空调系统制冷机组冷凝排热热回收利用研究

空调系统制冷机组冷凝排热热回收利用研究

传统空调制冷器组的主要功能是空气调节。制冷机组将大量冷气候直接排放到空气中，而不用于制冷机组。在空调条件下，制冷机组从环境中排放大量冷气候的热量。冷热的数量通常是冷容量的1.15.1倍。大量冷气候的热量直接排入空气，造成了巨大的能耗。这些热量的发散增加了室内的温度，导致了严重的环境破坏。如果将冷回收热回收利用，用于加热生活和生产工艺的冷热，不仅可以减少对环境的冷热污染，还可以将其转化为可靠的节能方法。近年来，对制冷空气回热回收率的研究越来越多。1间接式水热回收技术冷凝热利用方式主要可分为直接式和间接式.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.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°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,所以该技术应用范围不广.直接式又分为两类,一类是只利用压缩机出口蒸汽显热,蒸汽显热一般占全部冷凝热的15%左右,按照热水的需求量和显热量计算得出热回收器的传热面积,其它的冷凝热在冷凝器中被冷却水或空气带走;另一类是利用全部的冷凝热.前者只利用蒸汽显热,热回收器的压降比较小,使得冷凝器中压力比较稳定,对制冷工况影响比较小.我国近年来研究应用的冷凝热热回收形式主要有以下几种:1.1家用空调器冷回收龚七彩、常世钧等人在从实用的角度分析了冷凝热热回收并提出了双冷凝器热回收技术(如图1).双冷凝器热回收技术是在压缩机和冷凝器之间加一个热回收器(冷凝器)回收冷凝热,从热交换器流出的汽——液状或气态的制冷剂,由后面的冷凝器吸收其余热量.该技术可以根据要求直接回收制冷机组的制冷剂蒸汽显热,或是显热加部分潜热来一次性加热或循环加热到水的指定温度.该形式主要应用于中央空调冷水机组.家用空调器在我国应用广泛,而且数量多,是热回收的重要方向之一.林宏对家用空调冷凝热的回收利用进行了探讨.之后,江辉民等提出了家用空调器常用的热回收技术(图2).该技术是将空调器中压缩机排出的高温高压的制冷剂蒸汽注入到热水换热设备中进行热交换,加热生活热水.若换热器的换热能力能够独立承担所有的冷凝热量,则无需使用风冷冷凝器,反之就要同时使用风冷和水冷冷凝器来承担所有的冷凝负荷.然而,双冷凝器热回收技术在应用中还存在一系列的问题.首先,热回收器须选用专用的高性能换热器.由于氟利昂具有强渗透性,而且安装在冷凝器前,该位置氟利昂处于高压(1.44Mpa)和高温过热(约75℃)状态,更易产生渗漏.因此,对换热器的材质和制造工艺都有特殊要求,如有不慎,不但达不到节能效果,反而会损坏制冷机组;其次,换热器除了保证有与所改造机头的功率相适应的换热面积外,还必须有较低的阻力,以至于不会影响制冷机原有工况,否则会降低出力;由于它利用的是制冷循环过程产生的热量,传热量远小于原热水系统,只能小流量连续制备热水,不可能象蒸气加热器或热水炉那样短时间内提供大量热水,因此,系统要配备足够容量的热水箱.1.2热泵回收热泵空调制冷中冷却水温度一般为30～38℃,属低品位热能,要想充分回收冷凝热可以利用热泵技术,由制冷机组与热泵机组联合运行构成一套热回收装置.余颖俊、王梦云就冷凝热的热泵回收技术及可行性进行了探讨,该装置把热泵的蒸发器并接到制冷机组冷却水回路上,比较适合在现有的空调冷却水系统改造,控制也比较容易实现.在这之后,尹应德,张泠等提出了典型的冷凝热热泵回收技术.