冷凝熱回收技術(shù)現(xiàn)狀及應(yīng)用

冷凝熱回收技術(shù)研究現(xiàn)狀及應(yīng)用摘要本文回顧了國內(nèi)外冷凝熱回收技術(shù)的發(fā)展過程，指出了其未能在市場上推廣的一些原因；指出了國內(nèi)的發(fā)展概況及近年來冷凝熱回收已引起了人們的廣泛關(guān)注。本文對國內(nèi)外的冷凝熱回收技術(shù)成果及專利作了總結(jié)并由此對冷凝熱回收的類型進(jìn)行了分類，并對所分類的三種熱回收技術(shù)分別在概念、原理以及進(jìn)一步的分類方面作了全面的闡述。并指出了每一類熱回收技術(shù)相對應(yīng)取得的技術(shù)成果。在此基礎(chǔ)之上，提出了近年來的新型熱回收冷凝器和研究冷凝熱回收的新方法，并介紹了該領(lǐng)域的典型技術(shù)成果。給出了幾種典型冷熱源方式的經(jīng)濟(jì)比較，指出了目前冷凝熱回收技術(shù)存在的問題及發(fā)展方向。關(guān)鍵詞冷凝熱回收技術(shù)單冷機(jī)組熱泵機(jī)組節(jié)能背景冷凝熱回收技術(shù)是將空調(diào)排放的廢熱予以回收利用，用來制取衛(wèi)生熱水或生產(chǎn)工藝熱水，不僅變廢為寶，減少大氣環(huán)境熱污染，而且可以降低熱水供應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)也提高了空調(diào)的運(yùn)行效率，是節(jié)能的重要措施之一。對于冷凝熱回收技術(shù)的研究國外起步比較早，早在1965年就有Healy等人首先提出對于居住建筑空調(diào)冷凝熱作為免費(fèi)的熱源進(jìn)行熱水供應(yīng)的設(shè)想[1]，70年代以后，Stuij,Douglas等人對熱回收熱泵的可行性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究[2-3]，新加坡南洋理工大學(xué)的指出通過回收冷凝熱加熱生活熱水對空調(diào)器的性能影響并不大[4]，Goldschmidt[5]和Lee[6]等人研究了回收的冷凝熱數(shù)量、機(jī)組的出水量及綜合能源利用系數(shù)等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及，在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上人們開始用數(shù)值模擬的方法對冷凝熱回收技術(shù)進(jìn)行分析，以Mason[7]，[8]，Bong[9]和Baxter[10]等人為代表，對冷凝熱回收系統(tǒng)的性能和運(yùn)行特性進(jìn)行了相關(guān)研究和分析，并在夏威夷對其進(jìn)行了大規(guī)模推廣，研究和推廣結(jié)果顯示其節(jié)能性非常顯著。雖然CARRIER和TRANE公司都開發(fā)了雙管束冷凝器熱回收技術(shù)，但由于該技術(shù)原理上存在著根本缺陷，熱回收效率有限，因此未能在市場上廣泛推廣。我國在20世紀(jì)60年代就有回收制冷機(jī)冷凝廢熱的設(shè)想，但發(fā)展較慢，90年代后期我國開始有關(guān)冷凝熱回收技術(shù)方面的研究。近年來電力供應(yīng)緊張和電力需求不斷增加的矛盾，使節(jié)能成為焦點(diǎn)問題，冷凝熱回收技術(shù)引起了人們的廣泛關(guān)注。冷凝熱回收的分類及主要技術(shù)成果目前國內(nèi)外關(guān)于冷凝熱回收技術(shù)的成果及專利已有不少，已獲得的專利成果有60余項(xiàng)，其中發(fā)明專利17項(xiàng)，實(shí)用新型44項(xiàng)，主要集中在兩大方面：一方面是單冷機(jī)組的冷凝熱回收技術(shù)，其中發(fā)明專利7項(xiàng)，實(shí)用新型19項(xiàng)；另一方面是關(guān)于熱泵裝置的冷凝熱回收技術(shù)，又分為兩類，一類是能實(shí)現(xiàn)空-水冷靈活轉(zhuǎn)換的復(fù)合冷凝熱回收技術(shù)，其中發(fā)明專利1項(xiàng)，實(shí)用新型6項(xiàng)，另一類是涉及專有的換熱技術(shù)或裝置的冷凝熱回收技術(shù)，其中發(fā)明專利8項(xiàng)，實(shí)用新型13項(xiàng)。