河南省輕工業(yè)學校 李 陽

空調(diào)器冷凝熱量的回收研究

河南省輕工業(yè)學校 李 陽

隨著人民生活水平的日益 提高，空調(diào)器和熱水器的數(shù)量大幅增多，使得我國的能源狀況更加嚴峻。 夏季，空調(diào)器排放的熱 量不僅造成了能源的浪費， 同時也進一步惡化了大氣的熱 環(huán)境。為探討更多的空調(diào)器節(jié)能 方法，本文從利用空調(diào)器夏季排放的熱量加熱部分生活用水的思路出發(fā)，研究空調(diào)器熱量回收的可行性。

空調(diào)器； 冷凝熱量；節(jié)能；回收

1.引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對生活質(zhì)量的要求越來越高，對空調(diào)器和熱水器的需求越來越大。夏季，空調(diào)器在制冷時會向環(huán)境空氣中排放大量的熱量，同時，人們又需要大量的熱量去加熱生活用水。如何利用空調(diào)器排放的熱量加熱部分生活用水，如洗浴用水等，已經(jīng)成為節(jié)約能源的又一個有效途徑。目前，國內(nèi)外學者已積極的開展了空調(diào)器熱量回收的研究，其意義不僅在于回收熱量、節(jié)約能源，同時也能夠降低對夏季空氣熱環(huán)境的影響，提高空調(diào)器的使用效率。

本文著重研究在保證空調(diào)器功能的前提下，回收空調(diào)器冷凝熱量，利用冷凝熱來承擔日常生活熱水的熱量供應。

2.系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)在家用空調(diào)系統(tǒng)的基礎上進行改進，采用蒸汽壓縮式制冷循環(huán)。系統(tǒng)包括壓縮機，室內(nèi)外熱交換器，節(jié)流裝置，套管式的熱回收裝置及閥門等輔助設備。如圖1所示，當系統(tǒng)需要進行單獨制冷工作時，系統(tǒng)進行傳統(tǒng)的空調(diào)制冷運行模式，毛細管2起到節(jié)流作用。當需要在制冷的模式下進行生活用水加熱時，依然進行傳統(tǒng)的空調(diào)制冷運行模式，只需要關(guān)閉室外熱交換器風機，由熱回收換熱器利用系統(tǒng)的冷凝熱量加熱所需的生活熱水。當只需要加熱生活用水時，則需要進行空調(diào)制熱模式，此時毛細管1起到節(jié)流作用，但應關(guān)閉室內(nèi)熱交換器風機。

3.系統(tǒng)性能測試

實驗系統(tǒng)的搭建和測試根據(jù)相關(guān)的規(guī)范和準則進行。機組制冷量采用房間型量熱計法和空氣焓差法測試。

圖1 系統(tǒng)原理圖

圖2 室內(nèi)熱交換器風量變化對系統(tǒng)性能系數(shù)的影響

圖3 水溫對系統(tǒng)性能系數(shù)的影響

圖4 水溫對系統(tǒng)性能系數(shù)的影響

3.1 換熱設備的選擇

設定縱向管和橫向管間距均為25mm，冷凝器傳熱管選用紫銅管φ9.35×0.35，翅片選用δf=0.15mm鋁翅片，翅片間距sf=2mm，迎風面上管中心距sl=25mm，管束按正三角形叉排排列。蒸發(fā)器傳熱管選用紫銅管φ9.35×0.35，翅片選用δf=0.2mm鋁翅片，翅片間距sf=2.2mm，管束按正三角形叉排排列，垂直于流動方向管間距s1=25mm，沿流動方向管排數(shù)取nl=4。熱回收器采用螺旋式套管型內(nèi)肋外牙管，能夠使流經(jīng)的冷媒和冷卻水在套管內(nèi)的流動為復雜的旋流形式，可使冷媒內(nèi)能量最大限度的傳導給被加熱生活用水，進行充分的熱交換。

3.2 測試方法

機組制冷量采用房間型量熱計法進行測量，機組室內(nèi)側(cè)制冷量通過測定用于平衡制冷量和除濕量所輸入量熱計室內(nèi)側(cè)的熱量和水量來確定；室外側(cè)提供測定機組能力的驗證試驗，其室外側(cè)制冷量，是通過用于平衡機組冷凝器側(cè)排出的熱量和凝結(jié)水量而從量熱計室外側(cè)取出的熱量和水量來確定。

應注意在室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)之間應裝有壓力平衡裝置，以保證量熱計的 室內(nèi)、外側(cè)壓力平衡。由于兩室之間氣流流動方向可能是變化的，故應采用兩套相同的但安裝方向相反的壓力平衡裝置或一套可逆的裝置。測量時，調(diào)節(jié)壓力平衡裝置，使兩室之間的壓力差不大于1.25Pa。

