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热回收技术原理及其在冷水机组上的应用
热回收技术原理及其在冷水机组上的应用
来源:中制冷设备网    2009-5-9
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    1.前言 
    本世纪头二十年,我国经济将继续保持平稳较快的增长态势,然而能源的相对短缺已越来越成为制约我国经济持续健康发展的瓶颈,这一矛盾在今后相当长的时期内将长期存在,并且有愈加明显的趋势,同时,经济的高速发展也是以牺牲环境为代价的,如今人们赖以生存的环境已不堪重负。为此,国家确立了“节约与开发并重,节约优先”的能源方针,并提出“科学发展观”,“构建社会主义和谐社会”的全新发展理念。随着生活水平的不断提高和生产条件的日益改善,人们对生产生活环境也提出了更加严格的要求,如今,各类冷水机组已成为重要的实现方式,但伴随的却是巨大的能源消耗。因此,节能降耗理应成为全社会共同的责任,更是摆在每一家空调制造企业面前重大的课题。  


    2.单级蒸气压缩式制冷循环 

    如图1所示,压缩机吸收来自蒸发器的低温低压气态制冷剂,压缩成高温高压的制冷剂蒸气排入冷凝器,冷凝为中温(30℃—50℃)高压的制冷剂液体,经膨胀阀节流降压为低温低压的液态制冷剂(实际为气液混合物),进入蒸发器吸收被冷却介质的热量,成为低温低压的气态制冷剂,回到压缩机,完成一个制冷循环。  


    由热力学第一定律可知,φk=φ0 Pin 
    式中,Pin—压缩机吸收并压缩制冷剂消耗的功率; 
    φ0—制冷剂在蒸发器吸收的热量,即制冷量; 
    φk—系统通过冷凝器放出的热量。 


3.热回收技术 
    3.1热回收原理 
    从图1可知,机组经冷凝器放出的热量通常被冷却塔或冷却风机排向周围环境中,对需要用热的场所如宾馆、工厂、医院等是一种巨大的浪费,同时给周围环境也带来一定的废热污染。  


    热回收技术就是通过一定的方式将冷水机组运行过程中排向外界的大量废热回收再利用,作为用户的最终热源或初级热源。 

    如图2所示,压缩机排出的高温高压气态制冷剂先进入热回收器,放出热量加热生活用水(或其它气液态物质),再经过冷凝器和膨胀阀,在蒸发器吸收被冷却介质的热量,成为低温低压的气态制冷剂,返回压缩机。图中热回收器便是热量回收的载体,起着热量回收和转移的作用。根据热力学第一定律可以得到如下关系式, 
    φ¬k′ φ¬R=φ0′ P¬in′ 
    式中,P¬in′—压缩机吸收并压缩制冷剂消耗的功率; 
    φ0′—制冷剂在蒸发器吸收的热量,即制冷量; 
    φ¬R—制冷剂在热回收器中放出的热量,即热回收量; 
    φ¬k′—制冷剂在冷凝器中冷凝(或过冷)放出的热量。  


    3.2热回收类别 
    针对热回收器回收热量的多少,热回收又可以分为部分热回收和全热回收。其中,部分热回收只能回收冷水机组排放的部分热量,全热回收基本回收了系统排入环境中的全部热量。  


    3.3热回收器形式 
    根据使用场所的不同和用户终端的具体需求,热回收器可以采用多种不同的形式,如管壳式、板式、翅片管式、套管式等。  


    4.热回收技术在冷水机组上的一般应用 
    根据冷水机组通常的使用场所,一般以水作为热量回收的媒介,在此以制取免费卫生热水为例展开讨论。 

 

    如图3所示,由热回收技术原理可知,热回收器里通过的是高温高压的气态制冷剂(温度约70℃—85℃),在高温高压制冷剂通过热回收器的同时,利用循环水泵将常温的水送入热回收器,在热回收器里水与高温制冷剂蒸气进行热交换,制冷剂被冷凝的同时将水温升高,然后返回热水储存箱,水泵再次从储存箱中将水送入热回收器进行循环加热,使热水温度进一步升高。储存箱中的水经热回收器多次热交换,最终达到客户要求的水温(55℃-60℃左右)。当热水温度达到设定值时,循环水泵停止工作。  


    用户通过热水阀自储存箱中提取卫生热水,一旦水箱中水位降低,补水装置自动补水,此时水温开始下降,当水温降到低于设定值时,热水循环泵自行启动运转,再次通过热回收器对储存箱的水进行循环加热(前提是冷水机组在运行中),这样就确保储存箱中的热水温度维持在相对恒定的范围内。 


5.应用分析 
    部分热回收因为只回收了冷水机组运行过程中排放的部分热量,因此,经热回收器后的制冷剂仍是气相或气液相混合物,为保证制冷剂的完全冷凝和过冷,需经水冷冷凝器或风冷冷凝器的进一步冷凝,仍有部分余热排入大气中。当然,因为是部分热回收,所以热水温度相对较高,理论上无限接近压缩机的排气温度,通常可达60℃左右甚至更高,有效满足日常对卫生热水的需求。  


    全热回收基本回收了压缩机排放的全部废热(微少热量通过压缩机壳体和排气管路散失到外界环境当中),因为是全热回收,制取的热水温度较部分热回收低(通常为30℃—50℃),此时可以实现水冷冷水机组冷却水泵、冷却塔风机或风冷冷水机组风机停止工作。当然,若热量回收的过程中,冷却水泵、冷却塔风机或冷凝风机继续运转,等效于对从热回器流出的液态制冷剂的进一步过冷,从而提高了机组的效率即COP值,实践证明,COP值一般可以提高3%—5%。  


    6.结束语 
    通过热回收技术的应用,一方面减少了冷水机组运行过程中排放的大量余热,降低了对环境的废热污染,另一方面,由于制取免费的卫生热水,降低了对锅炉、电加热器等传统加热设备的过度依赖,同时,对液态制冷剂的进一步过冷作用,提高了冷水机组的能效比,改善了机组的运行条件,并提高了机组的运行寿命,整体上降低了企业的综合运营成本。  


    因此,热回收技术具有重大的现实意义和较高的社会效益,具有节能、环保、节约运行费用的特点,在一定程度上体现了国家正在创建“节约型社会”的总体目标,理应在整个行业和全社会大力推广。  


    参考文献 
    1《制冷技术及其应用》(第1版)主编彦启森副主编申江石文星中国建筑工业出版社 
    2《小型制冷装置设计指导》(第1版)主编吴业正机械工业出版社

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