空調冷水機組熱回收應用的經濟性分析

（開利空調銷售服務（上海）有限公司，上海 200000）

空調冷水機組熱回收應用的經濟性分析

王素萍

（開利空調銷售服務（上海）有限公司，上海 200000）

介紹了冷水機組熱回收技術及其熱回收模式根據回收熱量源不同的分類，主要對全熱回收機組應用的案例進行經濟性分析計算。

熱回收技術；全熱回收；顯熱回收；經濟性分析

1 熱回收技術介紹

能源是人類賴以生存的五大要素之一，經濟的快速發展必須以能源特別是電力的保障供應作為基礎。而空調在適應經濟發展和滿足人類需求的同時，也給人類帶來了巨大的能源消耗負擔和其他如溫室效應等負面影響，因此，減少空調的能源消耗，已成為空調設計所面臨的一個重要和首要的問題。

常規空調系統主要由制冷劑循環、冷卻水循環、冷凍水循環和空氣循環組成。在制冷劑循環中，氣態的制冷劑在壓縮機內被壓縮，溫度升高、壓力增大；通過排氣管，高壓的氣態制冷劑進入冷凝器中被冷卻水冷卻，變成高壓液體；通過節流閥，壓力降低，高壓制冷劑變成低壓含少量氣體的氣液混合物；其后制冷劑在蒸發器內定壓（低壓）下吸收大量蒸發器里冷凍水的熱量，蒸發變成低壓的氣態制冷劑；氣態制冷劑通過吸氣管路再回到壓縮機內。

在冷卻水循環中，冷卻水在冷凝器中吸收了制冷劑的熱量后，由泵送到冷卻塔的上部噴下，與逆流（上升）的空氣進行熱濕交換，冷卻水溫度降低。冷卻水再泵送到冷凝器與制冷劑進行熱交換，溫度升高，如此循環。

空調房間的冷負荷（即熱量）通過蒸發器進入制冷劑循環，變成冷凝排熱的一部分，再通過冷卻水循環排到大氣中去。因此，對于常規空調制冷機，其主要作用是空氣調節，空調系統的冷凝熱直接排放到大氣中未加以利用。制冷機組在空調工況下運行時向大氣環境排放大量的冷凝熱，大量的冷凝熱直接排入大氣，白白散失掉，造成較大的能源浪費，這些熱量的散發又使周圍環境溫度升高，造成嚴重的環境熱污染。若將制冷機放出的冷凝熱予以回收用來加熱生活熱水和生產工藝熱水，不但可以減少對環境造成的污染，而且還是一種變廢為寶的節能方法。近年來，對空調系統冷凝排熱熱回收的研究也越來越多。

熱回收技術就是對冷水機組的冷凝排熱進行回收，并加以有效的利用，從而來達到某些應用場合的節能目的。例如酒店在夏季需要同時供熱（應用于生活熱水）和制冷， 有了熱回收循環以后，在制冷時吸收的熱量可以通過熱回收以后輸送到大樓需要供熱的地方，以達到能源的更有效利用。

圖1 熱回收系統控制圖

熱回收根據回收熱量源的不同一般有兩種模式

1.1 顯熱回收 （部分熱回收） 僅回收排氣過熱段的那一部分熱量；

1.2 全熱回收。回收所有部分的冷凝熱.

2 全熱回收機組應用的經濟性分析

2.1 設計工況：

冷負荷： 1800 TR， 運行時段： 每年5月至 10月， 每天運行時間早上

8：00 至下午 6：00， 運行時間為10小時.

冷凍水進/出水： 12℃/ 7℃

冷卻水進/出水： 32℃/ 37℃

熱負荷： 2480 kW-運行時段：全年，每年5月至10月， 每天

運行時間早上8：00 至下午6：00， 運行時間為10小時

熱水溫度需求：37℃， 回水溫度：32℃

2.2 系統配置方案

全熱回收模式機組+標準冷水機組+ 加熱裝置

冷水機組選擇： 2X600TR

全熱回收模式機組： 1X600TR

3臺冷水機組并聯布置

加熱裝置： 電鍋爐或燃油鍋爐 2480 KW

制冷量： 2X600 + 1X600 =1800TR

滿負荷全熱回收量： 2480 KW

2.3 熱回收系統控制圖

2.4 冷熱負荷都在設計工況運行（100%負荷）的運行費用計算

如果不采用熱回收機組， 在5-10月份開啟加熱裝置的費用可簡單計算如下：

柴油鍋爐： 用油量M油= 熱負荷Q / （燃油比熱 X加熱系統的效率）

=2480*3600*10*2.388/（（10.2X0.85）*10000）=2459Kg

柴油比熱為10.2Mkal/Kg， 單價： 3.5 RMB/ Kg

則： 每天柴油鍋爐的運行費用= 2459 *3.5 = 8607 RMB/天

5月到10月間的運行費用 =

8607*30*6 = 1，549，260 RMB

也就是說如果采用全熱回收機組，每年可節省的運行費用就是：1，549，260 RMB

當然，前面的計算都是基于冷熱負荷都是在滿負荷的狀況， 其經濟性是非常具有吸引力的.

