空调热回收

空调热回收（精选9篇）

空调热回收 篇1

1 空调热回收系统及热回收节能概述

我国经济的持续快速发展使得人们的生活水平不断提升, 人居环境中空调和通风的能耗也越来越多, 在节约能源方面, 一方面需要将空调设备的使用效率提高, 另一方面要对空调废热和余热具有的回收潜力进行充分的发掘然后适当利用, 这是很关键的节能方法。空调系统进行能量消耗时的特点之一是排热和需热两种处理过程同时存在, 冬季时候高湿高温的排风可以对新风进行加热加湿, 夏季时候低湿低温的排风可以对新风进行干燥和冷却, 通过对这种特点的合理利用, 空调系统能够通过热回收而达到能源的充分有效利用。

空调热回收系统可以让排风与新风进行热量和冷量的互相交换, 排风所具有的热量或冷量可以尽可能传递给新风, 这样可以使得新风的供冷量或加热量有效的减少, 从而实现废气利用。空调热回收装置大致可以分为显热回收装置和全热回收装置两种。显热回收装置通过板式换热器、热管式换热器、板翅式显热换热器以及中间热媒式换热器的使用来进行热回收, 其中板式换热器结构比较简单, 运行可靠安全并且不具备传动设备, 适用于新风管道和排风管道相距比较近的情况, 板翅式换热器比较适合汽修类的换热, 通过传热面积的增加来使得传热系数增大, 相比板式换热器具有比较高的传热效率, 热管式换热器通过管内工质的变换来进行热回收, 换热效果能大幅度提高, 而中间热媒式换热器的温差损耗较大, 从而换热效率比较落后;全热回收装置适用于新风具有较高的湿度的情况, 通过静止型板翅式全热交换器和转轮全热交换器来进行工作, 前者结构比较简单, 交叉污染少, 运行安全可靠而且使用时间长, 而后者具有较高的热回收效率, 但是因为有传动设置因而具有较大的动力能耗。

2 空调热回收影响因素分析

2.1 回风量和风管漏风对空调热回收的影响

在利用空调热回收系统进行热回收节能的过程中, 回风量和风管漏风是影响空调热回收的主要因素之一。一般情况下空调系统因为节能的原因采用的形式为一次会风形式, 而系统中进行回风的循环利用能够大幅度减小制冷机组的能量消耗。空调系统一般具备回风和热回收的同时循环利用, 对于回风的循环利用热回收不会形成影响, 但是回风量对于空调系统热回收有着直接的影响。

另外, 空调系统中风管漏风现象普遍存在, 一般漏风量占了空调系统风量的百分之三到五, 一方面风管漏风直接影响着空调的能量消耗, 例如夏季空调在工作过程中, 如果供风管里面压力为正而风管漏风的话, 将会使已经被处理过的冷风渗透出去, 这些冷风不会通过热回收装置和空调房间而导致其所具有的冷量被白白浪费掉。如果供风管里面压力为负值而风管漏风的话, 风管中会有一部分的热风直接进去, 导致冷水机组的负荷不断增加;另一方面风管漏风会使得风机的能量消耗增加, 在空调系统存在风管漏风现象时, 系统为了将风量维持在一定水平, 风机所转动的频率将会不断增加, 从而导致风机的功率加大, 风机能量消耗相应的增加。而风管漏风使得风机做增加的这部分的能量消耗并不会通过空调的热回收装置, 因而在使得空调系统能量消耗大幅度增加的同时, 使得空调热回收系统对系统能量的回收比例相应减小, 从而对于空调的热回收造成一定程度的影响。

2.2 建筑物的密封性对空调热回收的影响

在进行空调热回收系统节能的过程中, 影响空调热回收的另一个重要因素则是建筑物维护结构的密封程度, 它对于空调系统的能量消耗具有一定程度的影响。倘若建筑物维护结构所具有的密封性能不够好的话, 在建筑物室外和室内的作用压力不同的情况下, 室内的风会渗透出去或者室内的风会渗透进来, 而所渗透出去的那部分风的能量相当于白白浪费, 它们是不会通过风管再次回到空调系统中的, 而渗透进室内的那部分风会使得空调系统的能量损耗相应增加。在建筑物全部的热量损耗中, 建筑物维护结构传递热量时候的热损耗高达百分之五十到六十, 因此对建筑物的维护结构采取保温隔热等措施, 并将建筑物门窗的密封性进行提高是进行空调热回收节能的重要举措。建筑物维护结构中的重要组成部分是窗户, 在中国一般的住宅中窗户的渗透率是比较高的, 因为窗户的旁边有很多的缝隙存在。通过相关研究发现, 将建筑物维护结构的密封性进行提高能够有效的实现热负荷的降低。因此首先要对建筑物维护结构如窗户的密封性进行大幅度提高, 其次要对室外窗户的面积进行合理的控制, 在通风、采光条件满足的情况下, 尽量的将窗户的面积减小。通常我国建筑外窗的密封性较差, 使得大量的冷空气直接渗透进来, 导致能源的大幅度浪费, 所以应该对建筑物外窗的冷空气渗透进行严格的控制。因为建筑物维护结构的密封性不好而渗透掉的那部分能量会直接浪费掉的, 从而会直接加大空调系统的能量损耗, 而且不能通过空调热回收系统进行回收, 因此加强建筑物的密封性是提高空调使用效率的重要方法。

2.3 空调热回收装置自身的影响

对于空调热回收产生影响的另一个因素是热回收装置自身, 即热回收装置的选择, 在进行节能考虑的前提下, 应该尽量采用回收效率较高的空调热回收装置, 因此需要考虑迎面风速和旋转速度对热回收装置效率的影响。迎面风速的变化对于空调系统的热回收效率具有重要的影响, 如图1冬季工况下迎面风速的变化与空调热回收效率的关系曲线。通过图中曲线可以看出, 当迎面风速由0.5米/秒增加到3米/秒时, 空调热回收效率减小了大约百分之四十, 即当迎面风速增加的时候, 风速也会加大, 相应的空气阻力也会不断增加, 从而使得空调风机的能量消耗增加, 降低了空调热回收效率。而转轮旋转速度的变化也与空调热回收的效率关系密切, 如下图2冬季工况时候转轮旋转速度的变化与空调热回收率的关系曲线所示:

由上图关系曲线可以看出, 当转轮的厚度为0.05米时, 在转速小于15时, 全热回收和显热回收的回收效率随着转速的不断增加而形成较快的增长, 而在转速大于15时, 全热回收和显热回收的回收效率随着转速的增加趋势比较缓慢, 而且全热回收和显热回收的热回收效率呈现出了基本相同的变化趋势。

3 结语

随着目前全世界范围内的能源形势的不断紧张, 进行空调系统热回收的开发和研究以及空调热回收技术的应用研究是非常的有必要的, 其本质是废气的利用, 这是进行建筑物节能的重要手段和有效措施, 对于我国能源供应压力的减小以及能源的充分利用和节约具有重要意义。本文首先对于空调热回收系统以及空调系统的热回收节能做了详细的阐述, 在此基础上, 着重讨论了空调热回收系统节能中热回收效率的影响因素, 主要包括空调回风量和风管漏风对热回收效率的影响、建筑物维护结构的密封性对热回收效率的影响以及空调热回收装置本身对空调热回收的影响三个方面, 通过对这些因素的分析研究, 有助于在提高空调系统热回收效率的同时, 实现空调热回收系统的科学合理配置, 对于实际工程中空调热回收装置的选用、空调热回收效果的完善具有重要意义。

参考文献

[1]王月莺.双喷水室用于空调排风热回收可行性研究[D].成都:西南交通大学, 2002.

[2]王志勇, 刘泽华等.基于建筑环境的空调系统设计及节能分析[J].建筑热能通风空调, 2004, 23 (2) .

[3]张荣荣, 周亚素.空调系统中全热回收设备的节能分析[J].建筑热能通风空调, 2000, (4) .

空调热回收 篇2

浅谈某公司有机热载体炉的烟气余热回收

对广州某纺织公司有机热载体炉进行了节能监测,发现其热效率较低.本文针对这一问题,分析了其存在的原因,提出了增设空气预热器回收烟气余热的`方案.技术经济性分析表明:该项技改措施实施后,节能量可达2422吨标准煤,投资回收期为3个月,余热回收方案简单可行.

