“制冷、制熱、衛(wèi)生熱水”型空氣源熱泵系統(tǒng)及分析

1、“制冷、制熱、衛(wèi)生熱水型空氣源熱泵系統(tǒng)及分析摘要：本文結(jié)合實際提出一種小型中央空調(diào)用“制冷、制熱、衛(wèi)生熱水型空氣源熱泵系統(tǒng)，可以利用空調(diào)局部冷凝熱提供生活用衛(wèi)生熱水。該系統(tǒng)可與家用中央熱水系統(tǒng)連接。本文也闡述了系統(tǒng)各部件的設(shè)計修正，并對該系統(tǒng)進(jìn)展了全年運行分析。關(guān)鍵詞：小型中央空調(diào)熱泵熱水熱回收0前言在全世界共同面臨越來越升溫的能源危機(jī)面前，我國作為耗能大國，能量利用率仍然不高，但是隨著國家各種政策鼓勵、法規(guī)限制、獎勵機(jī)制的促進(jìn)，人們對節(jié)能越來越關(guān)注。在能源收支平衡中，熱損失占很大一局部，空調(diào)系統(tǒng)中的冷凝熱屬于低溫余熱，利用方便而且從焓平衡角度來看，熱損失也不大。在我國，中央空調(diào)在運行時產(chǎn)生大

2、量的冷凝熱，白白排放至大氣環(huán)境中，造成可用能量的損失。同時采用中央空調(diào)的酒店、賓館全年需要提供熱水，一般采用蒸汽供熱水，由于冬高夏低的熱水需求量，按照冬季熱水需求設(shè)計的鍋爐在夏季常常處于低負(fù)荷運行。如可以回收冷凝熱產(chǎn)生衛(wèi)生熱水，滿足夏季熱水需求，在冬季分擔(dān)鍋爐供熱量，降低能耗，將是一條變廢為寶的節(jié)能途徑。1系統(tǒng)1.1不帶熱回收的風(fēng)冷冷熱水機(jī)組制冷循環(huán)圖1用全封閉往復(fù)式壓縮機(jī)地風(fēng)冷熱泵機(jī)組lgp-h圖由圖1，25點的過程為整個冷凝過程，其中23點是制冷劑的過熱段放顯熱，34點制冷劑放潛熱，45點是過冷段放顯熱過程。在制冷工況下運行，4蒸發(fā)，49冷凝，5吸氣過熱，5節(jié)流過冷，冷凝熱可達(dá)制冷量的1.

3、151.3倍。等熵時，壓縮機(jī)排氣口t2s為70左右，實際中，壓縮機(jī)排氣過熱,t2可到達(dá)83左右，有可能提供5565的生活熱水。以R22為例，單位制冷劑可回收的低溫余熱為2-3段的熱量，占冷凝熱的17%左右，剩余的液相可冷凝的熱量仍大于6-1可蒸發(fā)的熱量，故即使有局部熱量被回收后，在冬季仍可以滿足設(shè)計的熱負(fù)荷。1.2帶熱回收的風(fēng)冷冷熱水機(jī)組1.2.1本熱回收機(jī)組的裝置示意圖:1壓縮機(jī)9熱力膨脹閥17除垢裝置2電磁三通閥10單向閥18水壓傳感器3熱回收換熱器11單向閥19空調(diào)出水溫度傳感器4電磁四通閥12單向閥20出水管5空氣側(cè)換熱器13熱力膨脹閥的感溫包21進(jìn)水管6風(fēng)機(jī)14氣液別離器22生活熱水

4、出水管7單向閥15空調(diào)水泵23自來水進(jìn)水管8高壓貯液器16水側(cè)換熱器圖2熱回收機(jī)組裝置示意圖制冷劑循環(huán)回路：壓縮機(jī)1的排氣口依次連接四通閥4，空氣側(cè)換熱器5，單向閥7，高壓貯液器8，熱力膨脹閥9，單向閥11，水側(cè)換熱器16，四通閥4，氣液別離器14，再返回壓縮機(jī)1的吸氣口，在單向閥11出口與單向閥7的出口之間設(shè)置單向閥12，熱膨脹閥9的感溫包13安裝在四通閥4與氣液別離器14之間的連接收路上；1.2.2本熱回收機(jī)組的特征1在該空調(diào)裝置的壓縮機(jī)的排氣口與四通閥入口之間設(shè)置一個熱回收換熱器，該壓縮機(jī)的排氣管與熱回收換熱器內(nèi)部的制冷劑通道的入口相連，該熱回收換熱器的出口與四通閥的入口相連，生活熱水通

