冷水機組制冷的同時，需將大量冷凝熱排向室外，如能將此部分熱量回收利用，既可減少對環(huán)境的影響，又可節(jié)約能源。因此，本文我們將對幾種常見的冷凝熱回收方式進行理論分析并結(jié)合案例，探討設(shè)計中應(yīng)注意的一些問題。 酒店建筑夏季同時存在空調(diào)和生活熱水的需求，空調(diào)系統(tǒng)的冷凝熱可回收用于加熱生活熱水。空調(diào)冷負荷日逐時分布呈現(xiàn)“單峰特性”，與室外氣象參數(shù)的變化趨勢大致相同; 生活用水量日逐時分布呈現(xiàn)“雙峰特性”，6∶00－8∶00 為早高峰、18∶00－22∶00 為晚高峰，其余時段為低谷狀態(tài)。由于生活用水量與空調(diào)冷負荷逐時規(guī)律不同步且冷凝熱回收為循環(huán)漸進( 溫差為 5 ℃) 加熱，冷凝熱回收系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置水箱或容積式換熱器等儲熱設(shè)備。
氣態(tài)制冷劑在壓縮機內(nèi)被壓縮，壓力及溫度升高; 高溫高壓的氣態(tài)制冷劑通過排氣管進入冷凝器中被冷卻成為液體，冷凝熱通過冷卻介質(zhì)排至室外; 高溫高壓液體通過節(jié)流閥，變?yōu)榈蜏氐蛪汉倭繗怏w的氣液混合物，在蒸發(fā)器內(nèi)吸收大量熱量，蒸發(fā)變成低壓的氣態(tài)制冷劑，再通過吸氣管路回到壓縮機內(nèi)以完成制冷循環(huán)。（本圖僅供參考，不對應(yīng)文中具體產(chǎn)品）如圖 1 所示，部分熱回收僅回收壓縮機排氣口高溫高壓過熱蒸氣的顯熱量，冷媒溫度由排氣過熱溫度降至飽和溫度，冷媒在此階段( 2－2’) 無相變反應(yīng)，故部分熱回收也稱為顯熱回收。
部分熱回收采用串聯(lián)熱回收器的方式，壓縮機出口高溫高壓的過熱蒸氣先經(jīng)熱回收器，加熱生活用水，再經(jīng)標準冷凝器，排除剩余的熱量。假定空調(diào)冷水供回水溫度 7 /12 ℃，冷卻水供回水溫度 32 /37 ℃，室外環(huán)境溫度 35 ℃，壓縮機工況為: 蒸發(fā)溫度 t0= 5 ℃ ，吸氣溫度 t 1= 15 ℃ ，水冷冷凝溫度 tk= 40 ℃ ，風冷冷凝溫度 tk = 50 ℃ ，過冷度為2 ℃ 。由表 1 可見，Ｒ134a水冷、風冷冷水機組排氣溫度 t 2為 54 ℃、64 ℃，熱回收冷凝器側(cè)的換熱溫差按3 ℃計，則水冷、風冷冷水機組部分熱回收出水溫度可達 51 ℃、61 ℃; 部分熱回收量較小，僅為制冷量的10%～15% 。部分熱回收可減少標準冷凝器的負擔，機組 COP 有所提高，但有的廠家不生產(chǎn)部分熱回收冷水機組。如圖 1( a) ，凝結(jié)段的冷媒由飽和氣體凝結(jié)為飽和液體，冷媒發(fā)生相變，冷媒溫度恒定為飽和溫度( 冷凝溫度) ，凝結(jié)段排出的熱量為潛熱量，如果將過熱段、凝結(jié)段、過冷段的熱量全部或部分進行回收，則稱之為全熱回收，也稱潛熱回收。為了提高熱回收出水溫度，則需相應(yīng)提高冷凝溫度，這將導致制冷量下降、壓縮機功耗增加，冷水機組制冷性能下降。由表2可見，蒸發(fā)溫度一定時，全熱回收工況下冷凝溫度每升高1℃，螺桿冷水機制冷量下降約1%～2%，能耗增加約2. 5%，COP下降約3%。冷凝溫度及壓力過高，可能導致冷水機組運行不穩(wěn)定，離心機冷凝壓力提高到一定程度，可能引起喘振。熱回收螺桿機冷卻水溫一般低于55 ℃，離心機冷卻水溫一般低于 45 ℃。酒店生活熱水溫度要求60 ℃ ，因此全熱回收一般用于生活熱水的預熱，預熱后的熱水經(jīng)鍋爐等熱源再熱至所需溫度。