除上述兩個(gè)方面，另外還有利用相變材料回收冷凝熱以及其他有關(guān)新型熱回收冷凝器和研究冷凝熱回收技術(shù)的新方法，包括發(fā)明專利4項(xiàng)，實(shí)用新型6項(xiàng)。2.1單冷機(jī)組冷凝熱回收技術(shù)單冷機(jī)組的冷凝熱回收根據(jù)冷凝熱回收的形式主要分為直接式（圖1，3，4）和間接式（圖2）。直接式是指制冷劑從壓縮機(jī)出來后進(jìn)入熱回收器直接與自來水換熱制備生活熱水，包括單冷凝器型（圖1）[11]和雙冷凝器型（圖3，4）[12]，前者存在著明顯的不足，冬天制備生活熱水時(shí)供熱要停止，目前一般不采用；間接式是指利用常規(guī)空調(diào)的冷凝器側(cè)排出的高溫空氣或37度的水來加熱制備生活熱水。間接式由于要增加的設(shè)備比較多，換熱效率比較低，所以該技術(shù)不易推廣。其中直接式可又分為循環(huán)式（如圖3）和直流式(如圖4)，直流式是指自來水一次性經(jīng)過熱回收器之后就可獲得較高溫度的生活熱水以供用戶使用。由于直流式的水流量小，往往不能滿足用戶需求，同時(shí)要求熱回收器的具很高的換熱效率，且成本高，故目前多不采用此項(xiàng)技術(shù)。循環(huán)式是指自來水經(jīng)過熱回收器之后進(jìn)入蓄熱水箱，然后通過熱水泵循環(huán)經(jīng)過熱回收器進(jìn)行熱交換后來獲得較高的生活熱水溫度，最后由蓄熱水箱提供生活熱水到用戶。循環(huán)式對熱回收器的要求比直流式低，可根據(jù)用戶需求提供生活熱水，易于控制且可靠性強(qiáng)。圖1直接式單冷凝器型空調(diào)冷圖2間接式空調(diào)冷凝熱熱回收系統(tǒng)原理圖凝熱熱回收系統(tǒng)原理圖圖3循環(huán)式空調(diào)冷凝熱熱回收系統(tǒng)原理圖圖4直流式空調(diào)冷凝熱熱回收系統(tǒng)原理圖目前對單冷機(jī)組的冷凝熱回收一般采用直接循環(huán)式（圖3），國內(nèi)對此項(xiàng)技術(shù)的研究較多，國外也在90年代中期開始應(yīng)用，典型的技術(shù)成果有：一種電腦自動控制利用余熱制熱水節(jié)能設(shè)備[13]、離心式節(jié)能制冷裝置[14]、容積式節(jié)能熱水機(jī)組[15]、螺桿式冷水機(jī)組制熱水節(jié)能設(shè)備[16]，帶熱回收式水冷冷水機(jī)組[17]等。此類技術(shù)成果在熱回收工藝上基本是一致的，主要差別仍在換熱回收即傳熱裝置上。熱泵機(jī)組冷凝熱回收技術(shù)熱泵機(jī)組的冷凝熱回收原理同單冷機(jī)組基本一致，目前也多采用直接循環(huán)回收冷凝熱的方式（圖3），與單冷機(jī)組不同是，熱泵機(jī)組增加了四通換向閥，這就要求在加熱回收器時(shí)考慮四通閥的正常工作，保障機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行?，F(xiàn)有熱泵機(jī)組的冷凝熱回收技術(shù)大致可分為兩類，一類是在壓縮機(jī)與四通閥之間增加熱回收器通過增加多個(gè)控制閥的方式實(shí)現(xiàn)熱回收或直接在四通閥與冷凝器之間加熱回收器的方式來實(shí)現(xiàn)部分熱回收。其典型技術(shù)成果有：多功能風(fēng)冷冷熱水機(jī)組[18]，空氣熱能熱泵式熱水爐[19]，一種四季節(jié)能冷暖空調(diào)熱水三用機(jī)[20]（如圖5）、一種多功能冷暖空調(diào)熱水機(jī)[21]等。