空調(diào)冷水機(jī)組熱回收應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性分析

（開(kāi)利空調(diào)銷售服務(wù)（上海）有限公司，上海 200000）

空調(diào)冷水機(jī)組熱回收應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性分析

王素萍

（開(kāi)利空調(diào)銷售服務(wù)（上海）有限公司，上海 200000）

介紹了冷水機(jī)組熱回收技術(shù)及其熱回收模式根據(jù)回收熱量源不同的分類，主要對(duì)全熱回收機(jī)組應(yīng)用的案例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析計(jì)算。

熱回收技術(shù)；全熱回收；顯熱回收；經(jīng)濟(jì)性分析

1 熱回收技術(shù)介紹

能源是人類賴以生存的五大要素之一，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)。而空調(diào)在適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和滿足人類需求的同時(shí)，也給人類帶來(lái)了巨大的能源消耗負(fù)擔(dān)和其他如溫室效應(yīng)等負(fù)面影響，因此，減少空調(diào)的能源消耗，已成為空調(diào)設(shè)計(jì)所面臨的一個(gè)重要和首要的問(wèn)題。

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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)冷卻水循環(huán)排到大氣中去。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，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(lái)加熱生活熱水和生產(chǎn)工藝熱水，不但可以減少對(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(lái)，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)冷凝排熱熱回收的研究也越來(lái)越多。

熱回收技術(shù)就是對(duì)冷水機(jī)組的冷凝排熱進(jìn)行回收，并加以有效的利用，從而來(lái)達(dá)到某些應(yīng)用場(chǎng)合的節(jié)能目的。例如酒店在夏季需要同時(shí)供熱（應(yīng)用于生活熱水）和制冷， 有了熱回收循環(huán)以后，在制冷時(shí)吸收的熱量可以通過(guò)熱回收以后輸送到大樓需要供熱的地方，以達(dá)到能源的更有效利用。

圖1 熱回收系統(tǒng)控制圖

熱回收根據(jù)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(guò)熱段的那一部分熱量；

1.2 全熱回收?；厥账胁糠值睦淠裏?

2 全熱回收機(jī)組應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性分析

2.1 設(shè)計(jì)工況：

冷負(fù)荷： 1800 TR， 運(yùn)行時(shí)段： 每年5月至 10月， 每天運(yùn)行時(shí)間早上

8：00 至下午 6：00， 運(yùn)行時(shí)間為10小時(shí).

冷凍水進(jìn)/出水： 12℃/ 7℃

冷卻水進(jìn)/出水： 32℃/ 37℃

熱負(fù)荷： 2480 kW-運(yùn)行時(shí)段：全年，每年5月至10月， 每天

運(yùn)行時(shí)間早上8：00 至下午6：00， 運(yùn)行時(shí)間為10小時(shí)

熱水溫度需求：37℃， 回水溫度：32℃

2.2 系統(tǒng)配置方案

全熱回收模式機(jī)組+標(biāo)準(zhǔn)冷水機(jī)組+ 加熱裝置

冷水機(jī)組選擇： 2X600TR

全熱回收模式機(jī)組： 1X600TR

3臺(tái)冷水機(jī)組并聯(lián)布置

加熱裝置： 電鍋爐或燃油鍋爐 2480 KW

制冷量： 2X600 + 1X600 =1800TR

滿負(fù)荷全熱回收量： 2480 KW

2.3 熱回收系統(tǒng)控制圖

2.4 冷熱負(fù)荷都在設(shè)計(jì)工況運(yùn)行（100%負(fù)荷）的運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算

如果不采用熱回收機(jī)組， 在5-10月份開(kāi)啟加熱裝置的費(fèi)用可簡(jiǎn)單計(jì)算如下：

柴油鍋爐： 用油量M油= 熱負(fù)荷Q / （燃油比熱 X加熱系統(tǒng)的效率）

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

柴油比熱為10.2Mkal/Kg， 單價(jià)： 3.5 RMB/ Kg

則： 每天柴油鍋爐的運(yùn)行費(fèi)用= 2459 *3.5 = 8607 RMB/天

5月到10月間的運(yùn)行費(fèi)用 =

8607*30*6 = 1，549，260 RMB

也就是說(shuō)如果采用全熱回收機(jī)組，每年可節(jié)省的運(yùn)行費(fèi)用就是：1，549，260 RMB

當(dāng)然，前面的計(jì)算都是基于冷熱負(fù)荷都是在滿負(fù)荷的狀況， 其經(jīng)濟(jì)性是非常具有吸引力的.

如果實(shí)際的負(fù)荷能夠滿足， 那么采用這種熱回收的方案是非常經(jīng)濟(jì)的選擇.

2.5 冷負(fù)荷變化情況下的冷水機(jī)組的熱量貢獻(xiàn)計(jì)算

但是， 大家可能有疑問(wèn)， 正常的冷負(fù)荷會(huì)因?yàn)閷?shí)際的環(huán)境經(jīng)常會(huì)有變化，它有近98% - 99%的時(shí)間不是在滿負(fù)荷工況運(yùn)行，那么在這種情況下面， 應(yīng)用這樣熱回收方案是否經(jīng)濟(jì)呢?