当冷水机组和热泵同时工作时,可以通过控制冷却塔风机的启停来控制冷却水回水温度.通过电动三通阀控制冷却塔的冷却水流量和热泵蒸发器的流量比例,使热泵的蒸发器出水温度低于32℃,以保证冷水机组的正常运行.该种方式是在原系统并联一套热泵机组,把冷凝热作为热泵热源来制备热水.热泵回收冷凝热技术比较适合在现有的的空调系统改造中应用,但是投资较大,运行费用高.由于控制复杂,应用时容易出现问题,热水温度往往达不到设计温度,影响利用效果.1.3相变材料回收空调网络安全热刘红娟,顾兆林提出了利用相变材料回收空调冷凝热热回收形式.该技术利用蓄热器代替了双冷凝器热回收技术中的压缩机出口的冷凝器,并与常规风冷冷凝器(或冷却塔)采用串联连接,利用常规风冷冷凝器(或冷却塔)排除热回收系统不能储存的剩余热量.热回收用蓄热器中相变材料的温度是随冷凝温度的变化而变化的.开始时,常规风冷冷凝器(或冷却塔回路)关闭,利用过热段的制冷剂显热和冷凝潜热对蓄热器中的相变材料进行加热,此时冷凝压力随蓄热器中相变材料温度的升高而升高.当系统冷凝压力达到限定值时,开启风冷冷凝器以释放多余的制冷剂冷凝潜热,降低系统的冷凝压力.此时蓄热器仍能利用蓄热器管内流过的气态制冷剂过热段的显热放热加热相变材料,进一步提高相变材料的温度.当相变材料温度达到某一设定值后,系统恢复原冷凝器(冷却塔)冷凝运行模式.目前相变材料回收空调冷凝热应用中还存在着一些问题:首先,相变材料回收空调冷凝热技术中的蓄热器在国外已广泛应用,在我国也逐渐发展起来,但是对高效率、低成本的相变蓄热器的设计计算尚无统一的方法,因此,对蓄热器的设计也处于摸索阶段;其次,我国对蓄热材料的开发有待进一步加强.对蓄热物质的要求是:热容量大、蓄热能力强,化学稳定性好,熔点低,对人体、动植物无害、价格低廉;最后,应该尽可能使制冷装置在较低的冷凝温度下运行.在设计中选取的冷凝温度是定值,而实际运行中的冷凝温度是变化的.冷凝温度与环境温度有关,不仅随季节变化,而且每天昼夜也在不断变化.因此,在设计时应充分考虑各种不利因素,选择适当的冷凝温度,保证制冷装置在高效率下节能运行.2我国采暖热热回收系统应用研究的展望为实现“可持续发展”战略,我国制定一系列能源及环境政策.节能和环保已成为当前空调领域中最重要的研究课题之一.目前,我国暖通学者已逐渐认识到了余热回收系统应用的重要性,一些开发商也对此项目产生了一定的兴趣,现在在北京、广州、上海、东北等地的一些宾馆和人工冰场与游泳池联合工作的地方都有应用,并且节能效果很好.为使空调冷凝热热回收技术得到更广泛地推广与应用,需要找出应用中存在的问题,明确研究方向.2.1主要设备选型时间差时存在的一些基(1)我国对于冷凝排热热回收系统的研究现在仅限于理论的分析,且处于初步探讨阶段,缺乏实际的、深入的系统研究.从国内的研究状况来看,还存在着一系列的问题.在直接加热自来水的回收系统中不仅存在空调系统运行时段与热水使用时段的时间差问题,而且还存在生活热水的用量与冷凝热量之间不匹配的问题.(2)冷凝排热热回收取决于主要设备的工作情况,有时可能得不到预期的效果.就冷凝热热回收来讲,其效果取决于空调系统的运行工况,其目的也只是从节能和环保的角度考虑回收余热,而不能本末倒置为了获取热量去随意改变空调的工况.(3)我国在热回收设备的开发中,还缺乏对于整个设备部件进行优化匹配设计,进行计算机模拟方面的研究.2.2优化系统设计(1)我们在今后工作中要解决目前国内研究存在蓄热水池较大的问题,蓄热装置在系统运行中的动态模拟以及系统形式等问题.设置储热装置对于直接加热自来水的热回收系统是十分必要,它可存储