圖5四季節(jié)能冷暖空調(diào)熱水三用機(jī)原理圖以上成果都能實(shí)現(xiàn)冷凝熱回收，但在冷熱工況轉(zhuǎn)換時(shí)影響換向閥的正常工作（只有在回收熱量較少時(shí)才不致于影響換向閥）；或者存在著制冷流程改造復(fù)雜，元器件更換頻繁，不利于生產(chǎn)和加工等缺點(diǎn)；這樣易出現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定，冷凝力度不夠或產(chǎn)生過冷現(xiàn)象，導(dǎo)致制冷循環(huán)偏離正常工況較多，影響空調(diào)效果，且大都回收冷凝余熱量較少等。另一類是在四通閥與壓縮機(jī)之間增加熱回收器，采用基于流體旁路氣動控制的復(fù)合冷凝技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)國外目前無相關(guān)專利，我國在該領(lǐng)域取得了重大突破性的成果，典型的技術(shù)成果有：熱水熱泵空調(diào)裝置[22]，一種聯(lián)動屏蔽復(fù)合冷凝熱水熱泵空調(diào)裝置[23]等，此類技術(shù)的特點(diǎn)是增加的旁路控制管一端與壓縮機(jī)出口直接聯(lián)通,另一端與四通閥氣動控制管入口或其高壓側(cè)入口聯(lián)通，空冷和水冷能進(jìn)行靈活轉(zhuǎn)換，既可實(shí)現(xiàn)部分熱回收也可實(shí)現(xiàn)全熱回收，且不影響四通閥的正常工作，只需增加少量控制閥，又能保障機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。征2.3選相變材料回收典空調(diào)冷凝熱杰利用乖相變材料回收激空調(diào)冷凝熱典（如圖卸6柳）后指兔用蓄熱器代替塌雙冷凝器熱回淚收技術(shù)中殲壓縮機(jī)出口的誰冷凝器觀，將并須與常規(guī)風(fēng)冷冷余凝捕器乏(鴨或冷卻閣塔絞)捎采用串聯(lián)連接評，惑利用蓄熱材料夢的相變過程將杜冷凝熱回收并織制取熱水塘[24]鍛。送典型的技術(shù)成兄果有：帶相變動蓄熱水箱的熱潤泵熱水器俱[25]構(gòu)，島一種用于回收拴空調(diào)冷凝熱的榮復(fù)合相變蓄熱穗器典[26]罰等啟。飼目前利用的相嘗變材料回收冷磁凝熱的形式在稱國外已廣泛采掉用，我國也取險(xiǎn)得了很大的進(jìn)強(qiáng)展，但對于如溝何能利用高效飼、低成本的相副變蓄熱器來實(shí)悲現(xiàn)冷凝熱回收黃仍有待進(jìn)一步乎的探究。柜圖淹6器相變材料回收萌空調(diào)冷凝熱系派統(tǒng)原理圖肯2.4鵝新型渴熱回收點(diǎn)冷凝杏器管和研究冷凝熱鋪回收的新方法湖隨著余對冷凝熱回收練技術(shù)研究的盯不斷深入照，其研究億成果掛不僅體現(xiàn)在熱打回收形式上，嗎還有一些新型蛛熱回收冷凝器暈和研究冷凝熱處回收憑技術(shù)透的新方法耐，畝為冷凝熱回收座技術(shù)的屋進(jìn)一步研究涉及應(yīng)饞用提供了條件件。祖其典型邊技術(shù)況成果有：慢一種可熱回收耽的管式冷凝器竹[27謊]雷，秧一種熱回收式劇冷凝器裝置中[28昨]三，令帶冷凝熱回收恢的辟蒸氣侵壓縮式制冷循務(wù)環(huán)多功能教學(xué)掩實(shí)驗(yàn)臺樂[29樹]熄，拐一種基于火產(chǎn)品姿成本冷熱源優(yōu)僻化設(shè)計(jì)軟件宵[30辨]色等。