空气源热泵热回收技术的节能与应用

空气源热泵热回收技术的节能与应用

摘要：空气源热泵结合热回收技术，可以在夏季利用机组的冷凝热制取生活热水, 不仅节省了制取生活热水所耗的能量, 而且能够降低冷凝温度提高机组性能；冬季仍然可利用高温高压的工质气体的过热焓,同时得到采暖热水和生活热水。若能合理应用此项技术，可充分节约能源，减少大气污染。

关键词：空气源热泵热回收节能

前言：如今，随着经济的高度发展，能源消耗及环境保护的问题日益突出。在我国，煤、电、油等原材料全面紧张。建设资源节约型、环境友好型社会和实现可持续发展是当前我们共同面对的问题。空气源热泵机组结合热回收技术，可在夏季回收利用机组压缩机高温排气的热量制取生活热水，节能效果显著。下面以“避寒山庄”工程为例，阐述空气源热泵热回收技术在实际工程中的节能与应用。

一、空气源热泵热回收技术在“避寒山庄”工程中的应用介绍

1、“避寒山庄”工程系统简介

“避寒山庄”为云南省版纳低区一五星级酒店，其室外设计参数如下：冬季室外采暖计算温度为13℃，冬季室外通风计算温度16℃，夏季室外通风计算温度31℃，冬季室外空调计算温度10℃，冬季室外空调计算相对湿度85%，夏季室外空调计算干球温度34.3℃，夏季室外空调计算湿球温度25.8℃。根据当地气候条件，结合建筑使用功能，“避寒山庄”采用了螺杆式风冷热回收冷水机组作为空调冷热源及生活热水一次水的热源，制冷机冷媒采用R407C，以减少对大气臭氧层的破坏。以A、E栋客房楼为例，A、E栋客房空调冷、温水采用四管制系统，设置两台螺杆式风冷热回收冷水机组，冷、热分设循环泵。冷冻水供回水温度为7/12℃；空调温水供回水温度为55/50℃。在夏季工况下，两台螺杆式风冷热回收冷水机组在提供空调冷冻水的同时，通过热回收，将压缩机高温排气的热量加以利用，供给生活热水的一次热源。一次水供、回水温度为50/45℃，经板式换热器换热后，制成45/40℃的生活热水，经过两台闭式热水贮水罐，供给客房用生活热水。而生活热水系统的补水又采用了太阳能技术，先经屋面太阳能辐射板预热后，补至集热循环水箱，再由水箱将补水补至生活热水系统。

2、风冷热回收冷水机组夏季运行工况

风冷热回收冷水机组于夏季运行，根据空调冷负荷及生活热水热负荷的不同需求，可分分以下三种工况：

（1）当生活热水热负荷较小，经过热回收不能完全带走机组冷凝热时，机组开启风机，将剩余的冷凝热排至大气当中；

（2）当室内空调负荷较小，经过热回收后机组冷凝热无法完全满足生活热

水热负荷需求，一台机组转为热泵模式运行，提供剩余生活热水所需热负荷；

（3）当室内空调负荷与生活热水热负荷达到一定比例，机组冷凝热经热回收后刚好满足生活热水热负荷需求，此时机组既不需要单独为生活热水供热，也无废热排至大气当中，此时机组达到冷热平衡状态，机组的效率最高，节能效果非常明显。

3、风冷热回收冷水机组结合太阳能技术运行介绍

“避寒山庄”工程中，风冷热回收冷水机组还结合太阳能技术，生活热水系统补水首先经过太阳能集热板预热，在夏季工况下，若经预热后的补水温度过高，则会减少生活热水一次水与机组冷凝热的换热量，导致仍有大量废热被排至大气当中，所以将生活热水系统补水预热后的最高温度设为35℃，以保证大部分的机组冷凝热可用于生活热水的制备，减少大气中废热的排放量，达到节能环保的效果。在冬季工况下，生活热水系统补水则不在限制余热后最高温度，充分利用太阳能，达到节能效果。在冬季工况下，机组转为热泵模式运行，同时供给空调温水及生活热水的一次水。生活热水系统的补水经过太阳能集热板预热，达到节能的效果。

