(tǒng)對(duì)新風(fēng)進(jìn)行了預(yù)處理,減小了空調(diào)運(yùn)行負(fù)荷,節(jié)約了運(yùn)行費(fèi)用;
(2) 熱回收系統(tǒng)減少了空調(diào)系統(tǒng)的最大負(fù)荷,減小空調(diào)系統(tǒng)的型號(hào),節(jié)省了初投資;
(3)在節(jié)約能源的同時(shí)還可以加大室內(nèi)的新風(fēng)比,提高了室內(nèi)的空氣品質(zhì)。
排風(fēng)熱交換器
排風(fēng)熱交換器可分為兩大類:
(1) 顯熱回收裝置。
(2) 全熱回收裝置。
顯熱回收裝置只能回收顯熱,常見的有板式顯熱熱交換器,熱管式熱交換器和中間熱媒式熱交換器;全熱回收裝置既可回收顯熱,又能回收潛熱,常見的有板翅式熱交換器、轉(zhuǎn)輪式熱交換器和熱泵式熱交換器。
板式顯熱熱交換器
空氣-空氣板式顯熱熱交換器和常規(guī)的水-水板式換熱器大致相同。如圖所示,新風(fēng)和排風(fēng)交叉通過換熱器進(jìn)行熱交換,然后分別送入室內(nèi)和排出室外。
板式換熱器具有不需要傳動(dòng)設(shè)備,不需消耗電力,設(shè)備費(fèi)用低;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)行安全可靠;而且不需要中間熱媒,沒有溫差損失的優(yōu)點(diǎn)。但是由于其設(shè)備體積較大,需要占用較大的建筑空間;而且其接管的位置相對(duì)固定,所以在實(shí)際應(yīng)用布置
時(shí)沒有很好的靈活性。
中間冷媒式換熱器
中間冷媒式熱回收裝置由兩個(gè)換熱盤管和一個(gè)工質(zhì)循環(huán)泵所組成。如上圖所示,在空氣處理裝置的新風(fēng)進(jìn)口處和排風(fēng)出口處各設(shè)置一個(gè)換熱盤管,并用一組管路將兩者連接起來,形成一個(gè)封閉的環(huán)路。環(huán)路內(nèi)的工作流體由循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)。中間冷媒式熱回收裝置傳遞的是顯熱。
其具體工作情況如下:夏季,工作流體經(jīng)過排風(fēng)處的換熱盤管時(shí),被室內(nèi)排風(fēng)所冷卻至低于室外溫度的某個(gè)值,當(dāng)它循環(huán)至新風(fēng)側(cè)的換熱盤管時(shí)就可以將冷量傳遞至新風(fēng),降低新風(fēng)的溫度,從而實(shí)現(xiàn)夏季排風(fēng)冷量的回收。冬季則正好相反,工作流體在排風(fēng)盤管處被排風(fēng)加熱,再流至新風(fēng)盤管處加熱新風(fēng),實(shí)現(xiàn)冬季排風(fēng)熱量的回收。
板翅式全熱熱交換器
板翅式全熱熱交換器的結(jié)構(gòu)和板式顯熱熱交換器的結(jié)構(gòu)基本相同,工作流程也極為相似。具體結(jié)構(gòu)參見下圖。
板翅式全熱熱交換器在板式顯熱熱交換器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。在平板間的通道內(nèi)加入許多通常由鋁材制成的鋸齒狀、梯形狀的翅片;其隔板材料采用多纖維性材料,一般為特殊加工的紙或膜,這種特殊的材料不透氣,但具有良好的傳熱和透濕性。當(dāng)隔板兩側(cè)的氣流間存在溫度差和濕度差時(shí),兩者間就會(huì)產(chǎn)生熱傳遞和濕傳遞,從而進(jìn)行全熱交換。
轉(zhuǎn)輪式全熱熱交換器
轉(zhuǎn)輪式全熱交換器的心臟是一個(gè)以每10轉(zhuǎn)/分速度不斷轉(zhuǎn)動(dòng)的蜂窩狀轉(zhuǎn)輪。轉(zhuǎn)芯用特殊復(fù)合纖維或金屬箔作載體,將無毒,無味,環(huán)保型蓄熱,吸濕材料,用高科技方法合成,裝配在一個(gè)左右或上下分隔區(qū)的金屬箱體內(nèi),由傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)皮帶輪子轉(zhuǎn)動(dòng)。
冬季排風(fēng)的溫濕度高于新風(fēng),排風(fēng)經(jīng)過轉(zhuǎn)輪時(shí),轉(zhuǎn)芯溫度升高,水份含量增加,當(dāng)轉(zhuǎn)芯轉(zhuǎn)過清洗扇與新風(fēng)接觸轉(zhuǎn)輪偏向低溫低濕的新風(fēng)放出熱量和水份,使新風(fēng)升溫增濕。夏季與之相反,降低新風(fēng)溫濕度,提高排風(fēng)溫濕度。
這種蜂窩狀轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)體積雖小卻構(gòu)成了一個(gè)吸濕,蓄熱,傳熱的巨大接觸面積,蘊(yùn)藏了超級(jí)能量,具備了回收顯熱和潛熱的優(yōu)異特性。
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