摘要：介紹了近年來我國空調(diào)冷凝熱熱回收的研究現(xiàn)狀，就空調(diào)冷凝熱熱回收的可行性，回收分類，回收的形式，

應(yīng)用中存在的問題等方面進(jìn)行了綜述，提出了今后空調(diào)冷凝熱熱回收的研究發(fā)展方向。

　　關(guān)鍵詞：螺桿式冷水機(jī)組熱回收、水源熱泵、冷凝熱熱回收

　　1前言

　　能源是人類賴以生存的五大要素之一，是國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略物資。經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展必須以能源特別

是電力的保障供應(yīng)作為基礎(chǔ)。我國能源結(jié)構(gòu)中原煤所占比例較大，達(dá)75%，我國燃煤消費(fèi)量占世界煤炭消費(fèi)總量的27%，

是全世界唯一的以煤炭為主的能源消費(fèi)大國，大量使用燃煤并缺乏有效治理造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。能源利用率較低，

我國能源利用率目前仍比先進(jìn)工業(yè)國家要低10多個(gè)百分點(diǎn)，單位國民生產(chǎn)總值能耗比先進(jìn)國家高6～10倍，生產(chǎn)單位

產(chǎn)品的能耗比國外高出50%～100%[1]。能源的結(jié)構(gòu)和低效率使用不僅影響到我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展,也影響到我們賴以

生存的周邊環(huán)境。暖通空調(diào)工程作為主要用能技術(shù)之一，必須立足于能源的合理利用和有效的節(jié)能措施。

　　2空調(diào)冷凝熱熱回收的可行性

　　常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)主要由制冷劑循環(huán)、冷卻水循環(huán)、冷凍水循環(huán)和空氣循環(huán)組成。

　　在制冷劑循環(huán)中，氣態(tài)的制冷劑在壓縮機(jī)內(nèi)被壓縮，溫度升高、壓力增大；通過排氣管，高壓的氣態(tài)制冷劑進(jìn)入冷凝器中被冷卻水冷卻，變成高壓液體；通過節(jié)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(fā)器內(nèi)定壓(低壓)下吸收大量蒸發(fā)器里冷凍水的熱量，蒸發(fā)變成低壓的氣態(tài)制冷劑；氣態(tài)制冷劑通過吸氣管路再回到壓縮機(jī)內(nèi)。

　　在冷卻水循環(huán)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(jìn)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(jìn)行熱交換，溫度升高，如此循環(huán)。

　　空調(diào)房間的冷負(fù)荷(即熱量)通過蒸發(fā)器進(jìn)入制冷劑循環(huán)，變成冷凝排熱的一部分，再通過冷卻水循環(huán)排到大氣中去[2]。因此，對(duì)于常規(guī)空調(diào)制冷機(jī)，其主要作用是空氣調(diào)節(jié)，空調(diào)系統(tǒng)的冷凝熱直接排放到大氣中未加以利用。制冷機(jī)組在空調(diào)工況下運(yùn)行時(shí)向大氣環(huán)境排放大量的冷凝熱，通常冷凝熱可達(dá)制冷量的1.15～1.3倍[3]。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(fèi)，這些熱量的散發(fā)又使周圍環(huán)境溫度升高，造成嚴(yán)重的環(huán)境熱污染。若將制冷機(jī)放出的冷凝熱予以回收用來加熱生活熱水和生產(chǎn)工藝熱水，不但可以減少冷凝熱對(duì)環(huán)境造成的污染，而且還是一種變廢為寶的節(jié)能方法。近年來，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)冷凝排熱熱回收的研究也越來越多。

　　3我國空調(diào)冷凝熱熱回收現(xiàn)狀

　　隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，我國空調(diào)的普及率迅猛增長；同時(shí)，由于人們生活習(xí)慣的改變和對(duì)清潔衛(wèi)生要求的提高，住宅建筑越來越重視衛(wèi)生生活熱水的供應(yīng)。而目前國內(nèi)家庭日常生活中所需要的熱水供應(yīng)大部分是通過專門的熱水加熱器來提供。這進(jìn)一步加劇了世界范圍內(nèi)的能源緊缺和環(huán)境污染問題，引起了各個(gè)國家的高度重視。因此，近年來我國對(duì)空調(diào)系統(tǒng)冷凝排熱熱回收制備生活熱水等的研究越來越多。