4、风冷热回收冷水机组应用总结

通过以上简单的介绍我们可以看出，“避寒山庄”中风冷热回收冷水机组的应用，充分利用了当地自然气候条件，采用空气作为交换介质，不需设置冷却塔，节约水资源及冷却水系统的投资和运行费。同时利用空调制冷产生的废热作为生活热水一次水的热源，充分节约能源，作到最大限度的利用。风冷机组的轴流风机排热，解决了运行时空调制冷和生活热水之间需求的不平衡，保障各系统独立良好地运行。

二、空气源热泵热回收机组应用原理及节能

1、空气源热泵热回收机组原理

空气源热泵热回收机组根据逆卡诺循环原理，以少量电能为驱动力，以制冷剂为载体，源源不断地吸收空气中难以利用的低品位热能，转化为可用的高品位热能，实现低温热能向高温热能的转移；再将高品位热能释放到水中制取生活热水，通过热水供应管路输送给用户满足生活热水及供暖需求。空气源热泵热回收机组由多个单元组成，主要包括压缩机、蒸发器(室外换热器)、冷凝器(水侧交换器)、膨胀阀(节流装置)、低压储液罐、油气分离器、气液分离器等。其系统简图如图2所示。

图1－1空气源热泵热水机组系统简图

2、空气源热泵热回收机组的节能及应用

传统风冷热泵机组在制冷过程中，大部分热能(压缩机的冷凝热)被白白排放至大气环境而浪费掉了，除造成大气废热污染外，还会产生温室效应。同时，风扇系统为了排热必须额外消耗大量的电能。通过热回收技术的运用，风冷热回收冷水机组在夏季不仅能够同时进行制冷和提供生活热水，而且还能降低机组的冷凝温度，提高机组性能，加大机组的运行效率，进一步达到节能的效果。在冬季，空气源热泵热回收机组能够同时进行供暖和提供生活热水。与燃油、燃气、电加热等其它的传统加热方式相比较，运行能耗及运行费用也相对较低，且不存在安装条件苛刻，安装报批手续复杂，运行管理要求较高，环保部门监控较严等一系列问题。由此可见，空气源热泵热回收机组全年运行，均能达到显著的节能效果。

另外，空气源热泵热回收机组还具有以下几个特点：

（1）空调系统冷热源合一，且置于建筑物屋面，不需要设专门的冷冻机房、锅炉房，也省去了烟囱和冷却水管道所占有的建筑空间。对于寸土寸金的城市繁华地段的建筑，或无条件设锅炉房的建筑，空气源热泵冷热水机组无疑是一个比较合适的选择。

（2）无冷却水系统，无冷却水系统动力消耗，无冷却水损耗。空调系统如采用水冷式冷水机组，自来水的损失不仅有蒸发损失、漂水损失、还有排污损失、冬季防冻排水损失，夏季启用时的系统冲洗损失，化学清洗稀释损失等等，所有这些损失总和约折合冷却水循环水量的2-5%，根据不同性质的冷水机组，折合单位制冷量的损耗量为2-4T/h100RT，这是一个可观的数量。

（3）由于无锅炉、无冷却塔，因而无相应的燃料供应系统，无烟气，无冷却水，消除了锅炉房最有可能存在安全隐患，另外，冷却水污染形成的军团菌感染的病例已有不少报导，因此，从安全卫生的角度，空气源热泵具有明显优势。

（4）系统设备少而集中，操作、维护管理简单方便。

（5）工程适应性强，利于系统细化划分，可分层、分块、分用户单元独立设置系统等。

由于风冷热泵的自身特性，空气源热泵热回收机组在广泛应用方面还受到一定的制约，性能随室外气候变化明显，其供冷能力随室外温度的升高而降低，机组消耗功率随室外环境温度的升高而增加。室外空气温度高于40～45℃或低于-10～-15℃时,热泵机组不能正常工作。在我国的长江流域、西南、华南等地区，冬季室外温度一般不低于零下8℃，但室内供热量需求不大。而对于黄河流域及华北地区, 冬季相对寒冷，当采用热泵机组供热运行时, 随着室外温度降低, 建筑物热负荷增大, 其提供的热量却逐渐减少。对于华南、华东地区来讲，夏季有120天以上空调运行季节，风冷热回收冷水机组在整个夏季空调运行季节可为客