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熱回收技術原理及其在冷水機組上的應用
如今人們賴以生存的環境已不堪重負。為此,國家確立了“節約與開發并重,節約優先”的能源方針,并提出“科學發展觀”,“構建社會主義和諧社會”的全新發展理念。隨著生活水平的不斷提高和生產條件的日益改善,人們對生產生活環境也提出了更加嚴格的要求,如今,各類冷水機組已成為重要的實現方式,但伴隨的卻是巨大的能源消耗。因此,節能降耗理應成為全社會共同的責任,更是擺在每一家空調制造企業面前重大的課題。
2.單級蒸氣壓縮式制冷循環
壓縮機吸收來自蒸發器的低溫低壓氣態制冷劑,壓縮成高溫高壓的制冷劑蒸氣排入冷凝器,冷凝為中溫(30℃—50℃)高壓的制冷劑液體,經膨脹閥節流降壓為低溫低壓的液態制冷劑(實際為氣液混合物),進入蒸發器吸收被冷卻介質的熱量,成為低溫低壓的氣態制冷劑,回到壓縮機,完成一個制冷循環。
由熱力學定律可知,φk=φ0+Pin
式中,Pin—壓縮機吸收并壓縮制冷劑消耗的功率;
φ0—制冷劑在蒸發器吸收的熱量,即制冷量;
φk—系統通過冷凝器放出的熱量。
3.熱回收技術
3.1熱回收原理
從圖1可知,機組經冷凝器放出的熱量通常被冷卻塔或冷卻風機排向周圍環境中,對需要用熱的場所如賓館、工廠、醫院等是一種巨大的浪費,同時給周圍環境也帶來一定的廢熱污染。
熱回收技術就是通過一定的方式將冷水機組運行過程中排向外界的大量廢熱回收再利用,作為用戶的*終熱源或初級熱源。
如圖2所示,壓縮機排出的高溫高壓氣態制冷劑入熱回收器,放出熱量加熱生活用水(或其它氣液態物質),再經過冷凝器和膨脹閥,在蒸發器吸收被冷卻介質的熱量,成為低溫低壓的氣態制冷劑,返回壓縮機。圖中熱回收器便是熱量回收的載體,起著熱量回收和轉移的作用。根據熱力學定律可以得到如下關系式,
φ¬k′+φ¬R=φ0′+P¬in′
式中,P¬in′—壓縮機吸收并壓縮制冷劑消耗的功率;
φ0′—制冷劑在蒸發器吸收的熱量,即制冷量;
φ¬R—制冷劑在熱回收器中放出的熱量,即熱回收量;
φ¬k′—制冷劑在冷凝器中冷凝(或過冷)放出的熱量。
3.2熱回收類別
針對熱回收器回收熱量的多少,熱回收又可以分為部分熱回收和全熱回收。其中,部分熱回收只能回收冷水機組排放的部分熱量,全熱回收基本回收了系統排入環境中的全部熱量。
3.3熱回收器形式
根據使用場所的不同和用戶終端的具體需求,熱回收器可以采用多種不同的形式,如管殼式、板式、翅片管式、套管式等。
4.熱回收技術在冷水機組上的一般應用
根據冷水機組通常的使用場所,一般以水作為熱量回收的媒介,在此以制取免費衛生熱水為例展開討論。
如圖3所示,由熱回收技術原理可知,熱回收器里通過的是高溫高壓的氣態制冷劑(溫度約70℃—85℃),在高溫高壓制冷劑通過熱回收器的同時,利用循環水泵將常溫的水送入熱回收器,在熱回收器里水與高溫制冷劑蒸氣進行熱交換,制冷劑被冷凝的同時將水溫升高,然后返回熱水儲存箱,水泵再次從儲存箱中將水送入熱回收器進行循環加熱,使熱水溫度進一步升高。儲存箱中的水經熱回收器多次熱交換,*終達到客戶要求的水溫(55℃-60℃左右)。當熱水溫度達到設定值時,循環水泵停止工作。
用戶通過熱水閥自儲存箱中提取衛生熱水,一旦水箱中水位降低,補水裝置自動補水,此時水溫開始下降,當水溫降到低于設定值時,熱水循環泵自行啟動運轉,再次通過熱回收器對儲存箱的水進行循環加熱(前提是冷水機組在運行中),這樣就確保儲存箱中的熱水溫度維持在相對恒定的范圍內。
5.應用分析
部分熱回收因為只回收了冷水機組運行過程中排放的部分熱量,因此,經熱回收器后的制冷劑仍是氣相或氣液相混合物,為保證制冷劑的完全冷凝和過冷,需經水冷冷凝器或風冷冷凝器的進一步冷凝,仍有部分余熱排入大氣中。當然,因為是部分熱回收,所以熱水溫度相對較高,理論上無限接近壓縮機的排氣溫度,通?蛇_60℃左右甚至更高,有效滿足日常對衛生熱水的需求。
全熱回收基本回收了壓縮機排放的全部廢熱(微少熱量通過壓縮機殼體和排氣管路散失到外界環境當中),因為是全熱回收,制取的熱水溫度較部分熱回收低(通常為30℃—50℃),此時可以實現水冷冷水機組冷卻水泵、冷卻塔風機或風冷冷水機組風機停止工作。當然,若熱量回收的過程中,冷卻水泵、冷卻塔風機或冷凝風機繼續運轉,等效于對從熱回器流出的液態制冷劑的進一步過冷,從而提高了機組的效率即COP值,實踐證明,COP值一般可以提高3%—5%。
6.結束語
通過熱回收技術的應用,一方面減少了冷水機組運行過程中排放的大量余熱,降低了對環境的廢熱污染,另一方面,由于制取免費的衛生熱水,降低了對鍋爐、電加熱器等傳統加熱設備的過度依賴,同時,對液態制冷劑的進一步過冷作用,提高了冷水機組的能效比,改善了機組的運行條件,并提高了機組的運行壽命,整體上降低了企業的綜合運營成本。
因此,熱回收技術具有重大的現實意義和較高的社會效益,具有節能、環保、節約運行費用的特點,在一定程度上體現了國家正在創建“節約型社會”的總體目標,理應在整個行業和全社會大力推廣。