出水溫度為了獲得溫度較高的生活熱水而提高冷凝溫度，雖然對冷水機組制冷量及COP 有較大影響，但考慮制熱后的綜合COP仍可達到 5～8，因此熱回收出水溫度應(yīng)根據(jù)再熱熱源形式經(jīng)比較后確定。假定: 生活熱水用量 120m 3/ d，冷水溫度15 ℃ ，冷水機組熱回收出水溫度分別取45 ℃、55 ℃、60 ℃，預熱后的生活熱水經(jīng)鍋爐或風冷熱泵再熱至60 ℃。選用一臺制冷量 1093 kW 的全熱回收冷水機組、一臺制熱量為700 kW 的熱水鍋爐或風冷熱泵，冷水機組各工況下參數(shù)見表 2，風冷熱泵夏季再熱時的COP為3.0，鍋爐熱效率 92. 6% 、燃氣熱值8400 kCal /Nm 3，氣價4元/Nm 3，電價1元/kW·h。由表 3 可見，當用鍋爐再熱，熱回收出水溫度設(shè)定為 55℃時運行費用更低; 當用風冷熱泵再熱，熱回收出水溫度設(shè)定為 45℃時運行費用更低。全熱回收冷凝器與常規(guī)冷凝器為并聯(lián)，機組不對進入 2 個冷凝器的冷媒量進行控制，需在冷卻塔進水管上設(shè)置電動閥，利用高溫制冷劑優(yōu)先流向低溫處的原理，調(diào)節(jié)進入冷卻塔的水量，從而調(diào)節(jié)標準冷凝器的水溫，調(diào)節(jié)進入 2 個冷凝器的冷媒量。當預熱罐的水溫 T 值低于設(shè)定值時，表明供熱量不足，則調(diào)節(jié)三通閥開度，減少進入冷卻塔的水量，提高標準冷凝器冷媒溫度，促使部分冷媒流向熱回收冷凝器; 當 T 值達到設(shè)定值時，則關(guān)閉熱回收循環(huán)泵，調(diào)節(jié)三通閥使冷卻水全部流經(jīng)冷卻塔，如圖 2 所示。如熱回收比例為 100% 時，則不設(shè)電動閥。當 T 值低于設(shè)定值，關(guān)閉冷卻塔及冷卻泵，開啟熱回收循環(huán)泵進行熱回收; 當 T 值達到設(shè)定值時，則關(guān)閉熱回收循環(huán)泵，開啟冷卻泵及冷卻塔。常規(guī)冷水機組供水溫度恒定，一般根據(jù)回水溫度自動調(diào)節(jié)負荷: 當回水溫度低于設(shè)定值時，表明需冷量變小，冷水機組自動卸載; 當回水溫度高于設(shè)定值時，表明需冷量變大，冷水機組自動加載。為了盡量使熱回收機組滿負荷運行以保證熱水要求，應(yīng)使熱回收機組從冷水回水的高溫處即在供回水旁通之前進水，避免熱回收機組回水溫度受供回水旁通的影響，如圖 3 所示。熱泵熱回收水源熱泵機組熱水溫度可達 60 ℃ 以上，不需再熱即可滿足酒店熱水需求，而且熱泵機組可按制熱優(yōu)先的模式控制運行，即根據(jù)熱水的回水溫度而不是冷水回水溫度自動調(diào)節(jié)熱負荷。酒店冬季空調(diào)冷凝排熱量一般不滿足生活熱水負荷的需求，因此，空調(diào)冷水、冷卻水水源熱泵熱回收系統(tǒng)均需另設(shè)鍋爐等熱源用于冬季加熱。熱泵熱回收熱泵機組與常規(guī)冷水機組并聯(lián)，部分空調(diào)冷水回水作為熱泵機組的熱源水，降溫后進入回水管或供水管，熱泵機組吸取空調(diào)冷水的熱量制取熱水。如圖 4( a) ，熱泵機組冷水出水接至回水管，回水溫度 T2 低于 12 ℃，常規(guī)冷水機自動卸載，熱泵機組產(chǎn)生的制冷量被常規(guī)冷水機組當成多余冷量卸載而無法進入末端設(shè)備，系統(tǒng)能提供的最大冷量為常規(guī)冷水機組的總?cè)萘俊?