貧3敘采用冷凝熱回報(bào)收技術(shù)與常規(guī)驅(qū)冷熱源方式的望比較成（見蛙表攀1村）翁表碑1費(fèi)單位熱量的冷友熱水能源消費(fèi)龜量及費(fèi)尿用兔(巡發(fā)配電效率惹為惡35%)花冷熱源床方式澆驅(qū)動能源鄰C虛op躺/乖效率（季節(jié)平恢均值）陽一次能源消費(fèi)鞭量瘦（先kw/k夕w反）到熱值掏單位毯能源怪單座價(jià)辟(灌元辟)酷每青kw亭h悲熱量的燃料消鈴費(fèi)量虛費(fèi)秀用情(萍元充)分冷水逐空氣源熱泵序（棟風(fēng)冷現(xiàn)冷水萬機(jī)組皂）粱電吳3.1翼922弄1kwh身/看度曠0.6駕0.32疑0.19袖地源熱泵偷(異土壤源志冷水捐機(jī)組以)匆電覽4.7倡608方1kwh井/斷度父0.6姿0.21壺0.13脫水源熱泵舅(蕩水冷冷水逮機(jī)組訴)許電止5.4蒼529寸1kwh沾/般度變0.6承0.19坦0.11橋冷奇熱水叛復(fù)合冷凝風(fēng)冷刑熱泵扣（辮帶熱回收風(fēng)冷鼠冷水機(jī)組狂）避冷熱水同時(shí)允利用斧電全6.7洲426伸1kwh符/救度惱0.6攤0.15船0.09胖帶熱回收水冷訪冷水機(jī)組怕（水源熱泵）剖翠敬椅誠者錢針均孤欣錯(cuò)斯策業(yè)咸葉狐恐角叉翼股陪杜繳鳴溫勉襲到械嫩淺舟化丑祖夫瞇訂頃到貸搞瞞榴肚擊享紅刷粥掀附智擦慌撥項(xiàng)木窄暈栽蠟極濕萌由塵搖判答錄踏勢遺侍獅結(jié)隸肺復(fù)司希免僚斯令聽關(guān)聚糞溉場及劇吃雷圖怨槍浪驕很削梅裁柏放引會懼乒飯豈陶狂笛暫曬奮廳率堂冷熱水同時(shí)全忠部禍利用滔電肉9.清7龍294材1kwh簡/須度嘉0.6銜0.1腐0訊0.0閉6擇帶熱回收水冷忠冷水機(jī)組逢利用芝全部冷水和部棵分熱水耍電膛5.4~9.緊7腦294具~529鍛1kwh現(xiàn)/雙度品0.6芹0.10禿~0.19蠶0.06氣~0.11數(shù)帶熱回收水冷薦冷水機(jī)組動利用輪全部熱水和部擠分冷水洪電抹4.3~承9.7粥294挽~挽664休1kwh裕/譽(yù)度導(dǎo)0.6蒙0.10~0規(guī).23脾0.06~0算.14尋熱水惠燃煤鍋爐攏煤決0.6膨1667鄰7000kc溝al/kg堵0.5憤0.20歲0.10扎燃油鍋爐胸柴油丈0.8睡1250角10300k知cal/kg泛4.74朗0.10遠(yuǎn)0凡.47崗燃?xì)忮仩t晨燃?xì)庳?zé)0.85腰1176刑9000kc開al/Nm3繭3.0雄0.11群0.33扛電鍋爐鈴電倍0.95茂3007棒1kwh粥/沫度厭0.6笨1.05點(diǎn)0.63魂空氣源熱泵機(jī)允組攝電栗3.2舟893窗1kwh撤/眉度屯0.6昨0.31碧0簡.19涂地源熱泵機(jī)組騙電敏4.0鹽714姐1kwh省/怎度優(yōu)0.6墓0.25慌0.15第水源熱泵機(jī)組聯(lián)（帶熱回收水品冷冷水機(jī)組）突電沫4.3靈664樣1kwh五/晌度畢0.6捐0.23迅0.14庫復(fù)合冷凝滅風(fēng)冷述熱泵吸（孕帶熱回收風(fēng)冷券冷水典機(jī)組槽）詢電環(huán)3.6叉794援1kwh影/壞度秘0.6滑0.28味0.17典型應(yīng)用緞利用冷凝熱回嫂收技術(shù)不僅可票以有效的節(jié)約瞇能源，變廢為曲寶，減少城市表熱污染，而且帽還可以帶來巨砍大的經(jīng)濟(jì)效益睬，紹現(xiàn)以某賓館集的中式空調(diào)系統(tǒng)拿改造后回收冷品凝熱為例石。爪此賓館有洗300旁個(gè)床位，人均呼每日用水量鵲200L飄/撲（許人奶·盾d礦）趨，衛(wèi)生熱水溫洞度為丸6厲0千℃怠，經(jīng)計(jì)算可得埋每日總用水量蹲6×計(jì)10乒4館L相/d齒。設(shè)定夏季水命溫平均溫度為補(bǔ)1濫8摔℃迅，經(jīng)計(jì)算可得敗每天制備衛(wèi)生隸熱水所需的總旁熱量為徐1058幣×銀104kJ/把d披。取電鍋爐的健熱效率為俊η那＝賣9攀0蘿％把，電價(jià)為勻1.00青元晨/籌（絕kW局·設(shè)h績）豎，經(jīng)計(jì)算可得振，電鍋爐每日糟耗電量為隨3265隱（薯kW澡·呼h嚇）注/d州，電費(fèi)為帽3265象元京/d電。空調(diào)制冷工豆況運(yùn)行時(shí)間為慈135d漿，經(jīng)計(jì)算可得紗，制冷工況下惕使用電鍋爐制蘋備衛(wèi)生熱水的砍年運(yùn)行費(fèi)用為艙44.1嚇×鋼104抄/a者。巖賓館總建筑面潤積約為反1.5頂×徑104m舟2帆，采用的建筑水冷源為水冷式野冷水機(jī)組，由況電熱水鍋爐供缺應(yīng)熱水。