　　3.1冷凝熱熱回收的分類

　　冷凝熱利用方式主要可分為直接式和間接式。直接式是指制冷劑從壓縮機(jī)出來后進(jìn)入熱回收器直接與自來水換熱制備生活熱水。間接式是指利用常規(guī)空調(diào)的冷凝器側(cè)排出的高溫空氣或37度的水來加熱制備生活熱水。間接式由于要增加的設(shè)備比較多，換熱效率比較低，所以該技術(shù)不易推廣。

　　直接式又可以分為兩類，一種是只利用壓縮機(jī)出口蒸汽顯熱，蒸汽顯熱一般占全部冷凝熱的15﹪左右[4][5]，按照熱水的需求量和顯熱量計(jì)算得出熱回收器的片數(shù)，其它的冷凝熱在冷凝器中被冷卻水帶走；另一種是利用全部的冷凝熱。這兩種比較由于前者只利用蒸汽顯熱，熱回收器的壓降比較小，使得冷凝器中壓力比較穩(wěn)定對(duì)制冷影響比較小。

　　3.2冷凝熱熱回收的形式

　　我國近年來研究應(yīng)用的冷凝熱熱回收形式主要有以下幾種：

　　3.2.1雙冷凝器熱回收技術(shù)

　　榮國華[6]提出：夏季利用制冷機(jī)冷凝器加熱自來水可以提供熱水，降低能耗。要利用制冷機(jī)加熱自來水，應(yīng)采用具有水冷冷凝器的制冷機(jī)。用自來水做冷卻水時(shí)，其水量應(yīng)與建筑的冷負(fù)荷及制冷機(jī)的冷卻水量相匹配，保證制冷機(jī)安全正常運(yùn)行。但是各類建筑的冷負(fù)荷與冷卻水量的變化規(guī)律與其自來水用水量的變化規(guī)律不盡相同，要做到*佳匹配比較困難。

　　為解決這個(gè)問題，孫志高、李舒宏[7]在空調(diào)系統(tǒng)能量回收節(jié)能分析中設(shè)想采用蓄熱裝置調(diào)配冷凝熱、冷卻水量、熱水用量的不平衡。

　　吳獻(xiàn)忠等[8]針對(duì)蒸汽壓縮制冷裝置的特點(diǎn)，提出了直接將滿足熱水用量的自來水送入熱回收換熱器，利用壓縮機(jī)的排氣顯熱和部分冷凝潛熱對(duì)其進(jìn)行加熱，高溫?zé)崴畠?chǔ)存在儲(chǔ)水箱內(nèi)以供使用。

　　龔七彩，常世鈞等人[9]結(jié)合前面的研究基礎(chǔ)上又從火用的角度分析了冷凝熱熱回收并提出了雙冷凝器熱回收技術(shù)(如圖1)，在壓縮機(jī)和冷凝器之間加一個(gè)熱回收器(冷凝器)回收冷凝熱,從這個(gè)外加的熱交換器出來的制冷劑的狀態(tài)是汽一液混合物或氣態(tài),由后面的冷凝器吸收其余熱量。該　　技術(shù)可以根據(jù)要求直接回收制冷機(jī)組的蒸汽顯熱或是顯熱加部分潛熱來一次性加熱或循環(huán)加熱到水的指定溫度。該形式主要應(yīng)用于中央空調(diào)冷水機(jī)組。

　　3.2.2家用空調(diào)器常用的熱回收形式

　　家用空調(diào)器在我國應(yīng)用廣泛，而且數(shù)量多，是熱回收的重要方向之一。林宏[10]對(duì)家用空調(diào)冷凝熱的回收利用進(jìn)行了探討，并指出：家用空調(diào)冷凝熱回收系統(tǒng)作為回收低品位能的有效方法，可廣泛適用于普通家用空調(diào)系統(tǒng)的改造上，其應(yīng)用及節(jié)能前景可觀。

　　哈爾濱工業(yè)大學(xué)的江輝民，王洋等[11]，在研究中提出了自己的為家用空調(diào)器常用的熱回收形式(圖2)。該形式是將空調(diào)器中壓縮機(jī)排出的高溫高壓的制冷劑蒸汽注入到熱水換熱設(shè)備中進(jìn)行熱交換，加熱生活熱水。若熱水換熱器的換熱能力能夠獨(dú)立承擔(dān)所有的冷凝熱量，則無需使用風(fēng)冷冷凝器，反之就要同時(shí)使用風(fēng)冷和水冷

冷凝器來承擔(dān)所有的冷凝負(fù)荷。

　　3.2.3熱泵回收技術(shù)

