电动压缩式冷水机组冷凝热的利用.pdf

5 1 0 全国建筑环境与设备第3 届技术交流大会文集其他电动压缩式冷水机组冷凝热的利用湖南化工医药设计院尹建新摘要常用的水冷式冷水机组冷凝热回收技术在工程中应用的范围越来越广，通过对电动压缩式冷水机组的工作原理及工程现场运行参数的分析，对如何有效提高热回收效率提出了自己的观点。关键词电动压缩式制冷冷凝热回收1 概述为了完成蒸气压缩式制冷循环，需要采用冷凝器使制冷压缩机排出的过热蒸气冷却冷凝为高压液体。空调常用的水冷式冷水机组一般采用循环冷却水，通过冷却塔将这部分热量释放到空气中。对于有低温热水需求的工程，通过回收这部分热量，满足工程需要，可以减少对大气的热污染，又能减少燃料消耗，达到了既节能减排，又有经济效益的双赢目的。2 蒸气压缩式制冷循环冷凝热的特性分析2 1 蒸气压缩式制冷循环的冷凝热量蒸气压缩式制冷循环由四个过程组成，即表示在l g p-h 图上的沿等熵线的绝热压缩过程1 2、等压冷凝过程2 4、沿等焓线的绝热节流过程4 5和等压蒸发过程5 1。图1 中1 一1 是为了保证压缩机安全运行需要的吸气过热量，4，-4 是为了提高制冷效率的过冷量。圈1I g p-h 图制冷剂以R 2 2 为例，空调常用的单级制冷机标准工况主要参数如表1 所示。表1 单级制冷机标准工况主要参数在2 4 等压冷凝过程中，制冷剂放出的热量Q l c 包括制冷剂在蒸发器中吸收的热量(即制冷机的制冷量Q o)和在压缩过程中由机械功转化给制冷剂的热量，即Q k Q o+N i(1)一兽(2)、，iQ k=O o+警=Q o(1+三)(3)、7式中Q 0 为制冷机制冷量，k w；N；为制冷机消耗功率，k W；为制冷机制冷系数。2 2 蒸气压缩式制冷循环的冷凝热分布图2 表示了制冷剂和冷却水在冷凝过程中的温度变化，制冷剂蒸气在冷凝器中的冷却可以分为：气体冷却(1 9 p-h 图上的2 3 过程)、气体冷凝(1 9 p-h 图上的3 4 过程)和液体冷却(1 9 p-h 图上的4-4 过程)3 个阶段。t k 冷凝溢度t w l 冷却水进术溢度t w 2 冷却求出水温度图2 冷凝器内制冷剂和冷却水的温度变化从冷却水的温度变化曲线可以看出冷凝放热的主要部分是在气体冷凝阶段，该阶段不但换热量大，同时换热系数也大，采用一般的卧式壳管换热器，换热系数可以达到85 0 0 -90 0 0W(m 2 K)，其他暖通空调H V&A C2 0 0 9 年第3 9 卷增刊5 1 1 因此，获得这部分热量的成本相对比较低。根据表l 的吸气温度和冷凝温度，沿等熵线町以得到压缩机的排气温度约为6 5，这部分的温度比较高，是在热同收中希望得到的部分。在液体冷却阶段制冷剂温度比较低，热量也比较少，回收价值比较小。根据表l 提供的工况参数，以计算出制冷剂砣2 空调工况的冷凝放热量，在l g p-h 图上压缩机排气点2 的比焓h z 为4 4 2k J k，过冷温度点比焓h t为2 4 3k J k g，冷凝过程中饱和蒸气状态点3 的比焓如为4 1 61 0 蟾，单位质量制冷剂的冷凝放热量为q k 一h 2 一h 4=4 4 2k J k g 2 4 3k J k g一1 9 9k J k g(4)其中气体冷却放热量为敛一h 2 一h 3=4 4 2k J k g 4 1 6k J k g一2 6k J k g(5)气体冷却过程的显热量百分比为坠：黑尝孥一1 3(6)m 2-4l 了剐K g螺杆式水冷机组空调工况的制冷系数一般可以达到5。根据式(2)可以得到，按制冷机组的制冷量估算气体冷却过程的显热量约为1 5。2 3 增加蒸气压缩式制冷循环冷凝热回收的几项措施从蒸气压缩式制冷循环的冷凝热分布情况可以看出，能够回收的热量与压缩机的排气温度、冷却介质的进水温度和出水温度有关。压缩机的排气温度一般与制冷机的型式、制冷剂的成分和制冷机的工况要求等因素有关，合理选择冷却介质的进水温度和出水温度关系到系统的经济性和稳定性。2 3 1应尽量降低冷凝器的进水温度冷凝放热的主要部分是在制冷剂蒸气冷凝阶段，同时由于换热系数大，获得这部分热量的成本相对比较低。