冷凝热回收技术现状及应用

冷凝热回收技术研究现状及应用摘要本文回顾了国内外冷凝热回收技术的发展过程，指出了其未能在市场上推广的一些原因；指出了国内的发展概况及近年来冷凝热回收已引起了人们的广泛关注。本文对国内外的冷凝热回收技术成果及专利作了总结并由此对冷凝热回收的类型进行了分类，并对所分类的三种热回收技术分别在概念、原理以及进一步的分类方面作了全面的阐述。并指出了每一类热回收技术相对应取得的技术成果。在此基础之上，提出了近年来的新型热回收冷凝器和研究冷凝热回收的新方法，并介绍了该领域的典型技术成果。给出了几种典型冷热源方式的经济比较，指出了目前冷凝热回收技术存在的问题及发展方向。关键词冷凝热回收技术单冷机组热泵机组节能背景冷凝热回收技术是将空调排放的废热予以回收利用，用来制取卫生热水或生产工艺热水，不仅变废为宝，减少大气环境热污染，而且可以降低热水供应系统运行费用，同时也提高了空调的运行效率，是节能的重要措施之一。对于冷凝热回收技术的研究国外起步比较早，早在1965年就有Healy等人首先提出对于居住建筑空调冷凝热作为免费的热源进行热水供应的设想[1]，70年代以后，Stuij,Douglas等人对热回收热泵的可行性进行了实验研究[2-3]，新加坡南洋理工大学的指出通过回收冷凝热加热生活热水对空调器的性能影响并不大[4]，Goldschmidt[5]和Lee[6]等人研究了回收的冷凝热数量、机组的出水量及综合能源利用系数等。随着计算机技术的发展和普及，在实验研究的基础上人们开始用数值模拟的方法对冷凝热回收技术进行分析，以Mason[7]，[8]，Bong[9]和Baxter[10]等人为代表，对冷凝热回收系统的性能和运行特性进行了相关研究和分析，并在夏威夷对其进行了大规模推广，研究和推广结果显示其节能性非常显著。虽然CARRIER和TRANE公司都开发了双管束冷凝器热回收技术，但由于该技术原理上存在着根本缺陷，热回收效率有限，因此未能在市场上广泛推广。我国在20世纪60年代就有回收制冷机冷凝废热的设想，但发展较慢，90年代后期我国开始有关冷凝热回收技术方面的研究。近年来电力供应紧张和电力需求不断增加的矛盾，使节能成为焦点问题，冷凝热回收技术引起了人们的广泛关注。冷凝热回收的分类及主要技术成果目前国内外关于冷凝热回收技术的成果及专利已有不少，已获得的专利成果有60余项，其中发明专利17项，实用新型44项，主要集中在两大方面：一方面是单冷机组的冷凝热回收技术，其中发明专利7项，实用新型19项；另一方面是关于热泵装置的冷凝热回收技术，又分为两类，一类是能实现空-水冷灵活转换的复合冷凝热回收技术，其中发明专利1项，实用新型6项，另一类是涉及专有的换热技术或装置的冷凝热回收技术，其中发明专利8项，实用新型13项。除上述两个方面，另外还有利用相变材料回收冷凝热以及其他有关新型热回收冷凝器和研究冷凝热回收技术的新方法，包括发明专利4项，实用新型6项。2.1单冷机组冷凝热回收技术单冷机组的冷凝热回收根据冷凝热回收的形式主要分为直接式（图1，3，4）和间接式（图2）。直接式是指制冷剂从压缩机出来后进入热回收器直接与自来水换热制备生活热水，包括单冷凝器型（图1）[11]和双冷凝器型（图3，4）[12]，前者存在着明显的不足，冬天制备生活热水时供热要停止，目前一般不采用；间接式是指利用常规空调的冷凝器侧排出的高温空气或37度的水来加热制备生活热水。间接式由于要增加的设备比较多，换热效率比较低，所以该技术不易推广。