當用空氣焓差法進行室外側(cè)試驗時，應保證空氣流量測量裝置不會改變被試空調(diào)機的性能，否則應進行修正。測量時，先接上空調(diào)機室內(nèi)側(cè)的試驗裝置，連續(xù)運行1小時以上，在工況穩(wěn)定后記錄測量值，然后接上室外側(cè)的試驗裝置進行試驗，連續(xù)運行1小時以上保持兩側(cè)裝置穩(wěn)定后進行記錄，要求室內(nèi)側(cè)試驗結(jié)果應與不接室外側(cè)裝置時的試驗結(jié)果誤差不應超過2.0%。

4.系統(tǒng)性能

4.1 單獨制冷模式

設定室內(nèi)干、濕球溫度分別為27℃和19℃，隨著室內(nèi)側(cè)換熱器風量的變化，記錄試驗數(shù)據(jù)，分析系統(tǒng)主要參數(shù)的變化情況，從而確定系統(tǒng)的最佳室內(nèi)側(cè)換熱器風量。

圖2表明，隨著室內(nèi)熱交換器風機風量的變化，系統(tǒng)的性能系數(shù)變化較為復雜，主要原因是因為在制冷運行初期，在風量達到898m3/h前，機組制冷量提高的速度大于功率的增加速度；故系統(tǒng)的性能系數(shù)呈上升狀態(tài)；當風量達到1005m3/h時，此時系統(tǒng)壓縮機的壓力比基本達到3，壓縮機消耗的功率最大，使 得系統(tǒng)的性能系數(shù)大幅下降；當風量超過1005m3/h后，由于毛細管出現(xiàn)扼流現(xiàn)象，毛細管中制冷劑流量只隨壓力變化，蒸發(fā)器中制冷劑發(fā)生氣化現(xiàn)象，使壓縮機吸氣壓力升高，并且由于風量的增加，使得室內(nèi)熱交換器提高了換熱效率，此時系統(tǒng)處于大風量小溫差下運行，性能系數(shù)開始回升。

4.2 制冷兼制熱水模式

設定實驗工況，室內(nèi)干、濕球溫度分別是27℃和19℃，溫差波動范圍為0.3℃，對系統(tǒng)運行情況進行數(shù)據(jù)記錄和分析，檢查機組主要參數(shù)是否在允許波動范圍內(nèi)，并在此基礎上對機組進行調(diào)整和改進。

圖3表明，隨著被加熱生活用水水溫的上升，系統(tǒng)性能系數(shù)逐漸下降，當水溫達到55.1℃時，系統(tǒng)性能系數(shù)在3.24左右。由于水溫升高導致冷凝熱量散熱不足，使得冷凝壓力和溫度升高，蒸發(fā)溫度降低，系統(tǒng)循環(huán)效率降低，而要獲得額定冷量，必須增大壓縮機功率，故隨著水箱水溫的提升，系統(tǒng)性能系數(shù)降低。

4.3 單制取熱水模式

設定標準工況20℃和低溫工況7℃，水溫從15℃加熱到55℃，水流量設定為0.68m3/h。

圖4表明，兩種工況下的系統(tǒng)性能系數(shù)隨著被加熱生活用水水溫升高而降低，并且兩者的差距也逐漸縮小。這是因為隨著水溫的升高，機組所消耗的功率迅速上升，而 此時機組制熱量逐漸降低，從而導致機組的性能系數(shù)降低。也反映出系統(tǒng)性能系數(shù)隨著環(huán)境溫度的降低而降低，經(jīng)濟性也越差。

5.結(jié)論與展望

采用本系統(tǒng)進行空調(diào)冷凝熱量的回收，在一定環(huán)境溫度條件下用于加熱用戶生活用水，能夠節(jié)約能源，改變傳統(tǒng)空調(diào)較為單一的運行模式，減少空調(diào)設備的閑置時間，提高設備的利用率。

本系統(tǒng)未考慮較冷溫度下系統(tǒng)的性能，并且由對本系統(tǒng)只是進行了初步研究，為系統(tǒng)的推廣和應用打下一定的理論和實踐基礎。因此，還可以對系統(tǒng)進行優(yōu)化，使運行效率能夠進一步提高。

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李陽（1975—），河南鄭州人，河南省輕工業(yè)學校講師，制冷和空調(diào)設備運行與維修專業(yè)帶頭人，主要從事制冷與空調(diào)的研究和教學工作。