作 者：唐贤文  作者单位：广州市能源检测研究院 刊 名：科技信息 英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 年，卷(期)： “”(2) 分类号：X7 关键词：有机热载体炉   空气预热器   余热回收  

空调冷凝水分析及回收方法研究 篇3

关键词 中央空调；冷凝水；回收利用

中图分类号 F24F 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)112-0145-01

空调运行时产生的空调冷凝水作为废物排到下水道是空调工程一直以来的传统作法。这种做法不仅浪费了大量的水资源和冷凝水所含的能量，而且有时还会造成环境污染和生活的不便。在能源和资源日益紧张的今天，这种把空调冷凝水直接排放的做法显然是不科学的。因此，研究和分析冷凝水回收也越来越受到人们的重视。

1 冷凝水产生原因

通过空调原理可知，如果温度低于空气的露点温度其中的水蒸气就会冷凝变成冷凝水析出，而所有正常工作的空调表冷器表面温度都低于空气的露点温度，当空气流经表冷器或风机盘管时，由于其表面温度低于空气的露点温度，空气中的水蒸气冷凝析出，类似蒸馏水。图1是空气处理过程的焓湿图，新风W与室内空气N混合，混合后的状态为C，进入空调蒸发器或风机盘管冷却到机器露点L，空气中的水蒸气冷凝为水，露点空气从送风口出来进入室内。只要空调运行，空调运行产生的冷凝水就会源源不断地流出来。

图1 空调运行时空气处理过程h - d图

2 冷凝水水量及水质研究

1）冷凝水水量计算。在一个恒温恒湿的封闭空间，冷凝水产生的来源主要由两部分组成，一部分为室外新风带来的冷凝水，另一部分为室内人员产生的余湿。第一部分可以通过新风量与处理前后含湿量变化的乘积得出；人员散湿量可以通过客流量和单位人员散湿量计算得出。可知，冷凝水总量即为以上两部分的和。

如果按广州地区气候，空调器每年至少运行180天，每天按6小时计，一年之内可以产生10033.2公斤的冷凝水，由此可见空调冷凝水的量是非常可观的。当然，从前面计算可知，空调器实际产生的冷凝水量与空调器循环的风量、室内参数、新风比、新风参数、机器露点、空调器的产冷量等因素有关。2）冷凝水分析。由空调冷凝水形成分析可知，空调冷凝水是由空气中的水蒸气冷凝而成，空气中除了干空气和水蒸气外，还含有灰尘、细菌、病毒等一些有害物质，空气中的水蒸气在冷凝时，有害物质也会被带到冷凝水中。空气污染的程度越大，冷凝水中的有害物质的含量也越多。

同时，空调冷凝水温度比较低，不管是制冷剂系统还是水系统，室内机组换热管表面温度通常在7-12℃，因此，空调冷凝水温度一般在10-15℃范围内，这样的水温完全可以作为冷源直接利用其中的冷量。

3 冷凝水回收方法研究

不论从冷凝水量还是冷凝水中所含冷量来说，空调冷凝水的利用是相当可观的。我们可以从两个方面加以讨论：即利用空调冷凝水作水资源或利用空调冷凝水的冷量。

3.1 利用空调冷凝水作水资源

我们知道，空调运行时产生的冷凝水量是可观的，特别是对于大型中央空调来说，其产生的冷凝水是很多的，而且收集点集中。目前利用空调冷凝水作水资源的技术可以从以下几个方面进行考虑。如做冷却水塔补充水；作卫生用水；作绿化灌溉用水或作饮用水等。

针对不同的使用方法，其处理方法也不同。如果将冷凝水直接作为饮用水使用，需采用特殊的净化工艺除去空调冷凝水中所含的杂质。冷凝水砂滤，过滤棒过滤，活性碳吸附，膜滤，等过程处理，生成饮用水。如果作为冷却塔补水，则需要在水中添加化学阻垢剂，同时补充新鲜水和排放部分含盐量高的冷却水，用无盐的空调冷凝水作冷却水塔的补充水会减少积垢。在火车站候车室、机场等人流量很多的公共场所，中央空调产生的冷凝水量比较多，同时，卫生间需要的卫生用水量也比较多，而且卫生间用水对水质没有什么要求，只要透明没有异味就可以了。因此，空调冷凝水作为卫生用水无疑也是一种好的利用方法。在绿化方面，为保证草皮、花卉等的正常生长，每年都要消耗大量的宝贵的自来水来浇灌，另外按国家有关规定，一般新建区绿地率不应低于30%，旧区改造绿地率不应低于25%。根据计算一个占地1500m2的8层办公楼产生冷凝水约7t/d，绿化用水量按1.5～2L/（m2d）计，可以服务3500m2的绿化面积，远远大于绿化需求。为此只需要安装个水箱，将冷凝水储存即可。

3.2 利用空调冷凝水的冷量

空调冷凝水温度较低，通常在12℃，如果再加上冷凝水的蒸发潜热，那么冷凝水的冷量是比较大的，利用空调冷凝水的冷量主要有以下三个方面:

1）将冷凝水送入制冷循环中，在冷却塔之前设置一个空调冷凝水收集设备，将需要的冷却的水提前通过该收集设备，作为辅助冷却的冷源，降低了冷却塔的冷却任务，减少了自来水的利用量。2）直接作为工业冷却水使用。在大型集中空调系统中，如果冷凝水水量很大，可直接收集用来冷却小型的工业设备，省去了冷却塔的设置，降低了初投资，提高了经济效益。3）空调冷凝水冷却风冷型冷凝器。风冷型空调器的制冷效果与散热器散热效果有直接关系，散热效果好空调器的制冷效果就好，而风冷型冷凝器的散热效果与环境温度有关，环境温度越高散热效果也就差。因此只要提高冷凝器的散热效果就可以提高空调器的制冷效果。

当然还可以提高空调器的能效比，把空调器蒸发器产生的冷凝水收集然后再喷淋到冷凝器的表面上。这样，低温的冷凝水和空调冷凝水蒸发可以增加空调冷凝器的散热效果。

4 结论

大型空调系统的使用越来越多必然导致越来越多的冷凝水产生。冷凝水不是废水，白白排掉会浪费大量的水量及冷量，因此，空调冷凝水回收利用已成为一门专门的技术，同时也是符合我国能源现状的一个合理方法。

合理的利用空调冷凝水，不论从环保方面来说，还是经济方面来说，都是完全可行的，会产生良好的经济效益，社会效益和能源环境效益。都是符合我国节能减排及可持续发展政策，应大力推广。

参考文献

[1]薛定华,等.空调调节[M].北京:清华大学出版社,1993.

[2]于春红.空调冷凝水余热回收利用问题探讨[J].设计研究,2007,5.

[3]梁仁建.空调冷凝水回收利用技术应用与分析[J].广东轻工职业技术学院学报,2009,6.

[4]郑朝晓.冷凝水回收再利用[J].工程技术,2010,15.

