空調熱回收技術研究現狀與發展探討

吳經緯

（上海海事大學，上海200135）

1 引言

自1902年制冷之父開利先生設計出世界第一套空調系統以來，空調因其為人類創造冬暖夏涼的室內環境的特點早已廣泛應用于全球。然而空調在降低室內溫度，為人類帶來舒適性的同時，系統也向環境排放出大量的冷凝熱。大量的熱量排出室外，不僅是能量的浪費，而且會造成室外大氣的熱污染，加劇都市的“熱島效應”。而室外環境溫度的升高，又使得空調系統的運行工況惡化，增加空調的能耗。

使用冷凝熱回收技術，將排放出的冷凝熱回收，既可替代傳統加熱設備制取熱水以降低能源消耗和運行費用，又可以減少向大氣中排放的廢熱，減輕大氣污染，改善生態環境。因此對空調冷凝熱的回收是十分必要的。

2 空調熱回收技術研究現狀

2.1 熱泵熱回收系統

2006年，湖南大學土木工程學龔光彩教授，何君等［1］針對冷凝熱回收裝置只用于夏季，而過渡季節及冬季處于閑置狀態等問題，提出將熱泵技術與冷凝熱回收技術相結合的方法以制取生活熱水。若熱泵熱水裝置與冷凝熱回收裝置共同使用，可以共用一部分基礎設備，使這部分基礎設備的利用率大大增加，此方法不僅很大程度上推動熱泵熱水裝置的推廣應用，而且冷凝熱回收裝置的優點也顯得更加明顯。在對某賓館集中式空調系統冷凝熱回收技術的經濟效益進行分析后得出：采用兩種裝置有效結合的方式，每年可節約費用約81.7萬元，說明此項綜合技術具有巨大的經濟潛力。并指出若采用冷凝熱回收與熱泵綜合技術以制取熱水，預計未來建筑冷熱源的模式為（至少我國南部地區）制冷機組、冷凝熱回收裝置、熱泵熱水裝置相結合，或是熱泵、冷凝熱回收裝置、熱泵熱水裝置相結合。在采用冷凝熱回收裝置及熱泵熱水裝置后，可以替代傳統的鍋爐，以改變目前主要由鍋爐生產熱水的局面，并達到經濟節省的效益。

2007年，黃倩、章學來及梁峻［2］提出三聯供水環熱泵系統，實現整個系統制冷、制熱、制取生活熱水的三聯供功能，該系統輔助熱源由空氣源熱泵機組代替了常規的燃油（氣）鍋爐，并且在系統中加入一組水高溫熱泵，在制冷季節回收冷凝熱來生產生活熱水。其系統工作方式為在在制冷季節時，冷卻水帶走空調機組的冷凝熱，其中部分熱量通過冷卻塔排到空氣中，另一部分熱量則通過水一水高溫熱泵（熱回收機組）用來加熱衛生熱水。水一水高溫吸收了空調部分的冷凝熱，降低了冷卻負荷，同時，空調機組由于冷卻水溫下降，能效比會升高，因此雙向節能；在采暖季節時，空調采暖及熱水所需的熱量都來自空氣。輔助熱源型空氣源熱水機組通過吸收空氣中的熱量來加熱水系統中的水（水溫為15～22℃），分散水源熱泵則通過吸收水系統中水的熱量來進行采暖；而水一水高溫熱泵（熱回收機組）則通過吸收水系統中水的熱量，用來加熱生活熱水。過渡季節時，采用哪種方式來制取生活熱水要視室外溫度來決定，當室外溫度高的時候利用冷卻塔來吸收空氣中的熱量則可滿足制衛生熱水要求。該系統能同時滿足夏天供冷、冬天采暖、全年供應生活熱水。該系統具有高效節能、設備能效高系統綜合能效高、運行安全可靠，無污染安裝簡單方便等特點。

