空調(diào)熱回收技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展探討

吳經(jīng)緯

（上海海事大學(xué)，上海200135）

1 引言

自1902年制冷之父開(kāi)利先生設(shè)計(jì)出世界第一套空調(diào)系統(tǒng)以來(lái)，空調(diào)因其為人類(lèi)創(chuàng)造冬暖夏涼的室內(nèi)環(huán)境的特點(diǎn)早已廣泛應(yīng)用于全球。然而空調(diào)在降低室內(nèi)溫度，為人類(lèi)帶來(lái)舒適性的同時(shí)，系統(tǒng)也向環(huán)境排放出大量的冷凝熱。大量的熱量排出室外，不僅是能量的浪費(fèi)，而且會(huì)造成室外大氣的熱污染，加劇都市的“熱島效應(yīng)”。而室外環(huán)境溫度的升高，又使得空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行工況惡化，增加空調(diào)的能耗。

使用冷凝熱回收技術(shù)，將排放出的冷凝熱回收，既可替代傳統(tǒng)加熱設(shè)備制取熱水以降低能源消耗和運(yùn)行費(fèi)用，又可以減少向大氣中排放的廢熱，減輕大氣污染，改善生態(tài)環(huán)境。因此對(duì)空調(diào)冷凝熱的回收是十分必要的。

2 空調(diào)熱回收技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 熱泵熱回收系統(tǒng)

2006年，湖南大學(xué)土木工程學(xué)龔光彩教授，何君等［1］針對(duì)冷凝熱回收裝置只用于夏季，而過(guò)渡季節(jié)及冬季處于閑置狀態(tài)等問(wèn)題，提出將熱泵技術(shù)與冷凝熱回收技術(shù)相結(jié)合的方法以制取生活熱水。若熱泵熱水裝置與冷凝熱回收裝置共同使用，可以共用一部分基礎(chǔ)設(shè)備，使這部分基礎(chǔ)設(shè)備的利用率大大增加，此方法不僅很大程度上推動(dòng)熱泵熱水裝置的推廣應(yīng)用，而且冷凝熱回收裝置的優(yōu)點(diǎn)也顯得更加明顯。在對(duì)某賓館集中式空調(diào)系統(tǒng)冷凝熱回收技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析后得出：采用兩種裝置有效結(jié)合的方式，每年可節(jié)約費(fèi)用約81.7萬(wàn)元，說(shuō)明此項(xiàng)綜合技術(shù)具有巨大的經(jīng)濟(jì)潛力。并指出若采用冷凝熱回收與熱泵綜合技術(shù)以制取熱水，預(yù)計(jì)未來(lái)建筑冷熱源的模式為（至少我國(guó)南部地區(qū)）制冷機(jī)組、冷凝熱回收裝置、熱泵熱水裝置相結(jié)合，或是熱泵、冷凝熱回收裝置、熱泵熱水裝置相結(jié)合。在采用冷凝熱回收裝置及熱泵熱水裝置后，可以替代傳統(tǒng)的鍋爐，以改變目前主要由鍋爐生產(chǎn)熱水的局面，并達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)省的效益。

2007年，黃倩、章學(xué)來(lái)及梁峻［2］提出三聯(lián)供水環(huán)熱泵系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)制冷、制熱、制取生活熱水的三聯(lián)供功能，該系統(tǒng)輔助熱源由空氣源熱泵機(jī)組代替了常規(guī)的燃油（氣）鍋爐，并且在系統(tǒng)中加入一組水高溫?zé)岜?，在制冷季?jié)回收冷凝熱來(lái)生產(chǎn)生活熱水。其系統(tǒng)工作方式為在在制冷季節(jié)時(shí)，冷卻水帶走空調(diào)機(jī)組的冷凝熱，其中部分熱量通過(guò)冷卻塔排到空氣中，另一部分熱量則通過(guò)水一水高溫?zé)岜茫峄厥諜C(jī)組）用來(lái)加熱衛(wèi)生熱水。水一水高溫吸收了空調(diào)部分的冷凝熱，降低了冷卻負(fù)荷，同時(shí)，空調(diào)機(jī)組由于冷卻水溫下降，能效比會(huì)升高，因此雙向節(jié)能；在采暖季節(jié)時(shí)，空調(diào)采暖及熱水所需的熱量都來(lái)自空氣。輔助熱源型空氣源熱水機(jī)組通過(guò)吸收空氣中的熱量來(lái)加熱水系統(tǒng)中的水（水溫為15～22℃），分散水源熱泵則通過(guò)吸收水系統(tǒng)中水的熱量來(lái)進(jìn)行采暖；而水一水高溫?zé)岜茫峄厥諜C(jī)組）則通過(guò)吸收水系統(tǒng)中水的熱量，用來(lái)加熱生活熱水。過(guò)渡季節(jié)時(shí)，采用哪種方式來(lái)制取生活熱水要視室外溫度來(lái)決定，當(dāng)室外溫度高的時(shí)候利用冷卻塔來(lái)吸收空氣中的熱量則可滿(mǎn)足制衛(wèi)生熱水要求。該系統(tǒng)能同時(shí)滿(mǎn)足夏天供冷、冬天采暖、全年供應(yīng)生活熱水。該系統(tǒng)具有高效節(jié)能、設(shè)備能效高系統(tǒng)綜合能效高、運(yùn)行安全可靠，無(wú)污染安裝簡(jiǎn)單方便等特點(diǎn)。