　　余穎俊、王夢(mèng)云[12]就冷凝熱的回收途徑及可行性進(jìn)行了探討。由于空調(diào)制冷中冷卻水溫度一般在30～38℃，屬低品位熱能，要想充分回收需要熱泵技術(shù)，由制冷機(jī)與熱泵機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行構(gòu)成一套熱回收裝置。該裝置把熱泵的蒸發(fā)器并接到制冷機(jī)冷卻水回路上，比較適合在現(xiàn)有的空調(diào)冷卻水系統(tǒng)中進(jìn)行改造，控制也比較容易實(shí)現(xiàn)。

　　尹應(yīng)德，張泠等人[13]在這之后提出了這種典型的間接冷凝熱熱回收形式(圖3)。當(dāng)冷水機(jī)組和熱泵同時(shí)工作時(shí)，可以通過控制冷卻塔風(fēng)機(jī)的啟停來控制冷卻水回水溫度。通過電動(dòng)三通閥控制冷卻塔的冷卻水流量和熱泵蒸發(fā)器的流量比例，使熱泵的蒸發(fā)器出水溫度低于32℃，以保證冷水機(jī)組的正常運(yùn)行。該種方式是在原系統(tǒng)并聯(lián)一套熱泵機(jī)組，把冷凝熱作為熱泵熱源來制備熱水。

圖3利用熱泵的一種熱回收原理圖

　　3.2.4相變材料回收空調(diào)冷凝熱

　　西安交通大學(xué)的劉紅娟，顧兆林[14]提出利用相變材料回收空調(diào)冷凝熱熱回收形式。熱回收用蓄熱器代替雙冷凝器熱回收技術(shù)中的壓縮機(jī)出口的冷凝器與常規(guī)風(fēng)冷冷凝器(或冷卻塔)采用串聯(lián)連接，利用冷卻塔排除熱回收系統(tǒng)不能儲(chǔ)存的剩余熱量。熱回收用蓄熱器中相變材料的溫度是隨冷凝溫度的變化而變化的。開始時(shí)，常規(guī)風(fēng)冷冷凝器(或冷卻塔回路)關(guān)閉，熱回收蓄熱器利用制冷劑過熱段的顯熱和冷凝潛熱對(duì)相變材料進(jìn)行加熱，此時(shí)冷凝壓力隨熱回收蓄熱器中相變材料溫度的升高而升高。當(dāng)系統(tǒng)冷凝壓力達(dá)到限定值時(shí)，開啟風(fēng)冷冷凝器以釋放多余的制冷劑冷凝潛熱，降低系統(tǒng)的冷凝壓力。此時(shí)熱回收蓄熱器仍能利用蓄熱器管內(nèi)流過的氣態(tài)制冷劑過熱段的顯熱放熱加熱相變材料，進(jìn)一步提高相變材料的溫度。當(dāng)相變材料溫度達(dá)到某一設(shè)定值后(可利用相變材料溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)器測(cè)得)，系統(tǒng)恢復(fù)原冷凝

器(冷卻塔)冷凝運(yùn)行模式。

圖4水源熱泵的一種熱回收原理圖

　　另外，山東省生建機(jī)械廠的韓慧民提出一種水源熱泵的熱回收形式[15](圖4)，這種形式存在著明顯的不足，冬天制備生活熱水是供熱要停止。楊小林[16]提出制冷機(jī)冷凝器采用雙束或雙筒冷凝器，但是但熱交換效率較低。

　　3.3冷凝熱熱回收技術(shù)應(yīng)用中存在的問題

　　3.3.1雙冷凝器熱回收技術(shù)和家用空調(diào)器常用的熱回收形式在應(yīng)用時(shí)存在的問題：

　　1.熱回收器須選用專用的高性能換熱器。由于氟利昂具有強(qiáng)滲透性，而且安裝在冷凝器前，該點(diǎn)位置在氟利昂處于高壓(1.44Mpa)和高溫過熱(約75℃)狀態(tài)，更易產(chǎn)生滲漏。因此，對(duì)換熱器的材質(zhì)和制造工藝都有特殊要求，如有不慎，不但達(dá)不到節(jié)能效果，反而損壞制冷機(jī)組。

　　2.換熱器除了保證有與所改造機(jī)頭的功率相適應(yīng)的換熱面積外，還必須有較低的阻力不會(huì)影響制冷機(jī)原有工況，否則會(huì)降低出力。

　　3.由于它利用的是制冷循環(huán)過程產(chǎn)生的熱量，傳熱量差遠(yuǎn)小于原熱水系統(tǒng)，只能小流量連續(xù)制備熱水，不可能象蒸氣加熱器或熱水爐那樣短時(shí)間內(nèi)提供大量熱水，因此，系統(tǒng)要配備足夠容量的熱水箱。通�？梢园淳唧w系統(tǒng)的1小時(shí)量大用水量計(jì)算[17]。