2010年，上海交通大學制冷與低溫工程研究所江明旒，吳靜怡等［3］提出了兩級冷凝熱泵熱水系統以應對空氣源熱泵熱水器運行在高溫工作區時，壓縮機功率及壓縮機排氣溫度偏高，從而帶來安全隱患及效率等問題。兩級冷凝熱泵熱水系統的工作原理為，系統工質按照逆卡諾循環，通過壓縮機做功，從環境中吸收熱量，再通過前后串聯的第一級冷凝器和第二級冷凝器把熱量分別輸送到第一級水箱和第二級水箱中。通過導水的方式，使得在循環加熱過程中，第一級水箱的水溫始終高于第二級水箱的水溫，并且第一級水箱吸收的是制冷劑側溫度較高的顯熱部分，因而能在第一級水箱中得到高溫熱水，同時第二級水箱較低的水溫使得系統的冷凝壓力較低，從而既提高了熱泵熱水機組的供水溫度，又改善了機組的運行工況。在20℃左右的室外環境溫度下進行兩級水箱循環加熱及單級水箱加熱實驗，實驗結果顯示，雖然兩級冷凝熱泵熱水系統對機組平均COP的改善并不十分明顯，只比單獨加熱模式高出0.2左右。然而兩組實驗的最大壓縮機功率分別比額定功率高出了8.3%和25.7%，相應的最高壓縮機排氣溫度分別為100.4℃和111.5℃，對比可知兩級冷凝熱泵熱水系統對機組最高壓縮機功率以及最高壓縮機排氣溫度的控制更加有效，更能夠保證機組安全穩定性。

2.2 帶蓄熱裝置冷凝熱回收系統

2004年，哈爾濱工業大學市政環境工程學院王偉，馬最良等［4］提出引入熱泵、蓄熱裝置（包括蓄熱水罐和消防水池）等技術措施以解決空調冷凝熱與熱水供應負荷之間的不平衡性問題。系統中引入的水——水工業熱泵可以回收各種工藝流程中溫度在27～77℃低溫廢熱，并輸出60～110℃的高溫熱量。將其引入常規空調與熱水供應系統中，可有效解決解決空調冷凝熱與熱水供應負荷品位上的不相同性問題。而引入蓄熱裝置的主要功能是平衡空調冷凝熱負荷與熱水供應負荷之間日逐時不波動特性，延長空調冷凝熱的利用時間，達到最佳的節能效果，根據蓄熱裝置的不同系統分為蓄熱水罐水蓄熱HRHWS系統、及消防水池水蓄熱HRHWS系統。

2.3 結合太陽能與天然氣冷凝熱回收系統

2007年，煙臺市建筑設計研究股份有限公司張積太，張偉東［5］提出冷凝熱，太陽能及天然氣“三聯供”系統。該系統具有季節互補性，在制冷季節，首先可回收空調冷凝熱，為了不影響空調冷卻效果，熱回收冷凝器的出水溫度設定不用過高，一般35℃左右，再升溫的功能由太陽能集熱器來完成。在不需空調的季節，衛浴熱水首先由太陽能集熱器來完成蓄熱升溫，而在太陽能不能充分發揮作用的季節，比如陰雨天或冬季，則由天然氣完成繼續提升水溫并達到使用要求。

天然氣主要是承擔最后的升溫功能，不論哪個季節，只要水溫達到要求，天然氣可不用。通過對某酒店熱水衛生系統所得數據分析，得出結論為當太陽能的配置達到滿負荷太陽能的1／3左右，并與空調冷凝熱結合使用時，其性價比是優良的，過高的太陽能匹配回報期過長，沒有經濟意義，且占場地也過大，因此一般推薦配置為滿額的1／3左右即可。由此3種熱源組成的熱水系統全年供應方案在節能方面有著顯著的優勢。

3 結語

由于發展而造成的資源迅速枯竭和環境惡化，使得節能與環保已成為世界各國所不可忽視的課題。當前的冷凝熱回收技術雖然存在一系列問題，如對蓄熱材料的開發有待加強；缺乏對系統進行計算機模擬以優化設計系統部件；及對系統的精確控制需要進一步提高，然而，冷凝熱回收技術的本質是回收利用原本將排放至環境而浪費的熱量，其既能降低能耗，又能減輕環境的熱污染。因此，加強對冷凝熱回收技術的研究，對我國的節能與環保事業具有較大的意義。

［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］黃 倩，章學來，梁 峻.水環熱泵一空氣源熱泵一熱泵型熱水機組復合空調系統的工程應用實例分析［J］.制冷空調與電力機械，2008，29（3）：41，42～45.

［3］江明旒，吳靜怡，孫 鵬，等.兩級冷凝熱泵熱水系統的實驗研究［J］.制冷學報，2010，31（1）：6～10.

［4］王 偉，馬最良.空調冷凝熱回收熱水供應系統方案研究［J］.哈爾濱工業大學學報，2004，36（11）：1 531～1 533.

［5］張積太，張偉東.空調冷凝熱回收機組.太陽能與天然氣鍋爐“三聯供”解決衛浴熱水供應的方案及其節能意義［J］.山東暖通空調，2007（2）：37～38.