下面就針對(duì)具體的機(jī)組型號(hào)來(lái)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性計(jì)算：

為簡(jiǎn)化計(jì)算，便于理解， 我們先假定熱負(fù)荷為恒定

根據(jù)設(shè)計(jì)工況選一臺(tái)機(jī)組 ：離心式冷水機(jī)組： 600TR

機(jī)組運(yùn)行參數(shù)：

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(jī)組負(fù)荷百分比%制冷量KW 輸入功率KW

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

***熱回收機(jī)組運(yùn)行優(yōu)先

可以看出，熱回收機(jī)組有98%的時(shí)間運(yùn)行在75%左右的負(fù)荷.

計(jì)算熱回收機(jī)組的熱量貢獻(xiàn)：

建筑負(fù)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(jī)組運(yùn)行時(shí)間%

**熱水負(fù)荷及溫度需求決定熱水回水溫度為恒定- 機(jī)組冷水進(jìn)水溫為恒定

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

根據(jù)前面的計(jì)算： 熱回收機(jī)組能節(jié)約的費(fèi)用（ 柴油） = （1878/2480）*1549260 = 1，173，190 RMB/年

2.6 計(jì)算不同熱負(fù)荷情況下節(jié)省的運(yùn)行費(fèi)用：

很多時(shí)候， 系統(tǒng)的熱負(fù)荷也會(huì)變化，并不一定恒定在100% ， 這個(gè)時(shí)候， 系統(tǒng)

節(jié)約的費(fèi)用就跟熱負(fù)荷的變化（ 其實(shí)就是回收熱量的利用率）有直接的關(guān)系：

不用回收利用率時(shí)運(yùn)行費(fèi)用的節(jié)省如下：

回收利用率：100% 運(yùn)行費(fèi)用（節(jié)?。?RMB：1，173，190

回收利用率：50% 運(yùn)行費(fèi)用（節(jié)省） RMB：1，173，190*50%=586，595

回收利用率：30% 運(yùn)行費(fèi)用（節(jié)?。?RMB：1，173，190*30%=351，957

2.7 定水溫運(yùn)行的能量損失計(jì)算

由于熱回收機(jī)組熱水溫度的需求決定機(jī)組冷卻水溫保持在比較高的位置，

而標(biāo)準(zhǔn)冷水機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)是可以利用低溫冷卻水溫帶來(lái)的節(jié)能效應(yīng).

考慮這一因素， 我們來(lái)計(jì)算應(yīng)用熱回收機(jī)組由于定水溫而損失的一部分能量：

冷水機(jī)組負(fù)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(jī)組運(yùn)行時(shí)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(fèi)用 （ 電費(fèi)） = 45 * 10 * 1.0 * 30 * 6 =81，000 RMB/年

2.8 最終節(jié)約費(fèi)用計(jì)算：

所以， 在綜合考慮了以上因素之后，在這個(gè)項(xiàng)目中， 不同熱負(fù)荷情況

下最終節(jié)省的運(yùn)行費(fèi)用如下：

假設(shè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)初投資增加 100 萬(wàn)RMB：

不同回收利用率是的投資回報(bào)年限計(jì)算如下：

回收利用率：100%

運(yùn)行費(fèi)用（節(jié)?。?RMB：1，173，190-81，000 = 1，092，190

投資回報(bào)年限：1年

回收利用率：50%

運(yùn)行費(fèi)用（節(jié)?。?RMB：586，595 - 81，000 = 505，595

投資回報(bào)年限：2年

回收利用率：30%

運(yùn)行費(fèi)用（節(jié)?。?RMB：351，957 - 81，000 = 270，957

投資回報(bào)年限：4年

從以上計(jì)算可以看出， 回收熱量的利用率對(duì)運(yùn)行費(fèi)用及投資回報(bào)年限的影響非常大， 所以在實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)中， 必須充分考慮熱負(fù)荷與冷負(fù)荷的匹配， 提高回收熱量的利用率， 這樣才能真正達(dá)到費(fèi)用節(jié)省的目的.

結(jié)語(yǔ)

全熱回收系統(tǒng)在運(yùn)行費(fèi)用的節(jié)省上是有一定優(yōu)勢(shì)的， 特別是熱水工況與機(jī)組的正常運(yùn)行工況比較接近的時(shí)候， 其節(jié)能的優(yōu)勢(shì)非常明顯.實(shí)際運(yùn)行情況會(huì)比較復(fù)雜， 不同的設(shè)計(jì)工況， 不同的應(yīng)用場(chǎng)合， 不同的機(jī)組匹配， 都會(huì)對(duì)運(yùn)行費(fèi)用的計(jì)算結(jié)果帶來(lái)很大的影響. 所以熱回收系統(tǒng)的應(yīng)用也需因時(shí)而定， 因需而定，要進(jìn)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(diào)冷凝熱回收的應(yīng)用 [J] .暖通空調(diào)， 2004

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

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