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热回收型户式风冷冷(热)水机组在家庭中的应用
热回收型户式风冷冷(热)水机组在家庭中的应用
来源:中制冷设备网    2009-5-31
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    摘要:本文根据热回收型户式风冷冷(热)水机组多用途的节能运行特点,通过对具体工程实例的设计,从实用性、经济性、节能及环保等因素进行比较分析。


关键词:热回收型、户式风冷冷(热)水机组、系统特点、运行成本、节能、环保


引言:
    随着我国经济的持续发展,人民生活水平得到不断提高,高档住宅、别墅楼及小型办公场所的涌现,人们在享受空调的舒适性的同时,生活热水供应是提高生活质量的必然;与此同时,能源的消耗也在不断的加大,而能源紧缺已突显多年,特别是电力供应的严重不足,导致很多地区特别是南方经济较发达地区不得不采取拉闸限制用电的措施,这样给人们的工作和生活带来了极大影响,节能技术的应用已成为全社会关注的热门话题。在整个建筑能耗中,空调耗能约占整个建筑能耗的60~70%,多用途的空调节能产品将成为用户的首选。热回收型户式风冷冷(热)水机组是一种多用途的户式中央空调,它在制冷、制热的同时还能为用户随时提供50~60℃的生活热水,为用户的生活带来了极大的便利,其工作原理是采用热回收技术,在夏季通过回收压缩机高温排气的热量制成生活热水,达到冷热联供,充分利用余热,大大提高机组效率;冬季切换为热泵模式运行,吸收大气热能通过热泵循环制成采暖和生活热水,从而实现制冷、采暖、生活热水一机多用的目的。在此以广东志高热回收型户式风冷冷(热)水机组在家庭住宅的设计应用进行分析。


一、工程概况
该工程位于南方地区,户型住宅建筑面积为260平方米,其功能用房有餐厅、客厅、主人房、小孩房、书房、客房、厨房及卫生间等。需要使用空调的场所为餐厅、客厅、主人房、小孩房、客房,实际空调建筑面积为163平方米;厨房与卫生间需要提供生活热水。


二、空调设计依据及主要参数
1、设计依据
《采暖通风与空气调节设计规范》(GBJ 19-87)2001年版
《空气调节设计手册》(中国建筑工业出版社,第2版)
《通风与空调工程施工及验收规范》(GB50243-97)
《建筑设计放火规范》(GBJ 16-87)2001年版
《家用中央空调实用技术》(蒋能照主编)


2、甲方要求
空调系统的使用要满足夏季制冷、冬季供暖需求,同时可为家庭24小时内提供充足的生活热水;并本着节省投资、降低运行成本、提高系统效率及可靠性的原则进行设计。


3、主要设计参数
①、室外设计参数
表1  室外设计参数
 夏季冬季
大气压力(hPa)1004.51019.5
室外计算干球温度(℃)33.55
室外计算湿球温度(℃)27.7-
相对湿度(%)8370
室外风速(m/s)1.82.4

②、室内设计参数
表2  室内设计参数
空调区域夏季冬季新风量
(m3/人•h)噪声
dB(A)
设计温度℃相对湿度(%)设计温度℃相对湿度(%)
餐厅24≤6520≥403035~45
客厅24≤6522≥403035~45
主人房24≤6020≥305030~40
小孩房25≤6020≥305030~40
客房25≤6020≥305030~40
书房25≤6020≥305030~40

③、生活热水设计参数
根据用户要求生活热水设计水温为50~65℃,用水量每人每天为150~200升。


三、负荷计算与设备选型
由于工程位于南方城市,冬季室外气温均在5℃以上,需采暖的时间不长,空调使用主要是以夏季制冷为主,工程中冷负荷设计包括外围护结构传热、设备散热、人体散热、照明散热及新风负荷等,各种负荷得热的依据是按照《实用供热空调设计手册》中的计算方法计算,同时结合空调场所的具体情况以及用户对空调使用场所舒适性的特殊要求等,各空调使用房间冷配置与设备选型按下表:
名称面积(m2)冷负荷(W/ m2)总冷量(W)对应设备数量(台)备注
餐厅183005.4FP-101 
客厅4725011.75FP-251 
主人房362007.2FP-161 
小孩房181803.24FP-81 
客房1131802.34FP-51 
客房2111801.98FP-51 
书房201603.2FP-7.11 
厨房11    只做排风