空调排风热回收系统的应用研究 篇4

1 空调排风热回收系统的相关理论研究

为了维持室内外空气量的平衡, 在空调系统应用的过程中, 要不断保持排出室外的风量与送入室内的风量是相等的。但排风与新风之间存在一定能耗, 进入室内的风量越大, 则需要处理的空气量也就越大, 产生的新风负荷也就越大, 常规空调的排风都是不经处理的, 不经处理的排风, 造成了能量的白白浪费。使用空调排风热回收系统, 目的是将排风经交换器处理, 形成新风, 从而回收新风的风能, 最低程度的降低能耗, 提高资源的利用效率。分析排风热回收系统的工作原理, 热回收系统将空调房间排出来的部分空气经热回收装置与新风进行换热, 对新风进行预处理, 排出去经过换热的风将以废气的形式排出。当室内外温差较小时, 则不需要采用排风热回收装置。热回收系统的使用效率, 同不同种类的热交换器相关, 但具体的效率值需要经由有关研究部门进行规范计算得出, 并不能仅有理论的办法计算得出。

2 空调排风热回收系统的节能性分析

2.1 空调排风热回收系统的优越性

能源问题成为影响社会经济发展的主要问题之一, 建筑行业是一个高耗能的行业, 降低建筑行业的能耗, 提升空调系统的资源利用效率对经济发展意义重大。空调中的热量排放至大气中, 在带来空气污染的同时又造成了资源与能源的浪费, 对空调系统的排风进行热回收, 能创造众多优越性。热回收的处理, 有效地降低了空调的运行负荷, 从而减少空调的运行费用。从初投资的角度考虑, 热回收系统降低空调的最大负荷, 将空调系统的型号减少, 从而节省了最初的投资量。空调排风热回收系统具有其能源结构的分布式特征, 能量的产生可以当即产生、就地消耗。空调排风热回收系统不仅能节约能源, 而且能将室内的新风比加大, 提高室内的空气品质。应用空调排风热回收系统, 虽然在一定程度上造成设备的损耗与一定量的风扇的损耗, 但是热风的回收所节约的能源远超过设备的损耗, 回收空调排风中的热量, 对于创造一个良好的生活环境、提升能源的回收利用效率意义重大。

2.2 节能性分析

分析空调排风热回收系统的节能性, 需要综合考虑众多因素。室内外温度差是影响系统节能性的重要原因之一, 测定空调排风热回收系统的节能性, 需要准确的测定室内外温度差。如果能利用函数中的参数变化计算回收系统的节能性, 计算过程相对简单, 利用函数估算, 只需要得到某个时间段较为准确的参数值即可。虽然参数取值都取很多年的平均值, 但随着气候变化的趋势, 平均值也不尽然准确, 测定参数时, 需要对近几年的气温变化进行总结, 综合估计, 取得最佳参数值。空调的一般使用季节是冬季和夏季, 考虑到季节的变化, 需要设定几个参数, 对空调区域的温度与湿度进行预先设定。依据适当的参数, 采用合适恰当的空气处理方式, 就可以得到满足条件的湿度、温度等大小的值。在各种空调系统参数值已知的情况下, 只需要将性能参数带入, 就可计算出理论的节能量的大小。从宏观角度进行分析, 为了形象的表示节能的基本原理, 需要通过数学原理结合图表进行表示, 依据具体工程的实际状况, 对其进行量化分析, 将季节变化考虑其中, 进行全局性的节能分析。

2.3 空调排风热回收系统的应用

全热热回收装置与显热热回收装置的选择上, 要考虑不同装置的优缺点, 在夏季要采用全热型的回收装置, 全热型的回收装置夏季的节能效果更加突出, 而冬季采用全热型的热回收装置, 则降低空调加湿费用, 尤其当空气中的水分还算充足时, 不需要采用加湿系统, 这样可以节省加湿费用。但是在采用全热回收装置时还需要注意一些问题, 避免长时间的使用, 造成新风被排风污染, 因此, 在对空气质量要求较高的地区或室内空气湿度较大的地区不适用全热回收装置。对于回收系统装置的选择上, 要细致, 选择站在经济的角度考虑。从节能效益考虑, 对于一些采用市政热网的建筑来说, 其交费方式都是采用面积交费的方式, 因此, 采用热回收装置在这样的建筑物上无法直接体现节能带来的经济效果, 由此造成在这样的公共建筑物上, 用户很难产生改造节能装置的积极性, 只有不断完善热回收装置, 不断降低设备的安装使用成本, 用户才会提升节能积极性。在进行装置的设计时, 需要将排风窗口与新风入口有效隔开, 避免新风污染的产生, 同时注意室外外向的问题, 提升热回收装置使用效率的提升。对热回收装置进行控制与调节, 需要设置风机的调速装置, 保证空调机组得以串联运行, 在运行的同时, 减少通风的能耗, 严格按照运行的层数对风量的大小进行调节, 使得设备的运行较为灵活且方便。为此, 可设置时间控制程度, 对时间与装置运行的时间区域加以控制, 进行预通风处理。对新风旁通风管道的设置, 须严格按照国家相关条例的规定, 旁通道设置意义重大, 能有效减少回收阻力, 降低能耗, 提高设备的可利用效率, 提升效率需要风机配备变频装置实现, 为了降低投资的成本, 在进行设备的选用与装置的选择上, 需要经过认真的比较与考虑, 从经济的角度, 选择最为恰当合适的装置。

3 结语

由于能源对于人类的生产发展意义重大, 因此, 在人类现代社会中, 需要不断提升能源的利用效率, 将能耗降低至最低水平。从建筑行业来看, 提高空调系统的能源利用效率, 使用空调排风热回收系统是较好的选择, 系统需要不断得到优化与改善, 提高设备使用的经济性, 提升用户的环保与资源回收意识, 增强能源利用率, 创造更好的工作与生活的环境。

参考文献

[1]徐选才, 彭荣.夏季工况使用显热回收新风换气机中的几个问题[J].暖通空调, 2011, 35 (6)

[2]王志勇, 刘泽华, 王汉青等.基于建筑环境的空调系统设计及节能分析.建筑热能通风空调, 2012, 23 (2)

[3]倪小静, 周赵凤, 陈华江.变频技术空调的节能分析-热回收型多元VRV空调系统.浙江树人大学学报, 2012年5月, 4 (3)

空调热回收 篇5

近年来,我国星级酒店的总体规模呈现持续快速上涨的态势,据不完全统计,到2008年末,全国共有星级饭店14099家[1],未来几年内,预计每年年均增长20%[2]。建筑能耗一般占到酒店能耗的80%以上,是酒店经营的主要成本之一,直接影响到酒店的经营利润[3]。在这些中高档旅馆中,为了满足宾客对居住环境的舒适性和卫生性等方面的要求,都配备了空调设施,消耗大量的能源,排放大量的废热,既浪费能源,又污染环境。与此同时,酒店的厨房、洗衣房的洗涤和宾客的洗浴对生活热水的需求也很大,用于生活热水供应的一次能源也相当大,又进一步加深了能源消耗和环境污染。那么,是否可以利用空调系统中的废热来制备生活热水?在国外,有学者对大型空调系统的废热回收技术做了大量的研究,目前已经有较为成熟的废热回收冷水机组,将空调冷凝热用于生活热水供应。在国内,也有学者对高档旅馆、酒店等大型集中空调系统的废热回收用于生活热水供应进行了预测,通过分析空调制冷机冷凝热与生活热水耗量的匹配关系,并经过实际的工程论证,认为利用空调冷凝热来加热生活热水是可行的,具有很好的节能效果和经济价值[4,5],并有了一些工程应用实例,但总体应用水平较低,空调废热回收尚未充分,在过渡季节和冬季时还需要辅助热源加热生活热水。本文拟以福建莆田某酒店项目设计为引例,介绍空调冷凝热回收技术的工作原理,分析空调和热水系统全年逐时负荷,计算空调和热水供应系统的运行能耗,确定冷凝热回收机组和蓄热水箱的容量。通过深入分析空调负荷与热水负荷的耦合关系,本文开拓性地提出了一种完全摒弃传统辅助热源,充分利用制冷机组回收的废热提供生活热水的设计方法,并把这种突破性做法与传统的空调和热水供应系统(燃料锅炉热水机组加冷水机组系统)进行比较,探讨利用酒店的空调冷凝热回收技术制备生活热水,以寻求一个技术可行、低能耗和无污染的空调和热水供应系统方案。

1 工程实例

酒店项目地处福建省莆田市,总建筑面积80 988 m2,拥有450间客房。酒店为宾客提供一流的休闲度假服务,主要功能有客房、桑拿房、中西餐厅、咖啡厅、会议中心、水疗用房、KTV房和多功能房。空调计算冷负荷8 900 kW,生活热水小时设计负荷1 197 kW。酒店采用集中供冷系统,大小机组搭配。选用2台制冷量为3 500 kW(1000RT)的水冷离心式冷水机组和2台制冷量为1 274 kW(其中1台备用)的螺杆式热泵冷热水机组,冷水供回温度为7℃/12℃,冷却水供回温度为32℃/37℃。制冷机房设在A区首层,生活热水泵房及蓄热水箱设在A区地下室。

