高文財(cái) 李棱雪/廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院

新型熱泵空調(diào)系統(tǒng)的工程應(yīng)用研究

高文財(cái) 李棱雪/廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院

傳統(tǒng)的制冷、熱水與供暖一體的三聯(lián)供空調(diào)系統(tǒng)只有在制取生活熱水這段很短的時(shí)間內(nèi)是高效運(yùn)行的。設(shè)計(jì)一種新型的風(fēng)水冷熱水空調(diào)系統(tǒng)，在夏季，增加冷卻塔的運(yùn)行，將不需要熱回收的那部分熱量通過冷卻水帶走，保證系統(tǒng)每時(shí)每刻都能在高能效比的狀態(tài)下運(yùn)行。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，系統(tǒng)的性能系數(shù)可以提高29.47％，達(dá)到了節(jié)能的目的。

三聯(lián)供空調(diào)系統(tǒng)；新型熱泵系統(tǒng)；熱回收；性能分析；節(jié)能

0.引言

在提倡節(jié)能環(huán)保的今天，急需能源利用新理念、新技術(shù)的提出和研發(fā)。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)需要消耗電能而同時(shí)又將大量冷凝熱量排放到大氣中，這種運(yùn)行方式造成了大氣的熱污染，加劇了城市熱島效應(yīng)；同時(shí)生活熱水的制備又需要消耗大量一次能源。利用冷凝熱回收技術(shù)，將排放的冷凝熱進(jìn)行回收以制備衛(wèi)生熱水，既可減少冷凝熱的排放，又能減小生活用熱水生產(chǎn)過程的能耗[1]。

分析了各種制冷、熱水與供暖一體的空調(diào)熱回收系統(tǒng)，都利用了冷凝廢熱，提高了能源利用率，但是不能保證時(shí)刻在高能效比的狀態(tài)下運(yùn)行，只有在進(jìn)行熱回收的短暫的時(shí)間內(nèi)能效比才比較高，當(dāng)熱水滿足用戶使用要求而不需要熱回收時(shí)，系統(tǒng)能效比不理想，為此，我們研究一種新的帶熱回收的熱泵空調(diào)系統(tǒng)—風(fēng)水冷熱水空調(diào)系統(tǒng)，在熱回收設(shè)備處連接冷卻塔，將不需要回收的那部分熱量通過冷卻水帶走，保證系統(tǒng)時(shí)刻在高能效比條件下運(yùn)行。經(jīng)理論分析，該系統(tǒng)投資回收期比較短，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)能效益和環(huán)保效益。

1.冷凝熱回收基本方案

1.1傳統(tǒng)熱回收系統(tǒng)方案

傳統(tǒng)的制冷、熱水與供暖一體的空調(diào)系統(tǒng)，從蒸發(fā)器出來的低溫低壓制冷劑氣體，通過壓縮機(jī)對其壓縮做功，使其變?yōu)楦邷馗邏褐评錃怏w，然后排放到熱回收器中；利用水泵將常溫水送到熱回收器中，在熱回收器里常溫水與高溫制冷劑進(jìn)行熱交換。在將制冷劑冷凝的過程中同時(shí)將水溫升高，然后溫升后的水進(jìn)入貯水箱，再由水泵從貯水箱中將溫升后的水再送到熱回收器中進(jìn)行下一次熱交換，使水溫進(jìn)一步提高。最終，貯水箱中的水經(jīng)過多次進(jìn)行熱交換，最終達(dá)到客戶要求的水溫（50～60℃）。這樣使得制冷劑溫度大大降低，冷凝溫服也相應(yīng)降低，從而提高了機(jī)組的運(yùn)行系數(shù)。但當(dāng)水箱溫度滿足設(shè)定要求時(shí)，送水到熱回收器的水泵停止工作。這樣系統(tǒng)只有在制取生活熱水這段很短的時(shí)間內(nèi)是高效運(yùn)行的。

1.2傳統(tǒng)熱回收方案的改造

改進(jìn)后的系統(tǒng)——風(fēng)水冷熱水空調(diào)系統(tǒng)，引進(jìn)冷卻塔，系統(tǒng)原理圖見圖1，因?yàn)樵诙?，冷卻塔系統(tǒng)是不開的，此系統(tǒng)的運(yùn)行跟傳統(tǒng)制冷、熱水與供暖一體的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行完全一樣。在夏季，由于增加了冷卻塔的運(yùn)行，將不需要熱回收的那部分熱量通過冷卻水帶走，進(jìn)而在降低系統(tǒng)的冷凝溫度的同時(shí)，還增大了過冷度，這樣就能保證系統(tǒng)每時(shí)每刻都能在高能效比的狀態(tài)下運(yùn)行，使得該系統(tǒng)的能效比增加，以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