/span>如圖 4( b) ，熱泵機組冷水出水接至供水管，部分熱負荷時，熱泵機組冷水出水溫度 T1 高于 7 ℃，空調(diào)冷水系統(tǒng)供水溫度 T3 將高于 7 ℃，造成供水溫度不穩(wěn)定，影響末端設(shè)備的運行。某酒店選用 3 臺相同制冷量的冷水機組，其中 1臺為熱泵機組。當熱負荷為 20% 時，熱泵機組冷水供回水溫差 Δt = 5 × 20% = 1 ℃，即 T1 =12－1 =11 ℃ ，則混合后的供水溫度 T3 = ( 2×7+1×11) ÷ 3= 8.3 ℃＞7 ℃ 。當熱負荷與冷負荷的比值較大，部分熱負荷時空調(diào)冷水總供水溫度與設(shè)定值偏差較大，影響末端設(shè)備供冷及除濕能力，因此空調(diào)冷水源熱泵機組冷水不宜接至供水管。熱泵熱回收如圖 5 所示，冷卻系統(tǒng)高溫出水作為熱泵機組的熱源水，降溫至T1后再與常規(guī)冷水機冷卻水混合后進入冷卻塔。進入冷卻塔的水溫低于37 ℃，有利于冷卻塔的降溫效果，冷卻塔出水溫度T2低于32 ℃，可提高冷水機組的能效，冷凝溫度每下降1 ℃，制冷效率提高3% ，節(jié)能效果不如空調(diào)冷水水源熱泵。系統(tǒng)能提供的最大冷量為常規(guī)冷水機組的總?cè)萘俊?/span>某酒店建筑面積 24000 m 2，空調(diào)設(shè)計冷負荷3279 kW ，采暖熱負荷1300 k W，生活熱水日用量120 m 3，生活熱水熱負荷 700 k W; 空調(diào)負荷率 40% ，則日平均需冷量 = 3279 × 24 × 0.4 = 31 478 kW;空調(diào)天數(shù) 173 d; 冷水溫度15 ℃，加熱到 55 ℃、60 ℃ 的耗熱量分別為5488 kW、6174 kW 。下文對幾種帶熱回收的冷熱源方案進行經(jīng)濟比較，如表4～表6 所示。方案4: 空調(diào)冷水水源熱泵熱回收( 冷水出水接至回水管，熱水60 ℃ ) 。各方案均設(shè)置鍋爐用于空調(diào)季再熱及非空調(diào)季供熱。熱回收方案中的儲熱設(shè)備造價均按 75 萬元計，未考慮占用機房面積的因素。由以上分析可見，方案 3 回收期最短; 方案 4 運行費用最低。( 1) 部分熱回收量較小，僅為制冷量的10%～15% ，但可提高制冷效率。( 2) 全熱回收量大，但隨著熱水溫度提高，機組制冷效率下降較大，熱回收出水溫度應(yīng)經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。( 3) 為了盡量使熱回收機組滿負荷運行以保證熱水要求，應(yīng)使熱回收機組優(yōu)先并聯(lián)。( 4) 空調(diào)冷水水源熱泵冷水出水接至冷水系統(tǒng)回水管時，常規(guī)冷水機組回水溫度降低而自動卸載，系統(tǒng)能提供的最大冷量為常規(guī)冷水機組的總冷量，但冷水系統(tǒng)供水溫度恒定。( 5) 空調(diào)冷水水源熱泵冷水出水接至冷水系統(tǒng)供水管時，系統(tǒng)能提供的最大冷量為熱泵機組和常規(guī)冷水機組的總冷量; 但熱負荷變化時，冷水系統(tǒng)供水溫度不穩(wěn)定。( 6) 冷卻水水源熱泵可降低冷凝溫度，提高制冷量和制冷能效，但幅度較小，節(jié)能效果不如空調(diào)冷水水源熱泵熱回收系統(tǒng)。版權(quán)聲明：本文作者陳建勝，由HETA小編編輯整理，版權(quán)歸屬原作者，文章觀點不代表本公眾號立場，轉(zhuǎn)載請注明來源。
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