2010年，上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所江明旒，吳靜怡等［3］提出了兩級(jí)冷凝熱泵熱水系統(tǒng)以應(yīng)對(duì)空氣源熱泵熱水器運(yùn)行在高溫工作區(qū)時(shí)，壓縮機(jī)功率及壓縮機(jī)排氣溫度偏高，從而帶來(lái)安全隱患及效率等問(wèn)題。兩級(jí)冷凝熱泵熱水系統(tǒng)的工作原理為，系統(tǒng)工質(zhì)按照逆卡諾循環(huán)，通過(guò)壓縮機(jī)做功，從環(huán)境中吸收熱量，再通過(guò)前后串聯(lián)的第一級(jí)冷凝器和第二級(jí)冷凝器把熱量分別輸送到第一級(jí)水箱和第二級(jí)水箱中。通過(guò)導(dǎo)水的方式，使得在循環(huán)加熱過(guò)程中，第一級(jí)水箱的水溫始終高于第二級(jí)水箱的水溫，并且第一級(jí)水箱吸收的是制冷劑側(cè)溫度較高的顯熱部分，因而能在第一級(jí)水箱中得到高溫?zé)崴?，同時(shí)第二級(jí)水箱較低的水溫使得系統(tǒng)的冷凝壓力較低，從而既提高了熱泵熱水機(jī)組的供水溫度，又改善了機(jī)組的運(yùn)行工況。在20℃左右的室外環(huán)境溫度下進(jìn)行兩級(jí)水箱循環(huán)加熱及單級(jí)水箱加熱實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，雖然兩級(jí)冷凝熱泵熱水系統(tǒng)對(duì)機(jī)組平均COP的改善并不十分明顯，只比單獨(dú)加熱模式高出0.2左右。然而兩組實(shí)驗(yàn)的最大壓縮機(jī)功率分別比額定功率高出了8.3%和25.7%，相應(yīng)的最高壓縮機(jī)排氣溫度分別為100.4℃和111.5℃，對(duì)比可知兩級(jí)冷凝熱泵熱水系統(tǒng)對(duì)機(jī)組最高壓縮機(jī)功率以及最高壓縮機(jī)排氣溫度的控制更加有效，更能夠保證機(jī)組安全穩(wěn)定性。

2.2 帶蓄熱裝置冷凝熱回收系統(tǒng)

2004年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院王偉，馬最良等［4］提出引入熱泵、蓄熱裝置（包括蓄熱水罐和消防水池）等技術(shù)措施以解決空調(diào)冷凝熱與熱水供應(yīng)負(fù)荷之間的不平衡性問(wèn)題。系統(tǒng)中引入的水——水工業(yè)熱泵可以回收各種工藝流程中溫度在27～77℃低溫廢熱，并輸出60～110℃的高溫?zé)崃?。將其引入常?guī)空調(diào)與熱水供應(yīng)系統(tǒng)中，可有效解決解決空調(diào)冷凝熱與熱水供應(yīng)負(fù)荷品位上的不相同性問(wèn)題。而引入蓄熱裝置的主要功能是平衡空調(diào)冷凝熱負(fù)荷與熱水供應(yīng)負(fù)荷之間日逐時(shí)不波動(dòng)特性，延長(zhǎng)空調(diào)冷凝熱的利用時(shí)間，達(dá)到最佳的節(jié)能效果，根據(jù)蓄熱裝置的不同系統(tǒng)分為蓄熱水罐水蓄熱HRHWS系統(tǒng)、及消防水池水蓄熱HRHWS系統(tǒng)。