圖1 新系統(tǒng)——風(fēng)水冷熱水空調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理

2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建

廣州某辦公樓的熱回收系統(tǒng)，總建筑面積為8229m2，總空調(diào)面積為5266.56 m2，空調(diào)面積占總建筑面積的64％。該建筑空調(diào)設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷為600kW，選用兩臺(tái)特靈CXAH120型號的空氣源熱泵機(jī)組，單臺(tái)制冷量305kW，制冷輸入功率104.2kW，采用4臺(tái)高效渦旋式壓縮機(jī)，制冷劑為R407c。采用南大傲拓軟件監(jiān)控調(diào)節(jié)整個(gè)系統(tǒng)，并實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。

冷凝器的放熱量與空調(diào)負(fù)荷的變化同步，而與生活熱水負(fù)荷變化是不同步的，機(jī)組的正常運(yùn)行要求冷凝熱、冷卻水量、熱水用量平衡，常與現(xiàn)實(shí)不一致，所以在機(jī)組運(yùn)行過程中增加熱水輔助熱源—加熱水箱，以滿足用戶的需求。

2.2夏季制冷工況分析

實(shí)驗(yàn)條件：廣州地區(qū)，室外控制干球溫度35℃，室內(nèi)控制干球溫度26～28℃，相對濕度45％～65％，實(shí)驗(yàn)過程中熱水供應(yīng)的水流量保持不變，熱水供應(yīng)的進(jìn)水溫度變化，導(dǎo)致熱水出水溫度變化，系統(tǒng)性能系數(shù)變化。取10個(gè)測點(diǎn)，分別表示不同的進(jìn)水溫度。傳統(tǒng)熱回收系統(tǒng)作為系統(tǒng)1，改進(jìn)后的系統(tǒng)作為系統(tǒng)2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2和圖3。

系統(tǒng)制冷性能系數(shù)COPc=制冷量/設(shè)備總輸入功率

系統(tǒng)總性能系數(shù)COPz=（制冷量+熱回收量）/設(shè)備總輸入功率

圖2 系統(tǒng)1與2熱水供應(yīng)進(jìn)、出水溫度變化

圖3 系統(tǒng)1與2的制冷性能系數(shù)

由圖2和圖3可見，系統(tǒng)的進(jìn)水溫度影響著熱水的溫升量，影響著系統(tǒng)的各項(xiàng)性能系數(shù)。熱水的溫度升高量隨進(jìn)水溫度的升高而降低，系統(tǒng)的COP隨進(jìn)水溫度的升高而下降。系統(tǒng)2最高制冷系能系數(shù)為5.60，系統(tǒng)1最高性能系數(shù)4.56，改造后的系統(tǒng)比傳統(tǒng)的熱泵回收系統(tǒng)制冷性能系數(shù)平均提高29.47％，系統(tǒng)總系能系數(shù)提高22.93％。

3.總結(jié)

3.1改造后的系統(tǒng)——風(fēng)水冷熱水空調(diào)系統(tǒng)比傳統(tǒng)的三聯(lián)供系統(tǒng)制冷性能系數(shù)及系統(tǒng)總的性能系數(shù)均有較大提高。風(fēng)水冷熱水空調(diào)系統(tǒng)可以以五種工作模式運(yùn)行，制冷，制熱，熱水，制冷+熱水，制冷+熱水，一臺(tái)機(jī)組可以解決各種工況下的需求，功能較為強(qiáng)大。

3.2初投資低，節(jié)能環(huán)保。風(fēng)水冷熱水空調(diào)系統(tǒng)在夏季制冷時(shí)，隨著熱回收的提高以及冷卻塔的換熱，使冷凝熱減少，從而可以降低系統(tǒng)的壓縮機(jī)的能耗，提高機(jī)組性能，減少運(yùn)行費(fèi)用。

3.3系統(tǒng)的智能控制：采用觸屏按鍵和中文點(diǎn)陣液晶控制器，運(yùn)行模式全自動(dòng)切換，使用更省心、方便。

[1]龔光彩,何君,曾巍等.冷凝熱回收與熱泵對建筑冷熱源的影響[J].煤氣與熱力,2006，26(2)：65．68.

[2]丁燕,劉東,宋子彥,蔣丹丹,彭艷梅.熱回收型空氣源熱泵機(jī)組性能的實(shí)驗(yàn)研究[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào),2008年12月第27卷第6期.

[3]蔡龍俊,沈莉麗.空氣源熱泵制冷熱回收機(jī)組的技術(shù)可行性[J].能源技術(shù),2006年12月第27卷第6期.

[4]孫麗穎,馬最良.熱回收式水一空氣熱泵機(jī)組熱源系統(tǒng)的性能研究[J].流體機(jī)械,2008年第36卷第10期.