小机组采用冷凝热全热回收的热泵机组,机组运行工况见表1,系统工作原理见图1。该系统由2个子系统组成,一个是源于热泵冷凝器的热水系统,实时提供生活热水;另一个是制冷系统,源于热泵蒸发器冷水融入整个建筑的空调冷水系统中。2个子系统有共同的压缩机、汽液分离器和节流装置等部件。该系统有2个功能:(1)热泵供热水+冷水,热泵机组工作时,蒸发器向空调用户提供7℃/12℃的冷水,冷凝器则向生活热水用户提供55℃的热水;(2)单独供冷,当无生活热水负荷且空调负荷处于尖峰状态时,热泵机组以制冷工况状态工作,向空调用户供应7℃/12℃的冷水,冷凝热通过冷却塔排放。

2 负荷计算与分析

为了分析空调负荷和热水负荷的波动性,正确、合理地确定冷、热源的容量与台数配置,本文利用DOE-2空调负荷计算工具对项目的全年逐时空调冷负荷进行了模拟,统计归纳了全年空调冷负荷时间分布(见表2)。表中按分析所需将负荷率划分为12个区间,并分别统计了每个区间冷负荷所出现的时间和该区间内冷负荷的平均最大值,表中显示,全年最大平均冷负荷为8 900 kW,最小平均冷负荷为445 kW,可利用废热556 kW。

根据动态空调负荷和莆田地区气象参数,全年可划分为4种典型的工况,分别是最炎热的夏季空调计算日工况(工况1)、标准夏季工况(工况2)、过渡季节工况(工况3)和冬季工况(工况4)。热水供应日用热水量225 m3/d(55℃),日耗热量为10 465 kW。热水供应季节性负荷波动不大,为了简化,可将其忽略。热水供应负荷日逐时变化特性非常明显,本文参考文献[6,7]的有关成果拟合出的酒店的日热水供应逐时变化规律(图2),图中显示,19∶00～21∶00热水用量达到最大,小时高峰耗热量1 197 kW,夜间1∶00～4∶00用水量最小,小时耗热量只有14 kW。将四个典型工况的空调日逐时负荷分别和热水供应日逐时负荷拟合,得到图3。工况1的空调最大负荷8 900 kW,最小负荷1 780 kW,莆田地区处于该工况下的时间大约25天。工况2的空调最大负荷7120 kW,日平均最大负荷6 370 kW,最小负荷1 424 kW,莆田地区处于该工况下的时间可长达135天。工况3的空调最大负荷4 450 kW,最小负荷890 kW,持续时间大约180天。工况4的的日空调负荷总量12 282 kW,空调负荷明显减少,但工况4的空调最大负荷890 kW,最小负荷178 kW,最多可提供冷凝热1 113 kW,最小仍可提供冷凝热223 kW,日空调负荷总量超过10 465 kW,空调冷凝热总量为15 300 kW,日空调负荷在总量上仍略高于热水供应负荷,但几个热水用量高峰时段内,空调负荷不能满足用热需求,需要借助其他时段富余的热量补充,持续时间大约25天。由前面分析易知,即使在冬季,由于存在建筑内区、信息数据机房、变配电用房和洗衣房等需要供冷,利用了空调冷凝热的热水供应系统,不仅能满足夏季的生活热水需要,而且也能满足冬季的生活热水需要。

3 热泵机组和蓄热装置容量的计算

由第2节空调和热水供应负荷运行特性分析可知,存在一个最佳的设计容量值,既可以使机组满足生活热水供应的需求,又能在空调期内的绝大部分时间启动机组,最大限度地利用机组的冷凝热。首先,该值应能使日空调负荷总量不小于热水供应总量,以满足热水供应的需求。其次,保证空调系统在较低的部分负荷率的情况下,机组仍能以较高的效率运行。由于冬季期间,大约有25天的空调峰值负荷为890 kW,此时,大机组停止运行,靠冷凝热回收机组供冷,因此,机组总容量不能小于890 kW,否则就不能提供空调服务。分析图3中的四个不同工况可知,按工况4的日空调负荷和热水供应负荷总量为依据计算出冷凝热回收机组的冷凝热容量为1 274 kW,空调冷负荷容量为946 kW。根据热水供应理论有关文献[8]的计算,设计小时耗热量为1 197 kW,因此,可满足要求。

由图3可知,空调负荷与热水负荷具有明显的不同步性,空调负荷峰值通常出现在13∶00～15∶00时,生活热水负荷峰值出现在6∶00～7∶00时和19∶00～20∶00时,为了解决负荷不平衡问题,把高峰空调冷凝热储蓄起来,在生活水负荷高峰值期间释放出来,使冷凝热回收热泵系统安全高效地运行,本文将蓄热装置的概念引入到空调和热水供应系统设计中,平衡空调冷凝热负荷与热水供应负荷之间日逐时的波动特性,延长空调冷凝热的利用时间,从而达到最佳的综合节能效果。

在冬季(工况4),热水使用高峰时期,热回收机组制备热水量小于生活热水高峰用水量,需要从蓄热水箱补充才能满足用水量的需要。在热水使用低谷时段,空调冷凝热回收机组制备热水量大于消耗生活热水量,富余部分的热水进入蓄热水箱储存起来。因此,蓄热水箱容积设计合理与否,是应用空调冷凝热全热回收系统的关键所在。水箱容积与许多因素有关,如空调热回收机组的出力及运行方式、热水的使用方式和使用量等。在第2节中的分析表明,工况4的日空调负荷总量与热水供应负荷相近,总量上可满足用热需求,但在1∶00～5∶00、8∶00～18∶00时段,空调负荷大于热水用量,富余部分需要储存在蓄热水箱内;而其它时段,空调负荷小于热水用量,不足部分需要从蓄热水箱内补充。因此,蓄热水箱容积可用下式计算

$V{}_{\text{e}}\ge {\displaystyle \sum \frac{1.25q{}_{\text{k}}-q{}_{\text{r}\text{h}}}{c\rho (t{}_{\text{r}}-t{}_{\text{L}})}}\times {\rm T}\times 3.6$

式中 qk——空调逐时负荷,kW;

qrh——生活热水逐时负荷,kW;

Ve——蓄热水箱计算容积,m3;

T——持续时间,1 h;

ρ——水的密度,1 kg/L;

c——水的比热,4 187 J/(kg·℃);

tr——热水温度,℃;

tL——冷水温度,℃。

经计算,水箱计算容积为36 m3,考虑一定的裕量,取50 m3。

4 一次能耗分析

莆田地处亚热带地区,属于夏热冬暖区域,全年冬季时间不长,建筑内区、信息通信机房、变配电用房以及洗衣房等需要全年冷却降温,因此,空调制冷系统要全年运行。下面将采用冷凝热回收技术的热泵系统(以下简称方案一)与传统的冷水机组加燃气锅炉系统(以下简称方案二)进行能耗分析对比。为了使两个方案具备可比性,将热泵耗电量折算成一次能耗,电厂燃料和锅炉燃料按天然气考虑,电厂综合效率为50%,燃气锅炉效率为90%,天然气低热燃値36 000 kJ/Nm3。两种系统的主要设备配置见表3。

4.1 方案一的全年空调和生活热水运行能耗

热泵机组在工况1、2、3中每天工作8 h制取热水,工况4由于回收冷凝热较少,每天开启时数需增加到12 h以满足热水需求。为了方便表述空调系统和生活热水的运行策略,计算运行能耗,按照前面分析负荷的方法,把全年分为4种典型的运行工况,冷水机组和热泵机组的运行策略、能耗见表4。工况1一般出现在7、8月份,日消耗电能22 829.56 kW每年大约25日,全年空调和生活热水能耗570 739 kW。工况2一般出现在6、7、8、9月份,日消耗电能18 784 kW,每年大约135日,全年空调和生活热水能耗2 535 840 kW。工况3一般出现在3、4、5、9、10、11月份,日消耗电能12 567 kW,每年大约180日,全年空调和生活热水能耗2 262 060 kW。工况4一般出现在1、12月份,日消耗电能4 284 kW,每年大约25日,空调和生活热水能耗107 100 kW,年空调和生活热水能耗5 475 739 kW。按照发电效率50%考虑,一次能耗10 951 478 kW。

