試論制冷空調冷凝熱回收的性能及研究

摘 要：隨著節能減排戰略的不斷深入，如何從制冷空調入手，通過對其冷凝熱回收性能進行分析和研究，采用有效的手段提高其冷凝熱回收效率對于推動制冷空調的節能減排工作具有十分重要的意義。鑒于此，文章從制冷空調冷凝熱理論入手進行了分析，并就制冷空調冷凝熱回收的可行性、種類及存在的問題與對策進行了研究，希望能為相關領域的研究提供借鑒。

關鍵詞：制冷空調；冷凝熱回收；理論；性能

對于常規的制冷空調而言，其制冷機組的主要作用即對空氣進行調節，對于空調系統而言，其通常將冷凝熱直接排入大氣中，很少對其加以利用，這不僅導致了能源的大量浪費，還為環境帶來熱污染。但是，應當注意的是，制冷空調的制冷機組其實具有冷凝熱回收性能，可借助于冷凝熱對生活及生產工藝的熱水進行加熱，這樣不僅大幅度降低了排放的冷凝熱對于環境所帶來的熱污染，還變廢為寶，實現了節能減排的目的。

1 制冷空調冷凝熱回收理論分析

目前，有關制冷空調壓縮式制冷理論主要包括如下循環過程，即絕熱及絕熱節流兩個定壓過程構成，借助于逆卡諾循環實現了熱量向其他方面的轉移。對于夏季而言，制冷空調時常采用制冷循環，此時其性能指標采用制冷系數COPr進行表示：

COPr=Qr/We

而冷卻水側可看成逆卡諾制熱循環，其同熱泵的運行相當，可通過制熱性能系數COPh來表示：

COPh=Qh/We

在夏季，制冷空調的冷凝熱回收其實就是制冷過程中，同時借助于冷卻水將熱量帶走，以實現能源利用率的大幅提高，從而有效實現能源的節約。以下采用綜合性能系數COPov為參考系統，對熱回收式熱泵空調同制冷空調的性能進行對比，對其二者的不同之處進行分析。綜合性能系數COPov可以如下方式進行表示：

COPov=（Qr+Qh）/We=COPr+COPh=2COPr+1

由此可知，綜合性能系數為制冷性能系數的二倍多，因而理論上來說，對夏季制冷空調冷凝熱進行回收可提高機組一倍以上的能源利用效率。

2 制冷空調冷凝熱回收的可行性分析

對于任何廢熱而言，其要想具有利用價值必須具有如下幾個方面的內部條件：一是排放量較大；二是排放量相對集中；三是較長時間內排放量間內相對較為穩定。廢熱只要具備這三個條件，其就具有一定的回收價值。此外，為了使其在工程中能夠有效地得到運用，還應具有如下三方面的外部條件：一是就近可以找得到此種低品位熱能的大量外部使用場所；二是所需的熱能品位應同廢熱的品位相接近；三是廢熱所產生時間應同廢熱使用時間保持一致。在夏季制冷空調的工況條件下，其所釋放的冷凝熱量是其制冷總量的1.3倍左右。由此可見，對于大中型集中式制冷空調系統而言，其冷凝熱排放量相當大。但是，對于家用空調而言，雖然其冷凝熱的排放量并不是特別大，但也足夠滿足家庭生活熱水的需求了。制冷空調進行冷凝熱的排放過程中均是借助于風冷冷凝器進行集中性排放，在制冷空調的運行過程中，在相當長的時間內，冷凝熱的排放處于較為穩定的狀態。因此，對于制冷空調而言，其冷凝熱已經滿足了如上三方面的內部條件，因而具備足夠的回收價值。此外，由于生活熱水同冷凝熱二者的品位大體相同，因而其兩者可較好進行匹配，雖冷凝熱排放時間同用戶的使用時間方面可能不太一致，但完全可借助于蓄熱水箱等來進行此矛盾的解決。因此，總體而言，借助于制冷空調冷凝熱的回收來對生活熱水進行加熱是完全可行的，因此，在建筑節能工程方面進行應用十分有意義。