5、道的進(jìn)出口分別與生活熱水進(jìn)水管和熱回收換熱器水通道的入口相連。2在該空調(diào)裝置的壓縮機(jī)的排氣口和熱回收換熱器之間設(shè)置電磁三通閥，電磁三通閥的入口和壓縮機(jī)的排氣口相連，另兩個出口分別與四通閥的入口和熱回收換熱器制冷劑通道的入口相連，熱回收換熱器制冷劑通道的出口與四通閥的入口相連。3為解決傳統(tǒng)方案中生活熱水管路容易結(jié)垢的問題，除了在熱水管路增設(shè)除垢裝置外，還在壓縮機(jī)排氣管和熱回收換熱器之間設(shè)置電磁三通閥，利用電磁三通閥轉(zhuǎn)換高溫制冷劑的流向，在熱水裝置不進(jìn)展供熱水運行時，使高溫氣態(tài)制冷劑不經(jīng)過熱回收制冷劑而直接旁通進(jìn)入電磁四通閥，防止了高溫氣態(tài)制冷劑將熱回收換熱器內(nèi)的水繼續(xù)加熱而導(dǎo)致熱水管路結(jié)垢。2部

6、件組成2.1壓縮機(jī)該熱回收機(jī)組的壓縮機(jī)選型與普通風(fēng)冷冷熱水機(jī)組一致,即根據(jù)各種型號壓縮機(jī)的制冷量和蒸發(fā)溫度、冷凝溫度的關(guān)系曲線性能曲線一般由制造廠提供。假設(shè)無性能曲線作為參考，可按壓縮機(jī)產(chǎn)品樣本所提供的輸氣量選型。本文前面舉例指出，可回收的熱量理論上可以到達(dá)17%，但在實際運行中，由于換熱一側(cè)是氣相，熱阻較大，即使采用高換熱效率的板式換熱器，可能也達(dá)不到這么多。以設(shè)計一臺20k的熱回收機(jī)組為例，根據(jù)一般工程實例，賓館所需的熱水供熱量約為其制冷量的20-30%5，可適中選取稍大容量的壓縮機(jī)，即蒸發(fā)溫度和冷凝溫度不變，制冷量進(jìn)步為設(shè)計負(fù)荷的1.2-1.3倍，滿足熱水的供熱量。在本文中，設(shè)計本身還是

7、以保證制冷效果為前提的，盡可能回收余熱。在冬季熱水需求較大的情況下，還需要使用輔助熱源。2.2空氣側(cè)換熱器設(shè)計空冷冷凝器時,熱負(fù)荷為圖1lgp-h圖上制冷劑5點與3點的焓差值,小于無熱回收的機(jī)組的設(shè)計熱負(fù)荷，因為局部冷凝熱用于熱回收，被熱回收換熱器承當(dāng),所以本機(jī)組的空冷冷凝器的換熱面積必然較無熱回收的機(jī)組的空冷冷凝器的換熱面積校冬季進(jìn)展校核計算，由圖1lgp-h圖計算可得，冬季3-5段冷凝放熱量仍略大于設(shè)計負(fù)荷，而且由于選型時適當(dāng)?shù)姆糯罅藟嚎s機(jī)的容量，可以滿足冬季的供熱量。2.3熱回收換熱器該機(jī)組的熱回收換熱器，熱回收過程為圖1lgp-h圖上從2點至3點的過程，高溫高壓的制冷劑氣體從壓縮機(jī)排出

8、，將其氣體顯熱與自來水在熱回收換熱器中交換，以加熱自來水，從而獲得5565的生活熱水。換熱量為圖1lgp-h圖上制冷劑3點與2點的焓差值。夏季自來水進(jìn)水溫度2830，生活熱水出口溫度65，結(jié)合制冷劑進(jìn)出口的溫度計算出平均溫差t，只有5-40，所以只有小流量連續(xù)制備熱水，由式A=Q/(Kt),需要估算熱回收換熱器的傳熱系數(shù)。對于小型中央空調(diào)，熱回收負(fù)荷較小，氣相側(cè)熱阻大，一般選用板式換熱器或板翅式換熱器。自來水循環(huán)量:得到傳熱系數(shù)后，自來水的循環(huán)量就可依式=Q/(pt)算得。2.4水側(cè)換熱器水側(cè)換熱器在夏季即為蒸發(fā)器。其選用或設(shè)計方法與普通風(fēng)冷冷熱水機(jī)組一致，當(dāng)壓縮機(jī)選稍大容量時，根據(jù)新的負(fù)荷確