注:R大-水冷机组,R小-热泵机组制冷工况,R热-热泵机组热回收工况。

4.2 方案二的全年空调和生活热水运行能耗

4.2.1 全年空调能耗

全年空调冷水机组的运行策略、能耗见表5。工况1能耗528 375 kW,工况2,能耗2 311 902 kW,工况3能耗1 970 001 kW,由于此方案冬季可利用自然通风对通信机房、设备用房和内区等存在冷负荷的区域进行冷却,所以工况4的时间段内能耗为0。全年空调总能耗4 810 170 kW,按照发电效率50%考虑,一次能耗9 620 340 kW。

4.2.2 全年生活热水能耗

生活热水日用水量为225 m3,热水温度为55℃,冷水温度15℃,根据文献[1],可算出年耗热量3 819 725 kW,锅炉效率按90%考虑,一次能耗为4 244 139 kW。全年空调和生活热水能耗为13 864 479 kW。

4.3 小结

根据两种方案的运行费用计算结果列出表6。表中显示,在空调和生活热水的全年能耗中,方案一比方案二节省一次能耗2 913 001 kW,节能效果明显。

5 结语

南方夏热冬暖地区的大型高端酒店建筑全年既有冷负荷,又有热负荷,为回收空调系统的冷凝热,长期供应生活热水提供了条件。过去,由于未能有效解决空调冷凝热与热水供应负荷的不平衡性问题,限制了对空调冷凝热这一低位热源的回收利用,本文把集中空调系统的冷凝热回收机组、蓄热水箱引入到常规空调与热水供应系统中,通过分析制冷机冷凝热与生活热水耗量的匹配关系,平衡空调冷凝热负荷与热水供应负荷之间的波动,有效地解决了这一矛盾。计算表明,采用空调冷凝热回收机组的空调和热水供应系统(方案一)同常规系统的冷水机组加燃气热水锅炉系统(方案二)比较,每年可以节省一次能耗2 913 001 kW,避免了锅炉制备热水时产生的环境污染。对于在空调制冷季节时间较长的夏热冬暖地区的酒店,减少废热排放和环境污染,实现节能运行意义重大,顺应了低碳经济的全球化趋势[9]。

参考文献

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[2]中华商务网.2008年中国五星级酒店市场研究预测报告[EB/OL].[2008-03]http://www.chinaccm.com.

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[5]王伟,马最良.中高档宾馆节能型免费热水供应系统的探讨[J].节能技术,2002,20(1):8-10.

[6]周志仁,谭洪卫,王恩丞.酒店热水用水规律与热泵热回收系统设计[J].建筑节能,2009(1):27-30.

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[8]中国建筑设计研究院主编.建筑给排水设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[9]中国发展低碳经济途径研究课题组.中国发展低碳经济途径研究[C].中国环境与发展国际合作委员会2009年会论文集,2009.

[10]Air-to-air Energy Recovery[M].Chapter 42,1996ASHRAE Hand-book of HVAC Systems and Equipment.

空调热回收 篇6

随着《药品生产质量管理规范》(简称GMP)认证在制药行业中的强制推行,药品生产环境的洁净度要求越来越高,制冷空调机组在制药行业空调净化系统(HVAC)中得到广泛应用。众所周知,制冷空调机组的制冷循环由压缩过程、冷凝过程、膨胀过程、蒸发过程组成,利用有限的制冷剂在封闭的制冷系统中,反复将制冷剂压缩、冷凝、膨胀、蒸发,不断在蒸发器处吸热汽化,达到制冷的目的。制冷机组为用户提供制冷量的同时,也通过冷却塔向环境排放大量的冷凝热。通常冷凝热可达制冷量的1.15～1.3倍,这部分热量不但没有得到利用,而且需消耗水泵及风机功率,造成能源浪费,形成环境热污染,对药品生产环境尤其是无菌生产环境带来了潜在的污染风险。

目前,制药企业利用制冷机组提供制冷的同时,还利用各种燃料或电来加热锅炉、水电炉、蒸汽炉等制备热水,供生产人员及生产工艺使用。由于制药企业洁净环境操作人员较多,加上大量的工艺用热水需求,因此消耗大量的能源。

如果能对制药企业中的制冷空调系统排放的冷凝热进行回收,并用于提供生产人员及生产工艺用热水,不仅可以减少冷凝热排放对环境的热污染和降低药品生产环境受污染的风险,还可以减少能源消耗,达到节能减排的环保目的。

不少学者对冷凝热回收技术应用进行了相关研究,主要集中在理论分析研究和对高档旅馆、星级酒店等工程实例的研究,说明冷凝热回收的可行性和经济性高。鲜见对制药企业制冷空调机组的冷凝热回收进行研究的文献。本文对某药企制冷空调机组冷凝热回收技术进行研究和分析,探讨其可行性,为冷凝热回收技术在制药行业中的应用的可行性提供参考思路,并为其合理性提供一定的依据和借鉴。

2 冷凝热回收方案

2.1 冷凝热回收分类及原理

目前,冷凝热回收按回收利用方法可分为直接式和间接式。直接式是指在压缩机和冷凝器之间增加热回收换热器,直接利用从压缩机排出的高温、高压制冷剂热量,来加热生活和生产工艺用水。间接式是指将冷凝器侧排出的约37℃冷却水通过热回收器进行再加热来间接制取生产和生活热水。

按回收冷凝热的程度可分为部分热回收和全热回收。部分热回收是指冷凝热回收主要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,部分热回收可获得较高的热水温度,对系统冷凝压力影响小,制冷工况稳定,但热回收量小。全热回收是指利用全部冷凝热,包括显热和潜热,因此热回收量大,但获得的热水温度较低,制冷工况稳定性差。

2.2 冷凝热回收的利用价值

要使冷凝热回收具有利用价值,必须具备如下内部条件:一是排放量较大;二是排放量相对集中;三是较长时间内排放量相对稳定。同时,须具有以下3个外部条件:一是就近可以找得到此种低品位热能的大量外部使用场所;二是所需的热能品位应同冷凝热的品位相近;三是冷凝热产生时间及使用时间应保持一致。制药企业药品生产过程连续、稳定,生产过程通过HVAC系统获取冷源并产生冷凝热的同时,因生产工艺及生产人员需要消耗大量的热水,基本满足了上述内、外部条件,具有很好的冷凝热回收利用价值。本文对某药企车间的冷水机组冷凝热回收进行了可行性分析。

2.3 冷凝热回收技术方案

某药企车间使用2台制冷量分别为120 kW和100 kW的压缩式冷水机组。只要车间需要生产就必须运行冷水机组,因此除了车间停产,机组基本上是全年运行。为避免冷凝热回收对冷水机组正常运行的影响,综合考虑企业对回收热量的需求,提出以下冷凝热回收方案:在冷却水系统加回收换热器,回收37℃冷却水的热量,可以将其他水加热到35℃左右。如图1所示,从冷凝器2出来的冷却水一分为二,一部分通向冷却塔,冷却到32℃后,流回冷凝器;另一部分通向回收换热器8,换热降至32℃后回流冷凝器。蓄热水箱10中的自来水经循环加热到35℃后根据企业生产需要,可作为锅炉的进水水源,也可直接经蒸汽加热至所需要的温度后供生产工艺及人员使用,部分用途的热水降温后可循环使用,流回蓄热水箱。

注:1——压缩机;2——冷凝器;3——节流阀;4——蒸发器;5——冷却塔;6——冷却水泵;7——电磁阀;8——板式换热器;9、12——水泵;10——蓄热水箱;11——截止阀。

3 经济效益分析

车间使用2台标准工况制冷量分别为120 kW和100 kW的冷水机组,机组冷凝热取QK=Q0+N,其中Q0为制冷量,N为压缩机输入功率。冷凝热回收率按60%计。冷水机组性能参数见表1。

该药企使用的是水煤浆锅炉,实际使用的是三级水煤浆,理论热值为3 850 kcal/kg,单价是910元/t,锅炉热效率为65%。根据上述测算的回收热量,如果用锅炉蒸汽加热,需要耗费如下:

按照车间生产特点,机组运行时间为全年的3/4,即270 d,每天运行12 h。每年可节约51.4865元/h×12 h×270 d=16.68万元的费用。

回收冷凝热需要增加设备一次性投资和运行费用,参考市场价格,一次性投资需要29 800元(见表2)。运行费用主要是水泵的耗电费:0.750kW×2×12h×270d×0.85元/kW·h=4 131元/年。