其中直接式可又分为循环式（如图3）和直流式(如图4)，直流式是指自来水一次性经过热回收器之后就可获得较高温度的生活热水以供用户使用。由于直流式的水流量小，往往不能满足用户需求，同时要求热回收器的具很高的换热效率，且成本高，故目前多不采用此项技术。循环式是指自来水经过热回收器之后进入蓄热水箱，然后通过热水泵循环经过热回收器进行热交换后来获得较高的生活热水温度，最后由蓄热水箱提供生活热水到用户。循环式对热回收器的要求比直流式低，可根据用户需求提供生活热水，易于控制且可靠性强。图1直接式单冷凝器型空调冷图2间接式空调冷凝热热回收系统原理图凝热热回收系统原理图图3循环式空调冷凝热热回收系统原理图图4直流式空调冷凝热热回收系统原理图目前对单冷机组的冷凝热回收一般采用直接循环式（图3），国内对此项技术的研究较多，国外也在90年代中期开始应用，典型的技术成果有：一种电脑自动控制利用余热制热水节能设备[13]、离心式节能制冷装置[14]、容积式节能热水机组[15]、螺杆式冷水机组制热水节能设备[16]，带热回收式水冷冷水机组[17]等。此类技术成果在热回收工艺上基本是一致的，主要差别仍在换热回收即传热装置上。热泵机组冷凝热回收技术热泵机组的冷凝热回收原理同单冷机组基本一致，目前也多采用直接循环回收冷凝热的方式（图3），与单冷机组不同是，热泵机组增加了四通换向阀，这就要求在加热回收器时考虑四通阀的正常工作，保障机组的稳定运行。现有热泵机组的冷凝热回收技术大致可分为两类，一类是在压缩机与四通阀之间增加热回收器通过增加多个控制阀的方式实现热回收或直接在四通阀与冷凝器之间加热回收器的方式来实现部分热回收。其典型技术成果有：多功能风冷冷热水机组[18]，空气热能热泵式热水炉[19]，一种四季节能冷暖空调热水三用机[20]（如图5）、一种多功能冷暖空调热水机[21]等。图5四季节能冷暖空调热水三用机原理图以上成果都能实现冷凝热回收，但在冷热工况转换时影响换向阀的正常工作（只有在回收热量较少时才不致于影响换向阀）；或者存在着制冷流程改造复杂，元器件更换频繁，不利于生产和加工等缺点；这样易出现机组运行不稳定，冷凝力度不够或产生过冷现象，导致制冷循环偏离正常工况较多，影响空调效果，且大都回收冷凝余热量较少等。另一类是在四通阀与压缩机之间增加热回收器，采用基于流体旁路气动控制的复合冷凝技术。此项技术国外目前无相关专利，我国在该领域取得了重大突破性的成果，典型的技术成果有：热水热泵空调装置[22]，一种联动屏蔽复合冷凝热水热泵空调装置[23]等，此类技术的特点是增加的旁路控制管一端与压缩机出口直接联通,另一端与四通阀气动控制管入口或其高压侧入口联通，空冷和水冷能进行灵活转换，既可实现部分热回收也可实现全热回收，且不影响四通阀的正常工作，只需增加少量控制阀，又能保障机组的稳定运行。征2.3选相变材料回收典空调冷凝热杰利用乖相变材料回收激空调冷凝热典（如图卸6柳）后指兔用蓄热器代替塌双冷凝器热回泪收技术中歼压缩机出口的谁冷凝器观，将并须与常规风冷冷余凝捕器乏(鸭或冷却阁塔绞)捎采用串联连接评，惑利用蓄热材料梦的相变过程将杜冷凝热回收并织制取热水塘[24]锻。送典型的技术成兄果有：带相变动蓄热水箱的热润泵热水器俱[25]构，岛一种用于回收拴空调冷凝热的荣复合相变蓄热穗器典[26]罚等启。饲目前利用的相尝变材料回收冷磁凝热的形式在称国外已广泛采掉用，我国也取险得了很大的进强展，但对于如沟何能利用高效饲、低成本的相副变蓄热器来实悲现冷凝热回收黄仍有待进一步乎的探究。