如果實際的負荷能夠滿足， 那么采用這種熱回收的方案是非常經濟的選擇.

2.5 冷負荷變化情況下的冷水機組的熱量貢獻計算

但是， 大家可能有疑問， 正常的冷負荷會因為實際的環境經常會有變化，它有近98% - 99%的時間不是在滿負荷工況運行，那么在這種情況下面， 應用這樣熱回收方案是否經濟呢?

下面就針對具體的機組型號來進行經濟性計算：

為簡化計算，便于理解， 我們先假定熱負荷為恒定

根據設計工況選一臺機組 ：離心式冷水機組： 600TR

機組運行參數：

AHRI 變水溫 定水溫輸入功率KW 100% 2110 393 393 75% 1582 253 299 50% 1055 160 215 25% 527 108 137冷水機組負荷百分比%制冷量KW 輸入功率KW

借用AHRI的部分負荷運行的分析方法， 并根據某地的在機組運行時段（5 -10月， 上午8：00 - 下午 6：00） 的氣溫分布來近似分析大樓負荷變化情況 ，然后再推算到熱回收機組的部分負荷運行情況：

***熱回收機組運行優先

可以看出，熱回收機組有98%的時間運行在75%左右的負荷.

計算熱回收機組的熱量貢獻：

建筑負荷百分比 %制冷量KW定水溫輸入功率kw熱回收量kw熱回收機組運行時間%

**熱水負荷及溫度需求決定熱水回水溫度為恒定- 機組冷水進水溫為恒定

則熱回收機組能夠提供的熱量 = 2480 *0.02+1866*0.98 = 1878 KW

根據前面的計算： 熱回收機組能節約的費用（ 柴油） = （1878/2480）*1549260 = 1，173，190 RMB/年

2.6 計算不同熱負荷情況下節省的運行費用：

很多時候， 系統的熱負荷也會變化，并不一定恒定在100% ， 這個時候， 系統

節約的費用就跟熱負荷的變化（ 其實就是回收熱量的利用率）有直接的關系：

不用回收利用率時運行費用的節省如下：

回收利用率：100% 運行費用（節省） RMB：1，173，190

回收利用率：50% 運行費用（節省） RMB：1，173，190*50%=586，595

回收利用率：30% 運行費用（節省） RMB：1，173，190*30%=351，957

2.7 定水溫運行的能量損失計算

由于熱回收機組熱水溫度的需求決定機組冷卻水溫保持在比較高的位置，

而標準冷水機組在正常運行時是可以利用低溫冷卻水溫帶來的節能效應.

考慮這一因素， 我們來計算應用熱回收機組由于定水溫而損失的一部分能量：

冷水機組負荷百分比 %變水溫 定水溫 能量損失KW AHRI制冷量KW 輸入功率 KW輸入功率 KW熱回收機組運行時間% 100% 2110 393 393 0 2% 75% 1582 253 299 46 98%

50% 1055 160 215 55 0% 25% 527 108 137 29 0%

損失的能量 = 46*0.98= 45 KW

損失的費用 （ 電費） = 45 * 10 * 1.0 * 30 * 6 =81，000 RMB/年

2.8 最終節約費用計算：

所以， 在綜合考慮了以上因素之后，在這個項目中， 不同熱負荷情況

下最終節省的運行費用如下：

假設系統設計初投資增加 100 萬RMB：

不同回收利用率是的投資回報年限計算如下：

回收利用率：100%

運行費用（節省） RMB：1，173，190-81，000 = 1，092，190

投資回報年限：1年

回收利用率：50%

運行費用（節省） RMB：586，595 - 81，000 = 505，595

投資回報年限：2年

回收利用率：30%

運行費用（節省） RMB：351，957 - 81，000 = 270，957

投資回報年限：4年

從以上計算可以看出， 回收熱量的利用率對運行費用及投資回報年限的影響非常大， 所以在實際系統設計中， 必須充分考慮熱負荷與冷負荷的匹配， 提高回收熱量的利用率， 這樣才能真正達到費用節省的目的.

結語

全熱回收系統在運行費用的節省上是有一定優勢的， 特別是熱水工況與機組的正常運行工況比較接近的時候， 其節能的優勢非常明顯.實際運行情況會比較復雜， 不同的設計工況， 不同的應用場合， 不同的機組匹配， 都會對運行費用的計算結果帶來很大的影響. 所以熱回收系統的應用也需因時而定， 因需而定，要進行全面的考慮， 不能盲目跟從。

[1] 李惟毅，韋雪松，鄭宗和.集中空調冷凝熱回收的應用 [J] .暖通空調， 2004

[2] 董明.星級酒店中央空詞冷凝熱回收利用項目分析 [J] .能源工程， 2003（3）

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