在实际工程中，从空调制冷机回收的冷凝热通常用来制备生活热水，从表1 看出，制冷剂R 2 2 在空调工况下的温度一般为4 0，只有在进水温度低于3 5 的条件下，这部分热量才有可能回收，因此有条件时应采用补水直接进热回收冷凝器，尽量减少循环热水的回水，有效地降低冷凝器的进水温度。2 3 2 合理设定冷凝器的出水温度在回收冷凝热制备生活热水的工程设计中，根据建筑给水排水设计规范(G B5 0 0 1 5-2 0 0 3)的要求，生活热水给水温度为6 0，这个温度是为了满足自来水温度为5 时生活热水的需要，而在空调制冷机开启的时间段，由于气温比较高，自来水温度也相应提高，在用户需要的生活热水温度不变时，需要提供的热水温度可以相应降低。由于空调工况压缩机的排气温度约为6 5，根据热水系统的大小和热平衡计算，热水温度一般为5 0 5 5。3T 程实例3 1 工程概况长沙三九楚云大酒店位于长沙火车站广场的西南角，建筑面积约2 10 0 0m 2；酒店建筑由主楼、附楼和配楼组成，其中主楼高2 1 层，主要功能包含客房、餐饮、办公及娱乐。酒店有客房2 8 0 间，床位5 2 0 个；办公用房8 0 问；餐厅可供3 5 0 人就餐，客房平均入住率在7 0 以上。为了满足酒店空调系统及生活用热的需要，1 9 9 0 年根据当时的情况修建了锅炉房及制冷站，制冷站安装了制冷量为11 5 0 k w 的蒸汽型溴化锂制冷机2 台；锅炉房安装了蒸发量为4t h，6t h 的燃煤蒸汽锅炉各1 台，根据各个季节的具体要求调节运行，冬季为空调系统提供热源，夏季为溴化锂制冷机提供蒸汽，同时为生活热水系统提供热源。酒店地处长沙市市区内，省市政府要求该锅炉房在限定的时间内改烧清洁燃料。由于拆除了燃煤锅炉，采用其他热源制备蒸汽成本较高，原有的溴化锂吸收式制冷机不宜再继续使用。因此该酒店的空调冷热源系统在2 0 0 6 年进行了全面的改造。3 2 空调供冷、供热方案及主要设备选型酒店生活热水系统设置了4 个7#卧式容积式内置盘管式水加热器，总容量大约3 2I T l 3，由于内置盘管占了一定的空间，实际贮热量约为额定量的8 0，计为2 5 6m 3。采用高位冷水箱直接补水、间接加热的方式提供生活热水，高位冷水箱与最高用水点的高差有7 5I T I，可以满足运行要求，该方式运行管理简单，水量平衡效果较好，酒店要求不改变供水方式。通过对系统进行局部改造，改为直接加热、轮流供热和加热的方法，提供生活热水。根据建筑给水排水设计规范(G B5 0 0 1 5 2 0 0 3)的相关要求，按照供水温度6 0、冷水温度5，计算出容积式水加热器要求的小时供热量为7 5 7k W。考虑长沙地区空调制冷机开启时间段的冷水温度般高于2 0，此条件下容积式水加热器要求的小时供热量为2 6 0 3k W。5 1 2 全国建筑环境与设备第3 届技术交流大会文集其他夏季空调最大小时冷负荷为14 1 2k W，选用2台产冷量为8 7 0k W 的带热回收的螺杆式冷水机组，要求带热回收的螺杆式冷水机组在提供空调冷水的同时，可以为生活热水系统提供3 0 0k W 以上的热量。空调系统冬季热负荷为9 1 0k W，选用1台产热量9 2 4k W 的间接式常压燃气热水机组作为生活热水的热源。由于空调供热和生活热水都只选用了l 台设备，因此2 台热水机组分别设置了内置换热器，部分负荷时互为备用。3 3 系统运行结果该系统2 0 0 6 年冬季开始调试运行，热回收系统热水循环量为1 3m 3 h，运行时间接近两个空调周期，运行效果基本达到了设计要求，制冷机开启期间，酒店生活热水全部由热回收系统提供，燃气热水机组没有运行。系统管理简单，运行可靠，能源消耗减少明显。表2 是该系统在室外干球温度3 7 条件下的运行记录。用户采用控制制冷机出水温度的方法运行，由于系统冷负荷比较大(全运行季只开1 台制冷机)，导致冷水出水温度高于设计值。