循环冷却水系统中的余热利用探讨_杨琦

80

　给水排水　Vol .35　N o .2　2009

循环冷却水系统中的余热利用探讨

杨　琦

(华东建筑设计研究院有限公司,上海　200002)

摘要　明确了循环冷却水系统余热利用的目的,介绍了冷却水余热利用的两种主要方法。对余热利用的形式进行了比较和分析,从综合的角度提出了间接利用方式较直接利用方式更有优势。

关键词　循环冷却水系统　余热利用　间接利用　直接利用　冷凝热回收　节能

建筑节能是现代建筑设计的要求,循环冷却水系统中的余热利用有利于达到节能减排的目的。统计数据表明,我国建筑能耗的总量逐年上升,在能源消费总量中所占比例已从20世纪70年代末的10%上升到近年的27.8%。建筑最大的耗能是采暖和空调,据统计我国在采暖和空调上的能耗约占建筑总能耗的55%,而宾馆中循环冷却水系统的能耗约占空调系统总能耗的10%。因此,探讨循环冷却水系统中的余热利用有重要的现实意义。1　目的和可行性

循环冷却水系统中余热利用的目的是在满足空调系统正常运行的情况下,充分利用系统的多余热量,起到节能减排的作用。节能减排是在保证使用功能基础上提出的,因此,系统的余热利用应以满足空调系统功能为前提。

循环冷却水的余热利用也是空调水冷冷水机组中冷凝热回收利用的一种方式。在空调系统中,通常水冷冷水机组冷凝热可达制冷量的1.15～1.3倍。大量的冷凝热未加以利用通过冷却塔直接排入大气,不仅造成了巨大的能量浪费而且对环境造成了热污染。这部分热量对空调系统本身而言是需要释放的,而建筑在空调状态下还是有系统需要热量供应的。因此,利用循环冷却水的余热是可行的。2　冷却水余热利用的方法

从冷却水利用的角度出发,其利用的方法主要可分为直接式和间接式两种。从空调冷凝热的回收角度出发,有冷却水热回收与排气热回收两种方式。余热利用的热量可用于制备生活热水。2.1　直接式

冷却水余热利用的直接方法是在循环冷却水系统中增设热交换器将冷却水的热量交换出来(见图1)。直接式从冷却水出水中回收了部分热量,其利用的热水出水温度小于冷却水的出水温度,但冷水机组的制冷量与COP 基本不变,换热效率较低。

对冷凝热回收而言,利用的是空调冷凝器侧排出的37℃高温水,来加热制备生活热水,属于间接利用冷凝器的热量。

图1　循环冷却水的直接利用方式运行示意

2.2　间接式

冷却水余热利用的间接方法是从冷凝器中分出一路制冷剂,一部分通过循环冷却水系统冷却,一部分通过热回收器直接与自来水换热制备生活热水(见图2)。它需要增加专用的热回收冷凝器(又称排气热回收的冷水机组),在冷凝器中增加热回收管束以及在排气管上增加换热器。从压缩机排出的高温、高压制冷剂气体优先进入热回收冷凝器中,将热量释放给被预热的水,冷凝器的作用是将多余的热量通过冷却水释放到环境中,也称为双冷凝器热回收技术。间接式在余热利用中可产生温度较高的热水,常称为空调冷凝热免费热水供应系统(HRWH )。

对冷凝热回收而言,这种方法属于直接利用热量,又可分为两种,一种是只利用压缩机出口蒸汽显

DOI :10.13789/j .cn ki .w we1964.2009.02.028

给水排水　Vol .35　N o .2　2009

81

　图2　循环冷却水的间接利用方式运行示意

热,蒸汽显热一般占全部冷凝热的15%左右[1],按照显热量和热水需求量计算出热回收器的数量,其他的冷凝热由冷却水带走;另一种是利用全部的冷

凝热。利用蒸汽显热方式的热回收器,其压降比较小、压力较稳定,对制冷影响较小。值得注意的是热水的出水温度越高,冷水机组的效率就越低,制冷量也会相应减少。3　形式比较

3.1　评定标准的确定

在空调系统中,能效比(EER )是指在额定工况和规定条件下,空调器进行制冷运行时,制冷量与有效输入功率之比。这是一个综合性指标,反映了单位输入功率在空调运行过程中转换成的制冷量。空调能效比越大,在制冷量相等时节省的电能就越多。性能系数(COP )是指制热量或制冷量与输入功率(W )的比值。COP 值越大说明系统的效率越高,越节能。此外,也可采用综合计算负荷性能系数ICLV 为依据来评价冷水机组能效等级。从系统节能的角度出发,EER 与COP 是衡量空调系统节能的重要指标。循环冷却水的余热利用仅是空调系统中的一部分,余热的利用应以满足空调系统的功能为前提,因此,余热的利用不应很大程度地降低这两个指标。

循环冷却水余热利用的直接式是在保证原有冷冻机组COP 的情况下进行的;而间接式因提供热水的温度提高,对COP 有一定的降低。但从热水制备的角度出发,间接式(热回收空调技术)在节能方面的效果还是显著的,特别是在夏季制冷时所产生的热水是完全免费的。这是因为整个空调系统是以电能来驱动工作,而非电能来制热。用电直接制热的

方式不但耗电量大,运行成本高,而且电热管容易损坏;常规用燃油锅炉加热的方式,由于燃油的价格高,产生的效能并不高。3.2　余热利用的效率

两种余热利用方式的总量基本是一致的。间接式虽然可提供较多的热量,但一部分是牺牲冷水机组的制冷量产生的。

从利用效率来看,由于循环冷却水温度一般在

30～38℃,属低品位热能,故直接式热交换的水温较低,余热利用的效率也较低,特别是当热交换的冷水温度较高的情况更是如此。直接式不可能提供可直接使用的热水温度,必须辅助必要的加热设备。要想充分回收余热,间接式需要热泵技术,余热利用的效率较高,可以提供较高的热水温度,也不一定要增加辅助加热设备。

3.3　系统和控制

直接式的系统较简单,控制方便、稳定,因为其出发点是尽量利用余热,辅助需要其他加热设备。而间接式在系统中需要增加专用的冷凝器,其出发点已不仅是余热的利用,系统还承担免费热水供应。因此,间接式在控制上较复杂,系统需要调节供冷和热水利用之间的平衡。

为了提高水冷冷水机组的热回收量和热水水温,对于排气热回收的冷水机组,推荐采用热水回水温度控制方案。提高余热利用水温的途径还有利用相变材料回收空调冷凝热热回收形式和热回收用蓄热器形式。热回收用蓄热器可代替双冷凝器热回收技术中的压缩机出口的冷凝器,与常规风冷冷凝器(或冷却塔)采用串联连接,利用冷却塔排除热回收系统不能储存的剩余热量。3.4　减排与投资

从减排总量上看,间接式对环境的影响较小,但与热水的供应量有一定的关系。直接式利用了部分热量,还有部分热量需要排放到大气中,其利用量与热交换器的设置数量有关。热交换器设置数量增加,减排量减少,投资增加。

从投资的角度看,间接式的热回收器须选用专用的高性能换热器,需防止处于高压和高温状态的冷冻剂渗漏,热回收冷凝器还必须有较低的阻力,不影响制冷机原有工况。间接式是利用冷凝器制冷循环过