3 制冷空調冷凝熱回收系統的分類

根據制冷空調冷凝熱回收方法的不同，可將其分為直接及間接式回收兩大類，其中，直接式主要指的是制冷劑由壓縮機到進入熱回收器后同自來水直接進行換熱，以便對生活熱水進行制備，此法采用了熱回收器來對制冷空調的冷凝熱量進行直接回收。而間接式主要指的是借助于空調冷凝器側所排放的高溫進行空氣或37度冷卻水的加熱，而后再借助于熱回收器等相關設備來進行生活熱水的間接加熱。由于間接式需增加較多設備，因此換熱率相對較低，因而目前應用過程中使用較多的是直接式回收系統。

根據制冷空調冷凝熱回收器同冷凝器之間組合方式的不同又可將其分為單、雙兩類冷凝器。前者主要指的是空調冷凝器同時還作為熱回收器同生活熱水系統相互聯接，并交替進行兩種模式的運行。后者主要指的是在壓縮機同冷凝器間進行一個熱回收器的串聯，這樣，從壓縮機所排放出來制冷劑的過熱蒸汽先進入到熱回收器中，在借助于過熱蒸汽的顯熱以及冷凝潛熱來進行熱水的加熱，而后再進入到主冷凝器內進行冷凝。后者其冷凝熱回收系統又包括了風冷型及水冷型兩類。其中，風冷型適用于較小型的家用制冷空調系統中，水冷型則適用于大、中型的制冷空調系統中。

根據制冷空調冷凝熱回收程度還可將其分為顯熱、全熱以及綜合三大類型。其中，顯熱型主要指冷凝熱回收利用的是壓縮機的出口蒸汽顯熱，其中，蒸汽顯熱約占總冷凝熱的15%，以顯熱量計算為依據可得到熱回收器所具有的換熱面積，其它冷凝熱則會被主冷凝器中所具有的冷卻水帶走，因顯熱型利用的是蒸汽顯熱，因而能夠獲取較高熱水溫度，而且冷凝壓力的波動也相對較小，且制冷機的運行工況相對穩定，但是，此種類型中系統的熱回收量相對較小，因此，只能用于雙冷凝器型系統中。對于全熱型而言，其主要指的是冷凝熱對全部冷凝顯熱及其潛熱進行回收，以全熱量計算為依據，可得到換熱面積，全熱型可對全冷凝熱量進行利用，因而熱回收量相當大，但是，所得熱水的溫度相對較低，容易導致冷凝壓力發生波動，且制冷機的運行工況不夠穩定，此種方式多用在單冷凝器系統中。此外，綜合型主要指的是在雙冷凝器型冷凝熱回收系統的熱回收器旁進行旁通控制裝置的加設，借助于此系統來對熱回收器中過熱蒸汽進入的流量進行控制，以便實現對過熱蒸汽顯熱、部分潛熱直到所有冷凝熱量的充分利用，此系統屬于雙冷凝器系統。

4 我國制冷空調冷凝熱回收技術存在的問題及其研究方向分析

目前，我國制冷空調在冷凝熱回收方面主要存在著如下幾個方面的問題：（1）對于冷凝排熱回收的研究僅限于理論形式的分析，且仍處在初步探討階段，對于實踐性研究較為缺乏；（2）冷凝熱回收主要由設備工作情況決定，很多時候無法達到預期效果，就其效果而言，其主要是由空調系統運行工況決定的，因此，其目的也多從節能環保方面進行考慮來進行回收的余熱，而不可為獲取熱量而隨意進行空調工況的改變；（3）進行熱回收設備開發過程中對于部件的優化匹配設計較為缺乏，應當對計算機模擬方面進行深入研究。

結合上述問題及我國實際研究情況，我國制冷空調未來主要研究方向多集中在如下幾個方面：（1）解決我國蓄熱水池較大等方面的問題以及系統運行過程中蓄熱裝置的動態模擬及其系統的形式等方面問題。（2）對整體部件匹配方面的優化設計，并從計算機模擬方面入手進行研究。（3）對系統自身進行進一步優化，以盡可能實現設備初投資的降低，并對其應用前景進行預測及評價。

參考文獻

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