柜图淹6器相变材料回收萌空调冷凝热系派统原理图肯2.4鹅新型渴热回收点冷凝杏器管和研究冷凝热铺回收的新方法湖随着余对冷凝热回收练技术研究的盯不断深入照，其研究亿成果挂不仅体现在热打回收形式上，吗还有一些新型蛛热回收冷凝器晕和研究冷凝热处回收凭技术透的新方法耐，亩为冷凝热回收座技术的屋进一步研究涉及应馋用提供了条件件。祖其典型边技术况成果有：慢一种可热回收耽的管式冷凝器竹[27谎]雷，秧一种热回收式剧冷凝器装置中[28昨]三，令带冷凝热回收恢的辟蒸气侵压缩式制冷循务环多功能教学掩实验台乐[29树]熄，拐一种基于火产品姿成本冷热源优僻化设计软件宵[30辨]色等。贫3叙采用冷凝热回报收技术与常规驱冷热源方式的望比较成（见蛙表攀1村）翁表碑1费单位热量的冷友热水能源消费龟量及费尿用兔(巡发配电效率惹为恶35%)花冷热源床方式浇驱动能源邻C虚op躺/乖效率（季节平恢均值）阳一次能源消费鞭量瘦（先kw/k夕w反）到热值掏单位毯能源怪单座价辟(灌元辟)酷每青kw亭h悲热量的燃料消铃费量虚费秀用情(萍元充)分冷水逐空气源热泵序（栋风冷现冷水万机组皂）粱电吴3.1翼922弄1kwh身/看度旷0.6驾0.32疑0.19袖地源热泵偷(异土壤源志冷水捐机组以)匆电览4.7倡608方1kwh井/断度父0.6姿0.21壶0.13脱水源热泵舅(荡水冷冷水逮机组诉)许电止5.4苍529寸1kwh沾/般度变0.6承0.19坦0.11桥冷奇热水叛复合冷凝风冷刑热泵扣（辫带热回收风冷鼠冷水机组狂）避冷热水同时允利用斧电全6.7洲426伸1kwh符/救度恼0.6摊0.15船0.09胖带热回收水冷访冷水机组怕（水源热泵）剖翠敬椅诚者钱针均孤欣错斯策业咸叶狐恐角叉翼股陪杜缴鸣温勉袭到械嫩浅舟化丑祖夫眯订顷到贷搞瞒榴肚击享红刷粥掀附智擦慌拨项木窄晕栽蜡极湿萌由尘摇判答录踏势遗侍狮结隶肺复司希免僚斯令听关聚粪溉场及剧吃雷图怨枪浪骄很削梅裁柏放引会惧乒饭岂陶狂笛暂晒奋厅率堂冷热水同时全忠部祸利用滔电肉9.清7龙294材1kwh简/须度嘉0.6衔0.1腐0讯0.0闭6择带热回收水冷忠冷水机组逢利用芝全部冷水和部棵分热水耍电膛5.4~9.紧7脑294具~529锻1kwh现/双度品0.6芹0.10秃~0.19蚕0.06气~0.11数带热回收水冷荐冷水机组动利用轮全部热水和部挤分冷水洪电抹4.3~承9.7粥294挽~挽664休1kwh裕/誉度导0.6蒙0.10~0规.23脾0.06~0算.14寻热水惠燃煤锅炉拢煤决0.6膨1667邻7000kc沟al/kg堵0.5愤0.20岁0.10扎燃油锅炉胸柴油丈0.8睡1250角10300k知cal/kg泛4.74朗0.10远0凡.47岗燃气锅炉晨燃气责0.85腰1176刑9000kc开al/Nm3茧3.0雄0.11群0.33扛电锅炉铃电倍0.95茂3007棒1kwh粥/沫度厌0.6笨1.05点0.63魂空气源热泵机允组摄电栗3.2舟893窗1kwh撤/眉度屯0.6昨0.31碧0简.19涂地源热泵机组骗电敏4.0盐714姐1kwh省/怎度优0.6墓0.25慌0.15第水源热泵机组联（带热回收水品冷冷水机组）突电沫4.3灵664样1kwh五/晌度毕0.6捐0.23迅0.14库复合冷凝灭风冷述热泵吸（孕带热回收风冷券冷水典机组槽）询电环3.6叉794援1kwh影/坏度秘0.6滑0.28味0.17典型应用缎利用冷凝热回嫂收技术不仅可票以有效的节约眯能源，变废为曲宝，减少城市表热污染，而且帽还可以带来巨砍大的经济效益睬，绍现以某宾馆集的中式空调系统拿改造后回收冷品凝热为例石。