夏季蓬，空調(diào)系統(tǒng)全座天運(yùn)行，制冷佳壓縮機(jī)的平均渴制冷系數(shù)為悄3.0遵，單位面積冷邪負(fù)荷指標(biāo)為莊80w/m垮2使。經(jīng)計(jì)算可得絹，總設(shè)計(jì)冷負(fù)典荷為膀1200kW稠，最大冷凝熱掩排放量為咐1600kW璃。經(jīng)調(diào)查空調(diào)逃系統(tǒng)在制冷工島況時(shí)建筑物平余均冷負(fù)荷約為圖設(shè)計(jì)冷負(fù)荷的倚1/2鉗，則平均冷凝虎熱排放量約為設(shè)800kW賠，每日總冷凝依熱排放量約抱6900糖×舟104kJ/越d婚。由以上分析顧計(jì)算可知，利然用冷凝熱回收跡裝置可完全滿臂足制備衛(wèi)生熱訊水的熱量，每連年可節(jié)約運(yùn)行燕費(fèi)用源44.1潑×搏104湖元貌/a犁。鞋目前湖南省的隔長沙、株洲等才多家賓館，已別采用冷凝熱回磁收技術(shù)對原有尿空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行勤改造。最大的獅改造工程為某輔賓館制冷量為網(wǎng)1758.5抽kW示的離心壓縮式敲冷水機(jī)組，此婦機(jī)組改造后于沃2001惰年投入運(yùn)行，黎現(xiàn)已穩(wěn)定運(yùn)行提4輔年，產(chǎn)生巨大竭經(jīng)濟(jì)效益，每泡年可節(jié)約運(yùn)行霜費(fèi)用約煙40寫×普104構(gòu)元童/趣a播。開國內(nèi)主要廠家掛、企業(yè)廁目前金國內(nèi)拘關(guān)于社冷凝熱回收技僚術(shù)研究開發(fā)及慣生產(chǎn)辜的果企業(yè)和廠家年有章100旁多溫家擴(kuò)。太主要在北京、刷上海、濱山東、猜江蘇楊、全廣東等地尼(壇表探2鍛)蛇。壺表話2逆失國內(nèi)主要廠家玻地區(qū)分布紛地區(qū)眼廠家數(shù)量架代表性廠家乘北京聲23眾同方人工環(huán)境固有限公司、濫北京中科柱能源高科技有柜限公司、漁北京綠水節(jié)能腰技術(shù)有限公司上、堅(jiān)北京迪寶特暖燒通設(shè)備有限公同司般、北京格瑞那鄙換能技術(shù)有限東公司委等；佩上海拆15攔上海同菲達(dá)能辮源科技有限公腳司桃、也上海富田空調(diào)幫冷凍設(shè)備有限飲公司劇、趁上海國祥制冷掏工業(yè)有限公司戀、哥上海瀚藝?yán)鋬鲰殭C(jī)械有限公司屠、行上海恒良制冷誠空調(diào)設(shè)備有限莫公司只等付；縣山東養(yǎng)14糖山東煙臺藍(lán)德扇空調(diào)工業(yè)有限利公司、鄙山東綠特空調(diào)貸系統(tǒng)有限公司路、迎山東科靈空調(diào)孟設(shè)備有限公司憐、毛山東中大空調(diào)妹集團(tuán)有限公司論等；糠江蘇筍10牛南京天加空調(diào)牧設(shè)備有限公司拐、江蘇雅境冷級暖設(shè)備有限公鋒司、常州愛斯牙特空調(diào)設(shè)備有是限公司等蝕廣東膝33脂廣州恒星冷凍嘩機(jī)械制造有限清公司、才廣東省吉榮空宮調(diào)設(shè)備公司悟、滿深圳市弗勞德跑能源科技有限厭公司屬、佳東莞市高雅空負(fù)調(diào)制冷有限公暗司揀、納珠?；凵茉疵丶夹g(shù)發(fā)展有限枝公司冒等；們其他繩19球西安中亞科技骨發(fā)展有限公司跪、萬杭州科靈斯壯棍空調(diào)有限公司磁、娃大連瑞德偉業(yè)神空調(diào)機(jī)電設(shè)備艇工程有限公司沃重慶嘉陵制冷萄空調(diào)設(shè)備有限閃公司參等6結(jié)束語羊空調(diào)冷凝熱回涌收技術(shù)云是一項(xiàng)集節(jié)能肢、節(jié)費(fèi)、環(huán)保陷等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)于獵一身的新型技話術(shù)析。盡管