 

生活热水供应按5人需求计算,每天每人需50~60℃热水200升(0.2吨),则每日使用的热水总量为1000升(1.0吨)。
根据上述可知室内所需空调总冷负荷为35.11KW,由于住宅空调系统的同时使用率较低,如白天主要用于餐厅、客厅与书房,而晚上则用于卧室、书房等,经核算白天所需的总冷负荷相对较大,选择的主机设备如能满足白天的负荷要求则必能满足晚上负荷需要,即总冷负荷为20KW即可,同时需提供满足50~60℃的生活热水1000升(1.0吨)。为了满足在制冷、供暖的同时还能提供生活热水,主机选用志高热回收型户式风冷冷(热)水机组HLR20/TLR一台,其制冷/制热量分别为20/21.8KW,每小时能产生8KW的生活热水量1.3m3。热回收系统中空调用水与生活热水系统流程示意图如下:
 

 

四、工程设计
本工程空调实际使用面积为163平方米,占建筑面积的62.7%。空调系统采用热回收型风冷冷(热)水机组加风机盘管的运行方式,主机在制冷、制热的同时能为用户提供50~60℃的生活热水,既提高了系统的综合利用率,又节省工程投资、降低运行成本,为用户的生活带来了方便;该风冷热泵主机的制冷效率为2.94,且其振动小、噪音低,为保证主机运行通风换热良好将其安装于北面的阳台之上;室内末端选用冷水卧式暗装风机盘管,其气流组织方式为侧送上回,即能配合装修节省安装空间、增强室内的整体美观性,又能灵活改变气流方向、使室内避免出现空调“盲区”,实现了中央空调室内舒适、美观、大方的整体效果;水系统由于供回水管路不长,为了节省投资采用双管制的异程式系统,在主机进、出水口处设置有减震管、压力表、温度计,水系统的最低处设置有排污阀、最高处设置有自动排气阀,末端进、出水管接口加设软接及控制阀门,同时在高于水系统1.5m以上距离设置膨胀水箱、以保证系统水压力平衡;冷凝水排放采用集中就近的排放原则并保证足够坡度的情况下统一排至卫生间内;生活热水采用保温水箱储存,水箱容积为1.0m3并安装于储物间内。该系统空调平面布置图如下所示:


五、系统特点
采用热回收型风冷冷(热)水机组加风机盘管的空调系统,在为用户提供制冷、制热的同时还能供应50~60℃的生活热水,从而实现了一机多用,系统具有如下特点:


1、安全可靠:在进行制冷、制热及提供生活热水时,仅用少量的电能和空气中的热量就可达到使用目的,不需燃油、燃气或液化石油气等矿物燃料,没有燃烧生成物、有害气体,没有火灾、爆炸的危险,因此十分安全。
2、节能环保:利用机组本身的排气热量的回收,一方面满足生活中需要的热水,节省了一般生活热水需要的能源消耗,同时也提高了机组的使用效率,特别是制冷季节热水的供应几乎是免费提供;另一方面,机组在提供生活热水的过程中,无任何CO2、NOX等温室气体和有害气体排放,使用的热源为清洁的空气、水以及电能,不会造成周围任何环境污染,属于绿色环保产品。
3、应用灵活、方便:可与多类型的冷水末端配合使用,并可根据具体情况选择末端数量,机组采用微电脑程序控制,可轻松自如地操控机器,以满足各种环境的需要;有良好的控制系统和蓄热水箱,可以做到每日充沛的供水量和满足每日高峰供水的需要。蓄热水箱设有液位和温度的控制,保证水温低、液位低时,可自动进行蓄热或补水;热水多了,可以由蓄热水箱调节储存。因而,热回收型热水系统的供水温度稳定可靠,供水量充足,有力地保证了家庭生活热水的24小时安全使用。
4、协调统一性强:空调系统冷、热源与热水供应合为一体,既体现出传统中央空调的优势,又避免了家用分体机因外机多而影响室外整体美观感,同时还实现了用户的个性化需求;集中热水的供应也改变了室内的传统布局,蓄热水箱安置于闲置的场所,在节省空间的同时也避免投资的浪费。主机设备的一机三用实现了系统的统一、协调。
5、安装简单、维护方便:热回收型风冷冷(热)水机组无须水冷机组的冷却水系统、生活热水热源辅助设备等,使工程设计及安装得以简化;侧送风方式的采用可以减少机组安装使用的空间;操作、维护管理简单方便,且无须专人看管。
6、工程实用性强:热回收型户式风冷冷(热)水机组实现了制冷、供热的情况下实现了生活热水的供应。冷热源集中为一体,为用户的生活带来方便的同时也美化了外部环境,避免了安装其它类型的空调时室外机过多、空调与热水器的双重投资及能源消耗的增加,为用户节省了设备成本的同时还降低运行费用;中央热水的储存与供应消除用户对其他热水器因能源紧张而影响生活热水使用的后顾之忧,且节约了其他热源热水器及系统的设备成本与初装费用,真正体现了舒适、经济、节能的特点,在现代家庭住宅中具有很强的实用性。