9、定蒸發(fā)器的傳熱面積、選擇適宜的蒸發(fā)器及計算載冷劑水流量。3系統(tǒng)分析3.1夏季單獨制冷時:空調(diào)裝置制冷運行，但用戶不使用熱水時，壓縮機(jī)1運行，四通閥4關(guān)閉制冷工況，空調(diào)水泵15運行，此時，電磁三通閥2關(guān)閉，切斷高溫制冷劑流向再熱器3的流道，而旁通進(jìn)入四通閥4，制冷劑經(jīng)過四通閥4在空氣側(cè)換熱器5內(nèi)冷凝成高壓液態(tài)制冷劑，并沿單向閥7流入高壓貯液器8，經(jīng)熱力膨脹閥9節(jié)流降壓后，沿單向閥11進(jìn)入水側(cè)換熱器16內(nèi)，吸收經(jīng)空調(diào)水泵15返回的空調(diào)用水的熱量而蒸發(fā)，最后經(jīng)四通閥4、氣液別離器14返回壓縮機(jī)1，實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的制冷運行。3.2夏季制冷及供熱水結(jié)合運行時:空調(diào)裝置制冷運行，且用戶使用熱水時，壓縮機(jī)1運

10、行，四通閥4關(guān)閉，空調(diào)水泵15運行，此時，水壓傳感器18指令電磁三通閥2開啟，切斷直接進(jìn)入四通閥4的高溫制冷劑流道，使高溫制冷劑旁通到熱回收換熱器3，高溫氣態(tài)制冷劑在熱回收換熱器3中釋放局部熱量后，進(jìn)入四通閥4，其后制冷劑的流動方向和單獨制冷時一樣。在熱水裝置中，自來水經(jīng)生活熱水進(jìn)水管進(jìn)入除垢裝置17后流入熱回收換熱器3中，利用壓縮機(jī)排氣的局部熱量加熱后，經(jīng)水壓傳感器18、生活熱水出水管22流向用戶。3.3冬季單獨采暖時:空調(diào)裝置采暖運行時，但用戶不使用熱水時，壓縮機(jī)1運行，四通閥4開啟，空調(diào)水泵15運行，此時，電磁三通閥2關(guān)閉，切斷高溫制冷劑流向熱回收換熱器3的流道，而旁通進(jìn)入的四通閥4，制

11、冷劑經(jīng)過四通閥4，流入水側(cè)換熱器16，在水側(cè)換熱器16內(nèi)將熱量釋放至空調(diào)熱水中并冷凝成高壓液態(tài)制冷劑，并沿單向閥12流入高壓貯液器9，經(jīng)熱力膨脹閥9節(jié)流降壓后，單向閥10進(jìn)入空氣側(cè)換熱器5內(nèi)，吸收室外空氣的熱量而蒸發(fā)，最后經(jīng)四通閥4、氣液別離器14返回壓縮機(jī)，實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的采暖運行。3.4冬季采暖及供熱水結(jié)合運行時:空調(diào)裝置采暖運行，且用戶使用熱水時，壓縮機(jī)1運行，四通閥4開啟，空調(diào)水泵15運行，此時，水壓傳感器18指令電磁三通閥2開啟，切斷直接進(jìn)入四通閥4的高溫制冷劑流道，使高溫制冷劑旁通進(jìn)入熱回收換熱器3，高溫制冷劑在熱回收換熱器3中釋放局部熱量后，進(jìn)入四通閥4，其后制冷劑的流動方向和單獨

12、采暖時一樣。在熱水裝置中，自來水經(jīng)生活熱水進(jìn)水管進(jìn)入除垢裝置17后流入熱回收換熱器3中，利用壓縮機(jī)排氣的局部熱量加熱后，經(jīng)水壓傳感器18、生活熱水初水管22流向用戶。4結(jié)論一般風(fēng)冷冷水機(jī)組在運行時放出大量冷凝熱，本機(jī)組在壓縮機(jī)的排氣口與四通閥入口之間設(shè)置一個熱回收換熱器，在保證制冷循環(huán)不受影響的前提下，在空調(diào)運行時，回收一局部冷凝熱，即高溫高壓的制冷劑氣體的氣體顯熱，制造生活熱水，適用于賓館、酒店。夏季由于熱水用量較冬季小，可以完全由本熱回收換熱器提供熱水，無需輔助熱源；冬季，由于熱水用量較大，必須使用輔助熱源。從經(jīng)濟(jì)性分析可知，該機(jī)組保證制冷循環(huán)的同時，僅增加了一臺熱回收換熱器，系統(tǒng)選型時，負(fù)荷可按設(shè)計所需制冷量的1.2-1.3倍計算，以最大可能的回收余熱，承當(dāng)夏季供熱水的需求，；冬季假如熱水需求量較大，那么采用輔助熱源二次加熱，而沒有無限制的選大容量的部件來滿足冬季供熱水，造成空調(diào)制冷或制熱量的浪費。參考文獻(xiàn)1郭慶堂吳進(jìn)發(fā)，簡明空調(diào)用制冷設(shè)計手冊，北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.42蔣能照張華，家用中央空調(diào)實用技術(shù)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.33楊學(xué)麟，板式換熱器工程設(shè)計手冊，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19954