由此可知,一次性投资后,第一年只要冷凝热回收率达到12.34%即可达到盈亏平衡,一次性投资就可收回成本。冷凝热回收率12.34%以上部分所节约的费用可转为企业的净效益。以后各年的经济效益更加明显。

4 结论及建议

综上分析,本文提出的冷凝热回收方案,不影响机组制冷循环系统的运行,可减少冷凝热排放对周边环境的热污染和降低对药品生产环境尤其是无菌药品生产环境的潜在污染风险,还可减少能源消耗,节约动力运行成本,经济和环保效益显著。药品生产企业在制定或修订空调净化系统的URS (用户需求)时,应同时将净化空调冷负荷、生产工艺及人员用热能需求情况一并纳入其中,供机组供应商及设计人员进行专业测算,制定适合企业自身需求的最佳冷凝热回收方案。建议已经使用冷水机组的企业,可考虑对原机组进行适当改造,以减少重复投资,获取最大效益,优先考虑对无菌生产车间或净化级别高的车间的冷水机组进行改造。对于需要增加冷水机组的企业,可考虑使用带有冷凝热回收功能的冷水机组,提高能源利用率。

摘要：文章对制药企业冷水机组冷凝热回收进行了分析,分析表明,制药企业生产过程中产生的冷凝热具有回收价值,环保效益和经济效益显著。企业应根据自身对冷量和热量的具体需求,采用适当的改造方案或考虑使用带有冷凝热回收功能的冷水机组,提高能源利用率。

关键词：冷凝热回收,制药企业,节能,经济效益

参考文献

[1]郑大宇,刘卫民,韩祥民.对现有大型制冷系统的冷凝热回收的研究[J].哈尔滨商业大学学报(自然科学版),2010,26(5).

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[6]徐柳娟.新型空调冷凝热回收方法和装置[J].能源与环境,2011(6).

空调系统热回收器的火用分析 篇7

我国建筑能耗约占总能耗的1/4,而建筑能耗的大部分是建筑内部的暖通空调系统消耗[1]。所以,暖通空调系统的节能越来越被人们所重视。

暖通空调系统的节能方法中,热回收器的使用越来越广泛。热回收器是使室内排风和室外新风进行充分的热湿交换,从而回收排风中的热量(冷量)的一种装置[2]。但是,对于热回收器的节能效果一般是通过经济性进行评价的。为了更好地验证这种方式是否节能,本文运用热力学第二定律火用分析的方法,不仅从量上而且从质上对这种用能方式进行了分析,从而能够更合理地验证这种热回收装置是否合理。

1 热回收器系统的热力学分析

1.1 热回收器模型的建立

为了便于分析与比较,依据热力学分析方法,建立一个概括性的热回收器热力学系统模型[3],如图1所示。图1中,Ew,in为室外进入热回收器的空气的火用值,kW;Ew,out为通过热回收器后进入房间的空气的火用值,kW;En,in为室内进入热回收器的空气的火用值,kW;En,out为通过热回收器后排到室外的空气的火用值,kW;Ex,e为维持热回收器工作输入的电火用值,kW;ΔEx,L为热回收器的内部火用损失,kW。

1.2 热回收器系统的火用分析

为了合理用能,就需要采用一个既能反映数量又能反映各种能量之间质的差异的同一尺度。“火用”正是这样一个可以科学评价能量价值的热力学物理量。因此,对照热回收器热力学系统图,建立火用平衡方程式:

Ex,e+Ew,in+En,in=Ew,out+En,out+ΔEx,L (1)

根据热力学第二定律,环境所具有的能量(内热能)全由火无组成,即环境的火用为零,因此:

Ew,in=0 (2)

室内排气经过热回收器后直接排入大气,并没有加以利用,所以En,out不能算作收益火用,因此热回收器系统的收益火用为En,out。又因为室内的排气在系统未使用热回收器的情况下,同样需要排到室外,所以En,in也不能算作耗费火用,因此热回收器系统的耗费火用为Ex,e,因为对于电能全部为火用,所以Ex,e即为热回收器消耗的电能。

在空气调节过程中,常伴随着水蒸气含量的变化,即与外界环境进行质交换,因此在计算湿空气有用能时要用到非限制性环境状态,空调过程湿空气可看成是由干空气与水蒸气所组成的理想混合气体,单位质量湿空气的火用可用式(3)进行计算[4]:

undefined

式中:P0—大气压力,Pa;

T0—环境温度,K;

d0—室外空气的含湿量,kg/kg干空气;

Ra—干空气的气体常数,kJ/(kg·K);

Rv—水蒸气的气体常数,kJ/(kg·K);

cp,a—干空气的定压比热,kJ/(kg·K);

cp,v—水蒸气的定压比热,kJ/(kg·K);

P,T,d—分别为所求状态点的压力,温度和含湿量。

式(3)中的第一项代表湿空气中的热能火用,即由于温差而具有的火用;第二项代表机械火用,即由于系统压力与环境压力不平衡而具有的火用;第三项代表湿空气的化学火用,即由于系统湿空气含湿量与环境状态下湿空气含湿量不相等时而具有的火用。

2 计算举例与分析

为了对热回收器进行评价,本文选取了几个具有代表性厂家的热回收器进行计算和分析。

2.1 计算依据和结果

本分析实例夏季室外温度T0=308K,含湿量d0=21g/(kg干空气),经热回收器处理后的温度T=300K,d=14g/(kg干空气),假定空气被处理到饱和状态下的含湿量d1=22.6g/(kg干空气);冬季室外温度T0=266K,含湿量d0=1.2g/(kg干空气),经热回收器处理后的温度T=287.6K,d=5g/(kg干空气),假定空气被处理到饱和状态下的含湿量d1=10.3g/(kg干空气)。热回收器需用的风机的全压为400Pa。各种热回收器的性能参数如表1所示。

根据以上数据通过计算,可以得到各种热回收器热力系统的收益火用值,如表2所示。

2.2 计算结果分析

依据计算结果,可以得到空调系统热回收器运行工况的以下特点。

1)空调系统夏季运行工况分析。

夏季,不同型号的热回收器无论是将室外空气处理到未饱和状态还是饱和状态,收益火用都小于消耗的电能火用,同一型号的热回收器将室外空气处理到饱和状态的收益火用小于未饱和状态的收益火用。例如WT100型热回收器,夏季未饱和状态的收益火用为16W,饱和状态的收益火用为11W,而消耗的电能火用为62W,收益火用远小于消耗的电能火用。

夏季室内、外温差较小,由热回收器得到的收益火用也较少。另外,夏季通过热回收器利用室内排气的冷量,所以将室外空气处理到饱和状态后得到的收益火用小于将空气处理到未饱和状态下的收益火用。

2) 空调系统冬季运行工况分析。

冬季,将室外空气处理到未饱和状态下空气处理量小的机组的收益火用小于消耗的电能火用。例如XHBX-D2TA型热回收器,将室外空气处理到未饱和状态的收益火用为78W,而消耗的电能火用为134W;空气处理量大的机组收益火用大于消耗的电能火用,例如XHBX(Q)-8TH型热回收器,未饱和状态的收益火用为492W,饱和状态的收益火用为871W,而消耗的电能火用为415W。同一型号的热回收器将室外空气处理到饱和状态的收益火用大于未饱和状态的收益火用。

冬季室内外温差较大,由热回收器得到的收益火用也较多。另外,冬季是通过热回收器利用室内排气的热量,所以将空气处理到饱和状态后得到的收益火用大于消耗的电能火用,并且同空气被处理到未饱和状态下的情况一样,随着热回收器处理风量的增加机组的利用效率也越高。

从上述分析结果可以看出,热回收器并不是在任何情况下都是节能的。传统的用能和节能观点,只是简单地从能量守恒的数量关系上去考察能量的利用和节约,认为能量是守恒的,进出任何系统的能量在数量上总是相等的,除去无意义的向外泄漏和排放,就是得到利用的能量。因此,用传统的观点去指导节能工作,必然会把注意力集中于如何减少系统的能量的泄漏和排放,以提高能量的利用率。例如,迄今仍有人将发电厂的冷凝排热看作发电厂的主要损失;又如,有人往往只注意减少锅炉和炉子的散热。