爪此宾馆有洗300旁个床位，人均呼每日用水量鹊200L飘/扑（许人奶·盾d矿）趋，卫生热水温洞度为丸6厉0千℃怠，经计算可得埋每日总用水量蹲6×计10乒4馆L相/d齿。设定夏季水命温平均温度为补1滥8摔℃迅，经计算可得败每天制备卫生隶热水所需的总旁热量为徐1058币×银104kJ/把d披。取电锅炉的健热效率为俊η那＝卖9攀0萝％把，电价为匀1.00青元晨/筹（绝kW局·设h绩）竖，经计算可得振，电锅炉每日糟耗电量为随3265隐（薯kW澡·呼h吓）注/d州，电费为帽3265象元京/d电。空调制冷工豆况运行时间为慈135d浆，经计算可得纱，制冷工况下惕使用电锅炉制苹备卫生热水的砍年运行费用为舱44.1吓×钢104抄/a者。岩宾馆总建筑面润积约为反1.5顶×径104m舟2帆，采用的建筑水冷源为水冷式野冷水机组，由况电热水锅炉供缺应热水。夏季蓬，空调系统全座天运行，制冷佳压缩机的平均渴制冷系数为悄3.0遵，单位面积冷邪负荷指标为庄80w/m垮2使。经计算可得绢，总设计冷负典荷为膀1200kW稠，最大冷凝热掩排放量为咐1600kW璃。经调查空调逃系统在制冷工岛况时建筑物平余均冷负荷约为图设计冷负荷的倚1/2钳，则平均冷凝虎热排放量约为设800kW赔，每日总冷凝依热排放量约抱6900糖×舟104kJ/越d婚。由以上分析顾计算可知，利然用冷凝热回收迹装置可完全满臂足制备卫生热讯水的热量，每连年可节约运行燕费用源44.1泼×搏104湖元貌/a犁。鞋目前湖南省的隔长沙、株洲等才多家宾馆，已别采用冷凝热回磁收技术对原有尿空调系统进行勤改造。最大的狮改造工程为某辅宾馆制冷量为网1758.5抽kW示的离心压缩式敲冷水机组，此妇机组改造后于沃2001惰年投入运行，黎现已稳定运行提4辅年，产生巨大竭经济效益，每泡年可节约运行霜费用约烟40写×普104构元童/趣a播。开国内主要厂家挂、企业厕目前金国内拘关于社冷凝热回收技僚术研究开发及惯生产辜的果企业和厂家年有章100旁多温家扩。太主要在北京、刷上海、滨山东、猜江苏杨、全广东等地尼(坛表探2锻)蛇。壶表话2逆失国内主要厂家玻地区分布纷地区眼厂家数量架代表性厂家乘北京声23众同方人工环境固有限公司、滥北京中科柱能源高科技有柜限公司、渔北京绿水节能腰技术有限公司上、坚北京迪宝特暖烧通设备有限公同司般、北京格瑞那鄙换能技术有限东公司委等；佩上海拆15拦上海同菲达能辫源科技有限公脚司桃、也上海富田空调帮冷冻设备有限饮公司剧、趁上海国祥制冷掏工业有限公司恋、哥上海瀚艺冷冻须机械有限公司屠、行上海恒良制冷诚空调设备有限莫公司只等付；县山东养14糖山东烟台蓝德扇空调工业有限利公司、鄙山东绿特空调贷系统有限公司路、迎山东科灵空调孟设备有限公司怜、毛山东中大空调妹集团有限公司论等；糠江苏笋10牛南京天加空调牧设备有限公司拐、江苏雅境冷级暖设备有限公锋司、常州爱斯牙特空调设备有是限公司等蚀广东膝33脂广州恒星冷冻哗机械制造有限清公司、才广东省吉荣空宫调设备公司悟、满深圳市弗劳德跑能源科技有限厌公司属、佳东莞市高雅空负调制冷有限公暗司拣、纳珠海慧生能源秘技术发展有限枝公司冒等；们其他绳19球西安中亚科技骨发展有限公司跪、万杭州科灵斯壮棍空调有限公司磁、娃大连瑞德伟业神空调机电设备艇工程有限公司沃重庆嘉陵制冷萄空调设备有限闪公司参等6结束语羊空调冷凝热回涌收技术云是一项集节能肢、节费、环保陷等多项优点于猎一身的新型技话术析。尽管