六、系统运行分析
家庭生活中,在享受空调系统所带来的舒适性的同时还需要生活热水的供应。生活中选择什么样的节能电器以成为用户消费思考的主题。热回收型户式风冷冷(热)水机组由风冷热泵系统与冷凝段热回收系统组成,机组在制冷工况运行,为空调系统提供冷冻水,同时启动热回收装置,利用机组运行所排出的废热加热生活热水;机组在制热工况下运行,既提供空调系统冬季采暖热源,又为用户提供生活热水;在过渡季节空调系统停止运行,机组相当于独立的空气源热水器在热工况运行提供生活热水,并通过自动控制装置自动维持生活热水箱内的水温恒定。
由于户式风冷冷(热)水机组在制取相同冷/热量的情况下,其能效比要高于家用分体空调器及户式变频中央空调机组;另外户式风冷冷(热)水中央空调系统更是传统大型中央空调系统的小型化。因此选择风冷冷(热)水型户式中央空调以成为家庭时尚节能产品消费的主流。而带热回收型户式风冷冷(热)水中央空调机组不仅制冷/制热工况下能效比高,而且还能随时提供50~60℃的生活热水,充分利用热回收的优势大大提高机组的整体运行效率,使用户的生活成本得到了极大的节约,特别在为用户提供生活热水方面,从节能性、舒适性、安全性与可靠性都更优。在此就热回收型户式风冷冷(热)水空调系统在家庭住宅的应用中制取生活热水的运行成本与其他用电、液化气及管道煤气等热水器在制取生活热水时的经济性作简要分析:


1、各种热源热值参数
名称热值热效率实际热值
电热水器860千卡/度90%774千卡/度
液化气10800千卡/kg70%7560千卡/kg
管道煤气3800千卡/m380%3040千卡/m3
热回收机组860千卡/度夏季、过渡季节:380%3268千卡/度
冬季:120%1032千卡/度

2、每日生活热水耗热总量
前述可知,该住宅中生活热水供应按5人需求计算,每天每人用热水量根据用户要求为200升(0.2吨)设计,则每日需要的热水总量为1000升(1.0吨),现设定提供的热水温度为55℃,因此各季节热水耗热总量为:
(1)、夏季
自来水温度按25℃计算
耗热总量Qx=1000L×1kcal/kg·℃*(55℃-25℃)=3.0×104 kcal
(2)、冬季
自来水温度按10℃计算
耗热总量Qd=1000L×1kcal/kg·℃*(55℃-10℃)=4.5×104 kcal
(3)、过渡季节
自来水温度按15℃计算
耗热总量Qd=1000L×1kcal/kg·℃*(55℃-15℃)=4.0×104 kcal
3、住宅具体的冷、热源需求情况下表:
季度供暖季节过渡季节供冷季节过渡季节
月份1223456789101112
需要热水月份             
             
需要供暖月份             
  
需要供冷月份             
      


注:每个月按30天计,供冷季节天数为6×30天=180天、供暖季节天数为一个半月即1.5×30天=45天、过渡季节天数为四个半月即4.5×30天=135天。


4、运行经济分析
以热回收型户式风冷冷(热)水机组与用电、液化气、管道煤气等热水器供应生活热水进行经济比较(运行单价分别按电:0.6元/度;液化气:6.0元/kg;管道煤气:2.5元/m3,每月按30天计),运行费用为:耗热总量÷实际热值×单价×天数:


(1)供冷季节运行费用
电热水器:日运行费3.0×104 千卡÷774千卡/度×0.6元/度=23.26元
运行费总计23.26元/天×180天=4186.80元
液化气:日运行费3.0×104 千卡÷7560千卡/㎏×6.0元/㎏=23.81元
运行费总计23.81元/天×180天=4285.80元
管道煤气:日运行费3.0×104 千卡÷3040千卡/m3×2.5元/ m3=24.67元
运行费总计24.67元/天×180天=4440.60元
热回收型户式风冷冷(热)水机组:
日运行费3.0×104 千卡÷3268千卡/度×0.6元/ 度=5.51元
运行费总计5.51元/天×180天=991.80元


(2)供暖季节运行费用
电热水器:日运行费4.5×104 千卡÷774千卡/度×0.6元/度=34.88元
运行费总计34.88元/天×45天=1569.60元
液化气:日运行费4.5×104 千卡÷7560千卡/㎏×6.0元/㎏=35.72元
运行费总计35.72元/天×45天=1607.40元
管道煤气:日运行费4.5×104 千卡÷3040千卡/m3×2.5元/ m3=37.01元
运行费总计37.01元/天×45天=1665.45元
热回收型户式风冷冷(热)水机组:
日运行费4.5×104 千卡÷1032千卡/度×0.6元/ 度=26.16元
运行费总计26.16元/天×45天=1177.20元


(3)过渡季节运行费用
电热水器:日运行费4.0×104 千卡÷774千卡/度×0.6元/度=31.01元
运行费总计31.01元/天×135天=4186.35元
液化气:日运行费4.0×104 千卡÷7560千卡/㎏×6.0元/㎏=31.75元
运行费总计31.75元/天×135天=4286.25元
管道煤气:日运行费4.0×104 千卡÷3040千卡/m3×2.5元/ m3=32.89元
运行费总计32.89元/天×135天=4440.15元
热回收型户式风冷冷(热)水机组:
日运行费4.0×104 千卡÷3268千卡/度×0.6元/ 度=7.34元
运行费总计7.34元/天×135天=990.90元
通过以上各季节的运行费用计算,采用各种热源制取热水的全年运行费用为:供冷季节运行费用 供暖季节运行费用 过渡季节运行费用,即
电热水器:4186.80 1569.60 4186.35=9942.75(元)
液化气:  4285.80 1607.4 4286.25=10179.45(元)
管道煤气:4440.60 1665.45 4440.15=10546.20(元)
热回收型户式风冷冷(热)水机组:
991.80 1177.20 990.90=3159.90(元)
从以上计算分析比较得出,家庭中如采用热回收型户式风冷冷(热)水机组在进行空调制冷、制热的同时可随时提供50~60℃的生活热水,不仅方便用户生活,而且制取生活热水时花费的成本极低,制取全年生活热水的运行费用只相当于电热水器的31.78%、液化气的31.04%及管道煤气的29.96%,其经济性是极为可观的,而且具有环保、安全性强,设备寿命长,使用舒适方便等优点,从表中可以更为直观的表现出来:
种 类 名 称热回收机组管道煤气热水器电热水器燃气热水器
环保性无污染有污染无污染有污染
安全性安全较危险较危险较危险
设备寿命15~20年5年5年5年
舒适方便实用管线供水热水量大,多处同时使用连续供水,即开即有即用恒温热水受管网系统影响较大,只能区域性用水。热水量受电功率限制,间断性供水,需预先加热,才有热水。只能区域性用水。

 
七、结论
近年来,空调热回收系统在我国已经逐渐得到推广与应用,其经济节能性也已被用户所认可,特别是生活热水的提供,为人们的生活与工作都带来了极大便利的同时也使生活质量得以提高,并将成为家庭住宅、小型办公场所及宾馆等首选的空调系统。热回收型户式风冷冷(热)水机组虽然节能效果显著,但在工程设计中需要根据实际考虑,方能达到设备投资与运行能耗的最大节约。
参考文献:
[1]《采暖通风与空气调节设计规范》(GBJ 19-87)2001年版
[2]《空气调节设计手册》(中国建筑工业出版社,第2版)
[3]《家用中央空调实用技术》(蒋能照主编)
作者简介:
简历:潘亚平(1968~),男,湖南益阳人,硕士研究生,从事中央空调市场研究与推广工作
E-mail:chigoljm@163.com
欧国满(1977~)男,贵州黎平人,工程师,从事暖通空调设计与安装工作.
电话:0757-85636846/83662639
地址:广东省佛山市南海区里水镇志高工业区

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