但是,如果从过程推动力和实现能量转换以获得动力的观点来考察能量的利用和节约,需关心的就应是技术上可利用来做功的那部分能量,也就是火用。因此,节能实际上就是节火用。但是,在实际中不仅要使供应的能量完全得到利用,而且其质量也要恰好符合用户的需要,即所供应的能量的能级恰好等于用户所需要的能量的能级。用户获得了能量供应,并不等于获得了符合它工作需要的能级的能量。能级过高或过低,不适合需要,都会造成浪费。对于前面分析的热回收器是以消耗高品质的电能来换取低品质的热能,能级差相差很大,通过分析可以看出这种用能方式并不一定能起到节能的效果。所以应该全面用能和节能的观点,应该既要节能,又要能级匹配用能。

3 结论

利用热力学第二定律的分析方法对热回收器进行的火用分析,考虑了能量的质量的差别,从而得出了更为全面合理的结论。

1)空调系统使用热回收器应该客观对待,不能一味地追求热效率。

2)夏季,空调热回收器的使用并无明显优势,使用热回收器时易将室外空气处理到未饱和状态。

3)冬季,对于空气处理量大的热回收器起到了节能的效果,并且易将室外空气处理到饱和状态。

4)在能量利用过程中,应该合理用能,做到既要节能,又要能级匹配用能。

摘要：利用热力学原理和火用分析方法,建立空调系统热回收器系统的分析模型,对目前应用的暖通空调系统中热回收技术进行火用分析,得出对于热回收节能技术进行全面、合理的科学分析与评价方法。总结空调系统应用热回收器的一些注意事项。

关键词：热回收装置,热力学分析,评价

参考文献

[1]孙志高,马荣生,等.空调系统热回收节能[J].北京节能,2000,(2):20-22.

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[3]傅秦生.能量系统的热力学分析方法[M].西安:西安交通大学出版社,2005.

空调热回收 篇8

利用排风热回收装置, 可以在节能的同时增加室内的新风量, 提高室内空气品质, 具有节能与环保的双重意义。空调节能是一项综合性的技术, 采用热回收装置, 将新风、排风进行热交换, 回收排风的能量, 减少新风冷、热负荷是一种比较有效且可行的节能方法。一般, 新风负荷占空调总负荷的20%～30%, 则新风能耗占建筑总能耗的10%～15%[1]。

在众多热回收方式中, 由高效传热元件热管组成的热管换热器因其具有结构简单、耗材少、新排风之间无交叉污染、换热效率高、压力损失小、动力消耗少等优点, 得到越来越广泛的应用[2,3,4]。

本文在结合现有热管换热器在空调系统排风能量回收中应用的特点及问题, 介绍一种新型脉动热管换热器, 并对其在空调系统夏季排风余冷回收中的应用进行研究。

1 脉动热管的结构特点和运行机理

脉动热管的结构特点和运行原理与普通热管有很大不同, 它是由1根内径足够小的长毛细管反复弯折, 形成多个互相平行的通路且管内充入部分工质, 在表面张力的作用下, 会形成在管内随机分布的汽塞和液栓, 蒸发段和冷凝段正好分布在这些弯折处[5]。

脉动热管的结构如图1所示。

热管内充有一定充液率的液体, 在热源提供之前, 可观察到不同长度的小液塞分段随机分布在热管里。当加热段有热量输入时, 工质受热发生相变, 压力升高。由于汽液栓分布的随机性和局部传热的不均匀性, 管内产生不均匀的压力分布驱动汽液两相流动。不同管内产生的压力波动相互作用, 形成二次/三次影响[6]。加热段持续地有热量输入的同时冷凝段不断带走热量, 从而维持管内的压力不均现象, 驱动工质运动形成周而复始的振荡, 最后达到管内工质的“不稳定平衡运动状态”。

脉动热管具有普通热管的优点, 经过合理设计的脉动热管, 可以按照现场需要灵活布置, 既可以竖直安装 (冷凝端布置在蒸发端的上方或下方) , 也可以水平安装, 还可以任意弯曲形状以适应环境需要[7,8,9]。同时鉴于脉动热管在电力微电子器件及太阳能集热器、干燥炉方面成功运用[10,11], 凭借着脉动热管本身独特的优势, 把它推广应用于空调系统的排风余热 (余冷) 回收应该是可行的。此应用既可保持现有重力热管及分离式热管换热器的优点, 同时避免了这两种热管换热器“换季需换向”的问题[12]。

2 实验方案

脉动热管式空调排风余冷回收装置实验台如图2所示。装置主要由脉动热管换热器 (设计参数见表1) 、热风生成装置、冷风生成装置、变频风机、数据测试和采集系统等部分组成。文中研究夏季工况下脉动热管换热器的排风余冷回收性能。为此, 室外空气温度控制在30～42℃, 室内空气温度恒定为26℃, 风速控制在1～3m/s的范围内。测量的主要参数有换热器进出口空气温度、流速及换热器压降。此次研究安装角度为90° (即冷凝端布置在蒸发端的上方) 。待实验工况达到稳定后, 在吸热量和放热量比较接近, 热平衡误差小于5%时, 开始采集数据。

3 实验结果与分析

3.1 余冷回收效率ε及其影响因素

为研究脉动热管换热器的回收性能, 引入显热效率ε作为热量回收指标。其定义为回收装置的实际换热量与理论最大换热量之比, 它与换热器的迎面风速、倾斜角度等因素有关。计算公式如下[13]:

undefined

式中:mFr—新风风量, m3/h;

mEx—排风风量, m3/h;

mmin—新风与排风风量中较小的一个, m3/h;

TFr, in—新风入口温度, ℃;

TFr, out—新风出口温度, ℃;

TEx, in—排风入口温度, ℃;

TEx, out—排风出口温度, ℃。

图3所示为当新风与排风风量相等 (168m3/h) 时, 余冷回收效率ε随新风入口温度TFr, in的变化曲线。

由图3可知, 当风速保持不变时, 随着新风入口温度的增加, 回收效率也随之增加。这是因为当输入热量超过最小启动负荷时, 脉动热管启动运行, 系统热阻会随热负荷的增加而降低, 相应地, 换热器的回收效率得到提高。

实验时, 房间室内、外温度分别保持在26℃及38℃, 在新风量与排风量相等的情况下, 余冷回收效率随风速的变化曲线, 如图4所示。

由图4可以看出, 随着风速的增加, 换热效率逐渐降低。当风速增加约2倍时, 回收效率下降约20%。这是因为当风速增大时, 空气在热回收装置内停留的时间缩短, 来不及充分换热即被排出, 导致回收效率降低。但风速过低则需要较大的设备体积, 增加设备的初投资, 所以有必要选定一个最佳风速, 使设备的运行最优化。

图5反映了排风、新风比对余冷回收效率的影响。实验条件为:室内外温差保持不变, 新风量稳定在168m3/h, 排风量从87m3/h增加到338m3/h。可以看出, 随着排风量增加, 回收效率先减小, 随后再增加。从图中还可得知, 当排风量与新风量相等时, 回收效率接近最小值。

3.2 风速u对压降的影响

图6所示为脉动热管换热器冷热两侧压降ΔP随风速u的变化曲线。

可以看出, 随着风速的增加, 换热器冷热两侧的压力损失也随之增大。当风速由1.2m/s增加到2.9m/s时, 新、排风的压力损失由30Pa增加到230Pa。

3.3 经余冷回收后的新风能耗分析

忽略散热损失, 换热量的计算采用如下公式[14]:

Q=mFrρcP (TFr, in-TFr, out)

=mExρcP (TEx, out-TEx, in) (2)

式中:Q—换热量, W;

ρ—空气密度, kg/m3;

cP—比定压热容, J/ (kg·℃) 。

图7所示为1.5m/s和2m/s风速 (即风量为168m3/h和230m3/h) , 经脉动热管换热器进行余冷回收和不通过余冷回收装置的情况下, 夏季的新风能耗 (考虑了风机能耗) 。可以看出, 经过脉动热管换热器后, 新风能耗有所降低。当风量为168m3/h, 新、排风温差为16℃时, 将新风不经过换热器直接冷却到室内工况所需要的冷量为895W, 而经过脉动热管换热器进行能量交换后, 再冷却到室内工况, 并考虑风机的能耗, 所需的总能耗为501W。

