冷水机组热回收应用地探讨.doc

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冷水机组热回收应用探讨
曾振威(南区技术部)
前言
随着社会节能和环保意识的日益增强，一些原先被冷落的技术逐渐受到厂家和业主的青睐。对冷水机组的冷凝排热进展回收便是其中之一。不可否认，在一些场合，如医院，宾馆等，在供冷的同时，需要一定温度和流量的热水以满足需要。这时候热回收型冷水机组便表现其技术优势，但同时也对热水系统设计和运行提出了相应的要求，而且对机组的性能也有一定的影响。另外由于机组本身的问题，例如，热水温度的限制和机组在供冷的时候才能供热〔冬天使用热泵除外〕，使得该技术在实际应用中受到一定的制约，特别在冬天使用时，一些地区，由于室外温度的限制，并不能大规模减小常规燃煤燃气热水锅炉或电锅炉的规格，因此其发挥效益的时间一般在于夏季供冷的周期内。而且由于冷水机组冷负荷的变化，导致其热回收量也发生变化，这就导致应用此技术的实际回收期比理论的要长！
虽然热回收技术不是一个新的技术，但目前系统设计思路都是一些冷水机组厂家提出的，出于推广的需要，有些分析并不是完全准确，本文将从热水温度和回收量，系统设计，控制系统与投资回收期等四个方面进展探讨。
1 热水温度和回收量
热水温度和热回收量主要与热回收模式、冷凝器类型和蒸发器类型有关。
热回收共有两种模式[1]，一种是显热回收，也称之为局部热回收；另一种是潜热回收，也称之为全热回收。
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高温高压的冷媒蒸汽在冷凝器中一般要经历三个阶段[2]，如如下图1所示。如果仅回收过热段局部的能量，此时蒸汽不发生相变，因此回收的仅为蒸汽的显热，此热量大约为总排热量的12～15％[1]。该模式称之为显热回收模式。显热回收的特点是：
a回收的比例不大，一般为冷量的10％左右，这是因为考虑到换热效率的问题；
b回收的温度不高，对于风冷机组，最高出水温度为60℃左右；对于水冷机组，最高出水温度在50℃左右。这是因为风冷机组的冷凝温度和过热度均高于水冷机组的缘故；
c对冷水机组的性能〔COP〕的影响，加了热回收的冷水机组，如果其冷凝器与标准机组一致，由于一局部的热量被热水带走，相应地冷凝器承当的热量就减少，这样会有助于增加冷媒的过冷度，对机组提高效率是有利的[1]，这种情况只有在进展热回收的时候才能发生；
d与常规机组相比，本钱增加很少。
如果将过热度和凝结段的热量进展回收，如此称之为潜热回收〔全热回收〕，这时候，为了保证回收的温度和回收量，必须提高冷凝温度，显然，冷凝温度的提高将直接影响机组的制冷性能〔COP〕，它具有如下特点：
a回收的比例较大，一些厂家宣称其回收热量高达冷量的80％[3]；
b回收的温度较高，一些厂家的水冷机组其热水温度可高达65℃[3][4]；
c对冷水机组的性能〔COP〕影响很大，但一些国内厂家的热回收机组的COP与其相对应的标准机组的COP完全一致，这就有点匪夷所思了；
d与常规机组相比，本钱增加较大。
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目前商用冷水机组的冷凝器类型主要是水冷和风冷两种，两者的冷凝温度和过热度有很大的差异，一般而言，对于标准水冷机组，冷却水进出温度为32/37℃时，冷凝温度约为40℃左右，过热度为21℃左右〔R-22〕，11℃左右〔R-134a〕〔即排气温度分别为61℃和51℃左右〕。而对于标准风冷机组，当进风温度为35℃时，冷凝温度约为46℃左右，过热度为30℃左右〔R-22〕〔即排气温度约为76℃左右〕。这就是风冷机组可以获得比水冷机组更高热水温度的原因。也可以看出，在水冷机组中要得到60℃的热水是比拟困难的，除非大幅提高冷凝温度！
虽然粗看上去，热回收与蒸发器似乎没有什么关系，但实际上有很大的关系。
目前商用冷水机组一般采用壳管式蒸发器，它又分为两种，一种是满液式，冷媒在管外蒸发而载冷剂在管内流动；另外一种是直接蒸发式，也叫干式，冷媒在管内蒸发而载冷剂在管外流动。
满液式蒸发器中，冷媒流量被控制在一定的水平以保证铜管不露出液面，因此蒸发温度与吸气温度之间的差距很小，一般可以近似认为是一样的。而对于干式蒸发器，冷媒流量的控制是通过过热度来调节的，因此吸气温度与蒸发温度之间存在一个比拟大的温差。
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让我们再分析一下冷媒的压焓图，如如下图2，当蒸发温度一样时，对于压缩机而言，干式蒸发器的吸气温度显然比满液式蒸发器来得高，也就是说，假设用一样的压缩机，输入同样的功率，采用干式蒸发器的机组的排气温度可以比满液式蒸发器为高。
在目前的市场上，美国品牌的机组，出于提高蒸发温度〔提高机组COP〕的需要，在大冷量机组上一般采用满液式蒸