關于環(huán)保空調(diào)的討論

關于環(huán)?？照{(diào)的討論1.空調(diào)冷凝熱熱回收的可行性常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)主要由制冷劑循環(huán)、冷卻水循環(huán)、冷凍水循環(huán)和空氣循環(huán)組成。在制冷劑循環(huán)中，氣態(tài)的制冷劑在壓縮機內(nèi)被壓縮，溫度升高、壓力增大；通過排氣管，高壓的氣態(tài)制冷劑進入冷凝器中被冷卻水冷卻，變成高壓液體；通過節(jié)流閥，壓力降低，高壓制冷劑變成低壓含少量氣體的氣液混合物；其后制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)定壓（低壓）下吸收大量蒸發(fā)器里冷凍水的熱量，蒸發(fā)變成低壓的氣態(tài)制冷劑；氣態(tài)制冷劑通過吸氣管路再回到壓縮機內(nèi)。在冷卻水循環(huán)中，冷卻水在冷凝器中吸收了制冷劑的熱量后，由泵送到冷卻塔的上部噴下，與逆流（上升）的空氣進行熱濕交換，冷卻水溫度降低。冷卻水再泵送到冷凝器與制冷劑進行熱交換，溫度升高，如此循環(huán)?？照{(diào)房間的冷負荷（即熱量）通過蒸發(fā)器進入制冷劑循環(huán)，變成冷凝排熱的一部分，再通過冷卻水循環(huán)排到大氣中去[2]。因此，對于常規(guī)空調(diào)制冷機，其主要作用是空氣調(diào)節(jié)，空調(diào)系統(tǒng)的冷凝熱直接排放到大氣中未加以利用。制冷機組在空調(diào)工況下運行時向大氣環(huán)境排放大量的冷凝熱，通常冷凝熱可達制冷量的1.15～1.3倍[3]。大量的冷凝熱直接排入大氣，白白散失掉，造成較大的能源浪費，這些熱量的散發(fā)又使周圍環(huán)境溫度升高，造成嚴重的環(huán)境熱污染。若將制冷機放出的冷凝熱予以回收用來加熱生活熱水和生產(chǎn)工藝熱水，不但可以減少冷凝熱對環(huán)境造成的污染，而且還是一種變廢為寶的節(jié)能方法。近年來，對空調(diào)系統(tǒng)冷凝排熱熱回收的研究也越來越多。2.我國空調(diào)冷凝熱熱回收現(xiàn)狀隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，我國空調(diào)的普及率迅猛增長；同時，由于人們生活習慣的改變和對清潔衛(wèi)生要求的提高，住宅建筑越來越重視衛(wèi)生生活熱水的供應。而目前國內(nèi)家庭日常生活中所需要的熱水供應大部分是通過專門的熱水加熱器來提供。這進一步加劇了世界范圍內(nèi)的能源緊缺和環(huán)境污染問題，引起了各個國家的高度重視。因此，近年來我國對空調(diào)系統(tǒng)冷凝排熱熱回收制備生活熱水等的研究越來越多。2.1

冷凝熱熱回收的分類冷凝熱利用方式主要可分為直接式和間接式。直接式是指制冷劑從壓縮機出來后進入熱回收器直接與自來水換熱制備生活熱水。間接式是指利用常規(guī)空調(diào)的冷凝器側排出的高溫空氣或37度的水來加熱制備生活熱水。間接式由于要增加的設備比較多，換熱效率比較低，所以該技術不易推廣。直接式又可以分為兩類，一種是只利用壓縮機出口蒸汽顯熱，蒸汽顯熱一般占全部冷凝熱的15﹪左右[4][5]，按照熱水的需求量和顯熱量計算得出熱回收器的片數(shù)，其它的冷凝熱在冷凝器中被冷卻水帶走；另一種是利用全部的冷凝熱。這兩種比較由于前者只利用蒸汽顯熱，熱回收器的壓降比較小，使得冷凝器中壓力比較穩(wěn)定對制冷影響比較小。2.2