2.3 結(jié)合太陽(yáng)能與天然氣冷凝熱回收系統(tǒng)

2007年，煙臺(tái)市建筑設(shè)計(jì)研究股份有限公司張積太，張偉東［5］提出冷凝熱，太陽(yáng)能及天然氣“三聯(lián)供”系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有季節(jié)互補(bǔ)性，在制冷季節(jié)，首先可回收空調(diào)冷凝熱，為了不影響空調(diào)冷卻效果，熱回收冷凝器的出水溫度設(shè)定不用過(guò)高，一般35℃左右，再升溫的功能由太陽(yáng)能集熱器來(lái)完成。在不需空調(diào)的季節(jié)，衛(wèi)浴熱水首先由太陽(yáng)能集熱器來(lái)完成蓄熱升溫，而在太陽(yáng)能不能充分發(fā)揮作用的季節(jié)，比如陰雨天或冬季，則由天然氣完成繼續(xù)提升水溫并達(dá)到使用要求。

天然氣主要是承擔(dān)最后的升溫功能，不論哪個(gè)季節(jié)，只要水溫達(dá)到要求，天然氣可不用。通過(guò)對(duì)某酒店熱水衛(wèi)生系統(tǒng)所得數(shù)據(jù)分析，得出結(jié)論為當(dāng)太陽(yáng)能的配置達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷太陽(yáng)能的1／3左右，并與空調(diào)冷凝熱結(jié)合使用時(shí)，其性?xún)r(jià)比是優(yōu)良的，過(guò)高的太陽(yáng)能匹配回報(bào)期過(guò)長(zhǎng)，沒(méi)有經(jīng)濟(jì)意義，且占場(chǎng)地也過(guò)大，因此一般推薦配置為滿(mǎn)額的1／3左右即可。由此3種熱源組成的熱水系統(tǒng)全年供應(yīng)方案在節(jié)能方面有著顯著的優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)語(yǔ)

由于發(fā)展而造成的資源迅速枯竭和環(huán)境惡化，使得節(jié)能與環(huán)保已成為世界各國(guó)所不可忽視的課題。當(dāng)前的冷凝熱回收技術(shù)雖然存在一系列問(wèn)題，如對(duì)蓄熱材料的開(kāi)發(fā)有待加強(qiáng)；缺乏對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)部件；及對(duì)系統(tǒng)的精確控制需要進(jìn)一步提高，然而，冷凝熱回收技術(shù)的本質(zhì)是回收利用原本將排放至環(huán)境而浪費(fèi)的熱量，其既能降低能耗，又能減輕環(huán)境的熱污染。因此，加強(qiáng)對(duì)冷凝熱回收技術(shù)的研究，對(duì)我國(guó)的節(jié)能與環(huán)保事業(yè)具有較大的意義。

［1］龔光彩，何 君，曾 巍，等.冷凝熱回收與熱泵對(duì)建筑冷熱源的影響［J］.煤氣與熱力，2006，26（2）：65～68.

［2］黃 倩，章學(xué)來(lái)，梁 峻.水環(huán)熱泵一空氣源熱泵一熱泵型熱水機(jī)組復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)的工程應(yīng)用實(shí)例分析［J］.制冷空調(diào)與電力機(jī)械，2008，29（3）：41，42～45.

［3］江明旒，吳靜怡，孫 鵬，等.兩級(jí)冷凝熱泵熱水系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究［J］.制冷學(xué)報(bào)，2010，31（1）：6～10.

［4］王 偉，馬最良.空調(diào)冷凝熱回收熱水供應(yīng)系統(tǒng)方案研究［J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，36（11）：1 531～1 533.

［5］張積太，張偉東.空調(diào)冷凝熱回收機(jī)組.太陽(yáng)能與天然氣鍋爐“三聯(lián)供”解決衛(wèi)浴熱水供應(yīng)的方案及其節(jié)能意義［J］.山東暖通空調(diào)，2007（2）：37～38.