4 结论

(1) 当夏季工况室内外新排风温差在4～16℃范围内增加时, 热回收效率也随着增加, 从37%变化到48%。当风量为168m3/h时, 从冷却的角度看可节约新风能耗28%～44%。

(2) 当排风、新风比在0.54～2.0范围内增加时, 热回收效率曲线先下降后上升。在排风量与新风量相等时, 回收效率接近最小值。

(3) 当风速在1.2～2.9m/s范围内增加时, 两侧通风阻力随之增加, 从30Pa增加到230Pa。所以其运行过程中应选一个比较合适的气流速度范围, 使其综合性能最优。

空调热回收 篇9

能源是经济发展的命脉。随着经济的快速发展,全球能源的消耗量不断增加,浪费现象日趋严重。消耗的能源中大部分主要以废热的形式损失掉,其中空调系统冷凝热在废热中占有相当大的比例。若将空调系统的冷凝热加以回收利用,就能有效地提高能源利用率,实现进一步的节能减排,促进社会的可持续发展。尤其是宾馆、酒店、医院、办公楼等公共建筑,若采用空调系统的冷凝热回收用于加热生活热水,将具有良好的节能效果和较高的经济价值。本文以广西南宁某综合办公楼项目为设计案例,探讨该技术的应用。

2 项目概况

该工程位于南宁市东盟商务区内。地下2层,为车库及设备用房;地上26层,其中1、2层为展厅,3层为多功能厅,4层为厨房及餐厅,5~26层为办公及宾馆。总建筑面积约98000m2,建筑高度为98.6m。1~26层除卫生间、库房外,其他房间均设中央空调系统,采用冷暖空调,夏季制冷,冬季供暖。

夏季空调计算逐时最大总冷负荷为9131k W,冬季计算总热负荷2590k W。设计选用3台水冷离心式冷水机组,每台额定制冷量为2040k W;3台风冷螺杆式热泵机组(带部分冷凝热回收),每台额定制冷量为1033k W,额定制热量为1084k W,部分冷凝热回收热量为258k W。夏季制冷时优先开启带部分冷凝热回收的风冷热泵机组,在制冷的同时提供生活热水;当不需要生活热水时,优先开启水冷冷水机组;当水冷冷水机组不能满足制冷要求时,再开启风冷热泵机组。冬季供暖采用风冷热泵机组。水冷离心式冷水机组、风冷螺杆式热泵机组设计工况:冷冻水供回水温度7℃/12℃、供暖热水供回水温度40℃/45℃、冷却水供回水温度32℃/37℃、部分冷凝热回收时热水供回水温度50℃/55℃。空调冷冻站分别设于地下室冷冻机房和屋面,其中3台水冷离心式冷水机组,4台冷冻水泵,4台冷却水泵,4台冷热水泵,分、集水器各1个和配套的电气控制设备设在地下室制冷机房内,3台冷却塔设在5层屋面,3台风冷螺杆式热泵机组(带部分冷凝热回收)及其冷凝热回收水泵设在26层屋面。

3 带部分冷凝热回收风冷热泵机组工作原理及运行模式

带部分冷凝热回收风冷热泵机组工作原理及运行模式如图1所示。

从图1中可知,当机组供冷时,被压缩机压缩后的气态制冷剂先经过部分热回收换热器,在被生活热水取走部分冷凝热量后再进入风冷侧冷凝器,由室外空气带走剩余的热量[1],再经过膨胀阀节流后成为低温液态制冷剂,然后进入蒸发器与空调冷水进行热交换,最终回到压缩机进入下一轮循环。由于生活热水一般储存在生活水箱中且需求量经常变化,当热水量满足要求时,可通过风冷热泵机组的自动控制使制冷剂中的冷凝热量通过风冷侧冷凝器全部由室外空气带走,系统以常规模式运行;当生活水箱中的水温及水量发生变化,不满足设定值后,生活水箱中的生活热水重新循环进入部分热回收换热器加热,剩余冷凝热量再进入风冷侧冷凝器由室外空气带入。如此往复循环直至生活水箱中的水温达到设定值后,系统再切换至常规模式运行。

带部分冷凝热回收风冷热泵机组通常有三种运行模式:(1)夏季机组仅提供空调冷水,全部冷凝热量由风冷侧换热器排放;(2)夏季机组提供空调冷水,部分冷凝热量回收提供生活热水,剩余部分冷凝热量由风冷侧换热器排放;(3)冬季机组的部分冷凝热量提供空调热水,另一部分冷凝热量提供生活热水[1]。

4 生活热水量耗热量及部分冷凝热回收风冷热泵机组的计算选型

4.1 生活热水耗热量

根据《建筑给排水设计规范》5.3.1-1的计算公式[2]:

式中,Qh——设计小时耗热量(W);

m——用水计算单位数(人数或床位数),本项目360人;

qr——热水用水定额,按《建筑给排水设计规范》表5.1.1-1采用160L;

C——水的比热,C=4187(J/kg·K);

tr——热水温度,tr=55℃;

tl——冷水温度,按《建筑给排水设计规范》表5.1.4采用10℃;

ρr——热水密度0.9857(kg/L);

Kh——小时变化系数,按《建筑给排水设计规范》5.3.1-2采用5.61。

将各个数值代入计算公式:Qh=5.61×[360×160×4187×(55-10)×0.9857]÷86400≈694595.3W≈694.6k W。

4.2 部分冷凝热回收风冷热泵机组的选型

根据空调负荷计算软件计算及上式的计算结果,该项目夏季空调计算逐时最大总冷负荷为9131k W,冬季计算总热负荷2590k W,设计小时生活热水耗热量为694.6k W。设计选用3台水冷离心式冷水机组,每台额定制冷量为2040k W;3台带部分冷凝热回收风冷螺杆式热泵机组,每台额定制冷量为1033k W,额定制热量为1084k W,部分冷凝热回收热量为258k W。这样的空调主机选型配置,3台水冷离心式冷水机组+3台带部分冷凝热回收风冷螺杆式热泵机组不仅能满足在夏季制冷工况下提供足够空调冷负荷及生活热水的需求,而且能满足在冬季制热工况下提供足够空调热负荷及部分生活热水的需求。

5 经济性分析

部分冷凝热回收风冷热泵机组可以在夏季集中空调运行时间内为该项目提供免费的生活热水。南宁夏季集中空调运行时间约为每年4~10月,约210天。若夏季采用空气能热水机组供生活热水,则选用6台制热量120k W、功率35k W的热水设备,空气能热泵热水机组夏季制备生活热水的费用为:

E=D×N×P×T×e=210×6×35×4×0.9055=159730.2元≈16万元

式中,E——空气能热泵热水机组夏季空调运行时间内运行费用(元);

D——南宁夏季集中空调运行时间(天),D=210天;

N——空气能热泵热水机组台数(台),N=6台;

P——空气能热泵热水机组额定功率(k W),P=35k W;

T——设计小时耗热量持续时间(h),T=4;

e——南宁市商业用电每度价格(元),e=0.9055元/k W·h。

表1为带部分冷凝热回收风冷热泵机组与普通风冷热泵机组设备初投资估算。从表中可以看出,采用部分冷凝热回收型风冷热泵机组需增加初投资约35万元,该机组在每年夏季集中空调运行时间内可提供免费的生活热水,其节省的运行费用约16万元,可实现3年内收回初投资成本。

6 结语

冷凝热回收技术的利用需注意设备选型。应根据空调制冷、供暖及生活热水负荷,合理地配置主机台数及容量,达到能满足以上各负荷的需求,以保证实际运行的理想效果。在夏季集中制冷时间较长且有生活热水需求的夏热冬暖地区公共建筑中,把集中空调系统的冷凝热回收用于加热生活热水,有着明显的节能效果和显著的经济效益,对于减少废热排放、节约一次能源、实现节能运行、保障社会经济的稳定可持续发展有着重要的意义。

参考文献

[1]陆耀庆.实用供热空调设计手册(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.