冷凝熱熱回收的形式我國近年來研究應用的冷凝熱熱回收形式主要有以下幾種：2.2.1雙冷凝器熱回收技術榮國華[6]提出：夏季利用制冷機冷凝器加熱自來水可以提供熱水，降低能耗。要利用制冷機加熱自來水，應采用具有水冷冷凝器的制冷機。用自來水做冷卻水時，其水量應與建筑的冷負荷及制冷機的冷卻水量相匹配，保證制冷機安全正常運行。但是各類建筑的冷負荷與冷卻水量的變化規(guī)律與其自來水用水量的變化規(guī)律不盡相同，要做到最佳匹配比較困難。為解決這個問題，孫志高、李舒宏[7]在空調(diào)系統(tǒng)能量回收節(jié)能分析中設想采用蓄熱裝置調(diào)配冷凝熱、冷卻水量、熱水用量的不平衡。吳獻忠等[8]針對蒸汽壓縮制冷裝置的特點，提出了直接將滿足熱水用量的自來水送入熱回收換熱器，利用壓縮機的排氣顯熱和部分冷凝潛熱對其進行加熱，高溫熱水儲存在儲水箱內(nèi)以供使用。龔七彩，常世鈞等人[9]結合前面的研究基礎上又從火用的角度分析了冷凝熱熱回收并提出了雙冷凝器熱回收技術（如圖1），在壓縮機和冷凝器之間加一個熱回收器（冷凝器）回收冷凝熱,從這個外加的熱交換器出來的制冷劑的狀態(tài)是汽一液混合物或氣態(tài),由后面的冷凝器吸收其余熱量。該

圖1雙冷凝器熱回收制冷原理圖技術可以根據(jù)要求直接回收制冷機組的蒸汽顯熱或是顯熱加部分潛熱來一次性加熱或循環(huán)加熱到水的指定溫度。該形式主要應用于中央空調(diào)冷水機組。2.2.2家用空調(diào)器常用的熱回收形式家用空調(diào)器在我國應用廣泛，而且數(shù)量多，是熱回收的重要方向之一。林宏[10]對家用空調(diào)冷凝熱的回收利用進行了探討，并指出：家用空調(diào)冷凝熱回收系統(tǒng)作為回收低品位能的有效方法，可廣泛適用于普通家用空調(diào)系統(tǒng)的改造上，其應用及節(jié)能前景可觀。哈爾濱工業(yè)大學的江輝民，王洋等[11]，在研究中提出了自己的為家用空調(diào)器常用的熱回收形式（圖2）。該形式是將空調(diào)器中壓縮機排出的高溫高壓的制冷劑蒸汽注入到熱水換熱設備中進行熱交換，加熱生活熱水。若熱水換熱器的換熱能力能夠獨立承擔所有的冷凝熱量，則無需使用風冷冷凝器，反之就要同時使用風冷和水冷冷凝器來承擔所有的冷凝負荷。

圖2帶熱水供應的家用空調(diào)器熱回收原理圖2.2.3熱泵回收技術余穎俊、王夢云[12]就冷凝熱的回收途徑及可行性進行了探討。由于空調(diào)制冷中冷卻水溫度一般在30～38℃，屬低品位熱能，要想充分回收需要熱泵技術，由制冷機與熱泵機組聯(lián)合運行構成一套熱回收裝置。該裝置把熱泵的蒸發(fā)器并接到制冷機冷卻水回路上，比較適合在現(xiàn)有的空調(diào)冷卻水系統(tǒng)中進行改造，控制也比較容易實現(xiàn)。尹應德，張泠等人[13]在這之后提出了這種典型的間接冷凝熱熱回收形式（圖3）。當冷水機組和熱泵同時工作時，可以通過控制冷卻塔風機的啟停來控制冷卻水回水溫度。通過電動三通閥控制冷卻塔的冷卻水流量和熱泵蒸發(fā)器的流量比例，使熱泵的蒸發(fā)器出水溫度低于32℃，以保證冷水機組的正常運行。該種方式是在原系統(tǒng)并聯(lián)一套熱泵機組，把冷凝熱作為熱泵熱源來制備熱水。

圖3利用熱泵的一種熱回收原理圖2.2.4相變材料回收空調(diào)冷凝熱西安交通大學的劉紅娟，顧兆林[14]提出利用相變材料回收空調(diào)冷凝熱熱回收形式。熱回收用蓄熱器代替雙冷凝器熱回收技術中的壓縮機出口的冷凝器與常規(guī)風冷冷凝器(或冷卻塔)采用串聯(lián)連接，利用冷卻塔排除熱回收系統(tǒng)不能儲存的剩余熱量。熱回收用蓄熱器中相變材料的溫度是隨冷凝溫度的變化而變化的。開始時，常規(guī)風冷冷凝器(或冷卻塔回路)關閉，熱回收蓄熱器利用制冷劑過熱段的顯熱和冷凝潛熱對相變材料進行加熱，此時冷凝壓力隨熱回收蓄熱器中相變材料溫度的升高而升高。當系統(tǒng)冷凝壓力達到限定值時，開啟風冷冷凝器以釋放多余的制冷劑冷凝潛熱，降低系統(tǒng)的冷凝壓力。此時熱回收蓄熱器仍能利用蓄熱器管內(nèi)流過的氣態(tài)制冷劑過熱段的顯熱放熱加熱相變材料，進一步提高相變材料的溫度。當相變材料溫度達到某一設定值后(可利用相變材料溫度自動調(diào)節(jié)器測得)，系統(tǒng)恢復原冷凝器(冷卻塔)冷凝運行模式。