　　3.3.2相變材料回收空調(diào)冷凝熱應(yīng)用中存在的問題：

　　1.目前，蓄熱器在國外已廣泛應(yīng)用，在我國也逐漸發(fā)展起來。余熱和太陽能等資源的有效利用，迫切需要設(shè)計(jì)和發(fā)展高效率、低成本的相變蓄熱器。但對(duì)蓄熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算尚無統(tǒng)一的方法，因此，對(duì)蓄熱器的設(shè)計(jì)也處于摸索階段。

　　2.對(duì)蓄熱物質(zhì)的要求是：熱容量大、蓄熱能力強(qiáng)，化學(xué)穩(wěn)定性好，熔點(diǎn)低，對(duì)人體、動(dòng)植物無害、價(jià)格低廉。我國對(duì)蓄熱材料的開發(fā)有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

　　3.，應(yīng)該盡可能使制冷裝置在較低的冷凝溫度下運(yùn)行。在設(shè)計(jì)中選取的冷凝溫度是定值，而實(shí)際運(yùn)行中的冷凝溫度是變化的。冷凝溫度與環(huán)境溫度有關(guān)，不僅隨季節(jié)變化，而且每天晝夜也在不斷變化。因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮各種不利因素，選擇適當(dāng)?shù)睦淠郎囟�，保證制冷裝置在高效率下節(jié)能運(yùn)行。

　　3.3.3我國空調(diào)冷凝熱熱回收發(fā)展趨勢(shì)

　　為實(shí)現(xiàn)“可持續(xù)發(fā)展”戰(zhàn)略，我國制定一系列能源及環(huán)境政策。節(jié)能和環(huán)保已成為當(dāng)前空調(diào)領(lǐng)域中*重要的研究課題之一。目前，我國暖通學(xué)者已逐漸認(rèn)識(shí)到了余熱回收系統(tǒng)應(yīng)用的重要性，一些開發(fā)商也對(duì)此項(xiàng)目產(chǎn)生了一定的興趣，現(xiàn)在在北京[18]，廣州[19][20]，上海[21]，東北等地的一些賓館和人工冰場(chǎng)與游泳池聯(lián)合工作的地方[22]都有應(yīng)用并且節(jié)能效果很好。

　　我國對(duì)于冷凝排熱熱回收系統(tǒng)的研究現(xiàn)在僅限于理論的分析，且處于初步探討階段，缺乏實(shí)際的、深入的系統(tǒng)研究。從國內(nèi)的研究狀況來看，還存在著一系列的問題。在直接加熱自來水的回收系統(tǒng)中存在以下問題：一是空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)段與熱水使用時(shí)段的時(shí)間差問題。二是生活熱水的用量與冷凝熱量之間也存在著不同步的問題。因此，設(shè)置儲(chǔ)熱裝置十分必要，它可存儲(chǔ)中午空調(diào)滿負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生的熱水用以補(bǔ)充傍晚空調(diào)低負(fù)荷時(shí)產(chǎn)水量的不足。目前國內(nèi)研究存在蓄熱水池較大的問題，蓄熱裝置在系統(tǒng)運(yùn)行中的動(dòng)態(tài)模擬以及系統(tǒng)形式等問題也是我們?cè)诮窈蠊ぷ髦幸�解決的。

　　冷凝排熱熱回收取決于主要設(shè)備的工作情況，有時(shí)可能得不到預(yù)期的效果。就冷凝熱回收來講，其效果取決于空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行工況，其目的也只是從節(jié)能和環(huán)保的角度考慮回收余熱，而不能本末倒置為了獲取熱量去隨意改變空調(diào)的工況。因此受空調(diào)運(yùn)行時(shí)間(一般只夏季運(yùn)行)的影響，在熱回收系統(tǒng)中輔助熱源在大多數(shù)空況下是必要的。

　　我國在熱回收設(shè)備的開發(fā)中，還缺乏對(duì)于整個(gè)設(shè)備部件進(jìn)行優(yōu)化匹配設(shè)計(jì)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬這方面的研究。通過同實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以優(yōu)化整機(jī)的匹配關(guān)系。

　　另外，對(duì)系統(tǒng)本身及控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，減少設(shè)備的初投資，并對(duì)該產(chǎn)品在我國的應(yīng)用前景進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)也是研究的重要方向之一。