表2 运行参数记录时刻负载率冷水网水冷水给水压缩机高压压缩机低压压缩机排气热水回水温度热水出水温度设备消耗电流温度温度M P aM P a温度A0 8：0 05 81 281 56 27 54 85 31 8 00 9：0 06 51 281 4 56 27 24 85 31 9 51 0：0 06 51 281 4 16 17 24 85 31 9 81 1：0 07 51 391 4 56 17 34 95 42 3 01 2：O O8 Z1 39 21 46 57 34 95 42 5 81 3：0 01 0 01 41 0 21 4 56 57 44 95 62 9 81 4：0 01 0 01 4 21 01 4 567 45 05 62 9 01 5：0 01 0 01 4 31 01 4 567 55 05 63 0 01 6：0 08 51 41 l1 4 56 17 55 05 52 7 01 7：O O8 51 41 1 31 4 56 17 45 l5 62 6 51 8：0 08 91 41 1 51 4 567 45 15 52 8 01 9：0 08 71 3 81 01 4 567 64 55 12 9 02 0：0 01 0 01 41 0 31 4 25 87 64 45 13 0 52 1：O O1 0 01 4 41 11 4 25 87 44 35 03 0 02 2：0 01 0 01 4 51 11 467 24 35 03 0 52 3：0 01 0 01 41 01 46 27 24 24 92 9 52 4：0 01 0 01 3 81 11 4 16 17 14 24 93 0 00 1：0 01 0 01 3 51 11 4 56 27 14 55 02 9 00 2：0 08 61 391 4 56 17 24 55 22 7 50 3：0 08 61 38 61 4 267 34 55 22 7 50 40 50 60 70 00 00 00 0从表3 可以看出：1)热回收系统的回收效率与进水温度有关，在进水温度高于4 0 的条件下，热回收效率在1 0 1 5 之间，有条件时，应尽量降低进水温度；2)热回收量随制冷机的负荷率变化，负荷率越高，热回收量越大；3)由于热回收冷凝器的换热面积一定，制冷机的负荷率高时，热回收效率相对低一些，由此可以看出，热回收量与热回收冷凝器的设计有一定的关系。表3 热回收量情况时刻负载率热水回水热水出水热水系统热回收量热同收效率温度温度温度差k w0 8：0 05 84 85 357 5 41 4 9 40 9：o o6 51 0：0 06 51 l：0 07 51 2：o o8 21 3：0 01 0 04 84 84 94 94 95 35 35 45 45 67 5 47 5 47 5 47 5 41 0 5 5 61 3 3 31 3 3 31 1 5 61o 5 71 2 1 3续表时刻负载率热水回水热水出水热水系统热回收量热回收效率温度温度温度差k W1 4：0 01 0 05 05 669 0 4 8lo 4 01 5：0 01 6：0 01 7：0 01 8：0 01 9：o o2 01 0 02 1：0 02 2：0 02 3：o o2 4：0 00 l：0 00 2：0 00 31 0 00 4：0 00 5：o o0 6：o o0 7：0 09 0 4 87 5 47 5 46 0 3 29 0 4 81 0 5 5 61 0 5 5 61 0 5 5 61 0 5 5 61 0 5 5 67 5 41 0 5 5 61 0 5 5 69 0 4 89 0 4 87 5 47 5 4OOO5877722224455555588OO44552312，72886655255244441iO85O1吼o；15553322ll1168858778如挎鲇n”B培”盯nn 站U 肋m 加加tU垃挖心挖也&M托垃nm弘跖骗跖nn的曲曲的让匏飘H跖踮nn盯“拈鸵旺蛎牾蛎鸱德的的姒踮踮船盯瑚城坝埘瑚埘；8酾；g鸺他踮电动压缩式冷水机组冷凝热的利用电动压缩式冷水机组冷凝热的利用作者：尹建新作者单位：湖南化工医药设计院 本文链接：http:/