圖4水源熱泵的一種熱回收原理圖另外，山東省生建機械廠的韓慧民提出一種水源熱泵的熱回收形式[15]（圖4），這種形式存在著明顯的不足，冬天制備生活熱水是供熱要停止。楊小林[16]提出制冷機冷凝器采用雙束或雙筒冷凝器，但是但熱交換效率較低。3冷凝熱熱回收技術應用中存在的問題3.1雙冷凝器熱回收技術和家用空調(diào)器常用的熱回收形式在應用時存在的問題：1.熱回收器須選用專用的高性能換熱器。由于氟利昂具有強滲透性，而且安裝在冷凝器前，該點位置在氟利昂處于高壓(1．44Mpa)和高溫過熱(約75℃)狀態(tài)，更易產(chǎn)生滲漏。因此，對換熱器的材質(zhì)和制造工藝都有特殊要求，如有不慎，不但達不到節(jié)能效果，反而損壞制冷機組。2.換熱器除了保證有與所改造機頭的功率相適應的換熱面積外，還必須有較低的阻力不會影響制冷機原有工況，否則會降低出力。3.由于它利用的是制冷循環(huán)過程產(chǎn)生的熱量，傳熱量差遠小于原熱水系統(tǒng)，只能小流量連續(xù)制備熱水，不可能象蒸氣加熱器或熱水爐那樣短時間內(nèi)提供大量熱水，因此，系統(tǒng)要配備足夠容量的熱水箱。通常可以按具體系統(tǒng)的1小時量大用水量計算[17]。3.2相變材料回收空調(diào)冷凝熱應用中存在的問題：1.目前，蓄熱器在國外已廣泛應用，在我國也逐漸發(fā)展起來。余熱和太陽能等資源的有效利用，迫切需要設計和發(fā)展高效率、低成本的相變蓄熱器。但對蓄熱器的設計計算尚無統(tǒng)一的方法，因此，對蓄熱器的設計也處于摸索階段。2.對蓄熱物質(zhì)的要求是：熱容量大、蓄熱能力強，化學穩(wěn)定性好，熔點低，對人體、動植物無害、價格低廉。我國對蓄熱材料的開發(fā)有待進一步加強。3.，應該盡可能使制冷裝置在較低的冷凝溫度下運行。在設計中選取的冷凝溫度是定值，而實際運行中的冷凝溫度是變化的。冷凝溫度與環(huán)境溫度有關，不僅隨季節(jié)變化，而且每天晝夜也在不斷變化。因此在設計時應充分考慮各種不利因素，選擇適當?shù)睦淠郎囟?，保證制冷裝置在高效率下節(jié)能運行。3.3利用熱泵回收冷凝熱時存在的問題：1.比較適合在現(xiàn)有的的空調(diào)系統(tǒng)改造中應用，但是投資較大，運行費用高。4我國空調(diào)冷凝熱熱回收發(fā)展趨勢為實現(xiàn)“可持續(xù)發(fā)展”戰(zhàn)略，我國制定一系列能源及環(huán)境政策。節(jié)能和環(huán)保已成為當前空調(diào)領域中最重要的研究課題之一。目前，我國暖通學者已逐漸認識到了余熱回收系統(tǒng)應用的重要性，一些開發(fā)商也對此項目產(chǎn)生了一定的興趣，現(xiàn)在在北京[18]，廣州[19][20]，上海[21]，東北等地的一些賓館和人工冰場與游泳池聯(lián)合工作的地方[22]都有應用并且節(jié)能效果很好。我國對于冷凝排熱熱回收系統(tǒng)的研究現(xiàn)在僅限于理論的分析，且處于初步探討階段，缺乏實際的、深入的系統(tǒng)研究。從國內(nèi)的研究狀況來看，還存在著一系列的問題。在直接加熱自來水的回收系統(tǒng)中存在以下問題：一是空調(diào)系統(tǒng)運行時段與熱水使用時段的時間差問題。二是生活熱水的用量與冷凝熱量之間也存在著不同步的問題。因此，設置儲熱裝置十分必要，它可存儲中午空調(diào)滿負荷時產(chǎn)生的熱水用以補充傍晚空調(diào)低負荷時產(chǎn)水量的不足。目前國內(nèi)研究存在蓄熱水池較大的問題，蓄熱裝置在系統(tǒng)運行中的動態(tài)模擬以及系統(tǒng)形式等問題也是我們在今后工作中要解決的。冷凝排熱熱回收取決于主要設備的工作情況，有時可能得不到預期的效果。就冷凝熱回收來講，其效果取決于空調(diào)系統(tǒng)的運行工況，其目的也只是從