乙二醇能量回收系統(tǒng)在空調系統(tǒng)中的應用

高向榮

（蘭州生物制品研究所有限責任公司，甘肅 蘭州 730046）

0 引言

排風系統(tǒng)帶走的能量排出室外，既造成能源極大的浪費，又會對室外環(huán)境造成熱污染。未來，在暖通空調方面主要是實現(xiàn)節(jié)能系統(tǒng)化，尋找新的節(jié)能設計方向。

1 乙二醇熱回收系統(tǒng)

1.1 乙二醇能量回收系統(tǒng)功能

如圖1 所示，乙二醇熱回收的基本原理是以換熱器和乙二醇溶液作為換熱媒介，在排風側將排風中的熱量通過換熱器傳遞給乙二醇溶液（25%濃度），提高乙二醇溶液的溫度，然后通過循環(huán)泵將被加熱的乙二醇溶液輸送到新風側的換熱器中，提高新風溫度，減少系統(tǒng)的負荷和整個空調系統(tǒng)的運行成本。乙二醇作為載冷劑，滿足載冷劑的6 項基本要求。1）在使用范圍內，不凝固，不氣化。2）無毒，化學穩(wěn)定性好，對金屬不腐蝕。3）比熱大，輸送一定能量所需流量小。4）密度小，黏度小，可減小流動阻力，降低循環(huán)泵消耗功率。5）導熱系數(shù)大，可減少換熱設備的傳熱面積。6）來源充裕，價格低廉[2]。

乙二醇熱回收系統(tǒng)中最核心的設備就是乙二醇回收泵組，泵組包括泵站管路本體及附屬控制系統(tǒng)。泵站管路本體包括水路管道、手動閥門、水泵、過濾器、膨脹罐等設備。泵站控制系統(tǒng)由集中控制器PLC、水泵變頻器、一系列水路、外部傳感器和其他電動執(zhí)行機構組成?；A系列泵站自帶水系統(tǒng)監(jiān)測及能量統(tǒng)計系統(tǒng)，其他系列泵站可以選擇裝風系統(tǒng)監(jiān)測、能量統(tǒng)計系統(tǒng)及VPN 遠程調試監(jiān)測系統(tǒng)等，還可以選擇平臺遠程數(shù)據(jù)查看等功能。

圖1 乙二醇能量回收原理示意圖

泵組在控制水泵、水閥進行熱量回收的功能上，可以附加各種模塊，可以通過直觀的數(shù)據(jù)顯示有效地監(jiān)測熱回收系統(tǒng)。可以附加的功能包括水系統(tǒng)回收能量檢測和統(tǒng)計、風系統(tǒng)回收能量檢測和統(tǒng)計、VPN 遠程調試及檢測系統(tǒng)、VPN 遠程數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)等。

1.2 水系統(tǒng)的監(jiān)測和能量統(tǒng)計

水系統(tǒng)管路上安裝有水溫傳感器和流量傳感器，水溫傳感器可以監(jiān)測盤管進出水溫度，流量計可以監(jiān)測盤管進出水流量。

根據(jù)能量公式θ=cm△T，衍生出實時回收功率P。

式中：θ—回收能量，c—水的比熱，m—水的質量，ρ—水的密度，V—水的體積，Q—水流量，t—時長秒，T1—盤管進水溫度，T2—盤管出水溫度。

式中：P—回收功率，c—水比熱，ρ—水密度，Q—水流量，T1—盤管進水溫度，T2—盤管出水溫度[1]。

由此可以計算得出盤管回收功率，并根據(jù)實時功率計算累計的回收能量值?？刂破鞲鶕?jù)回收能量進行記錄和統(tǒng)計，可以根據(jù)每天每月每年所記錄數(shù)據(jù)匯出圖表，方便操作人員分析。

1.3 風系統(tǒng)的監(jiān)測和能量統(tǒng)計

風系統(tǒng)管路上安裝了風溫傳感器，空調機組風機側安裝了風量傳感器，風溫傳感器可以監(jiān)測盤管進出風的溫度，風量傳感器可以監(jiān)測進出盤管風的流量。根據(jù)能量公式（1）和（2） 可以同時計算出回收側和使用側盤管回收功率，并實時累計回收的能量值?？刂破鞲鶕?jù)回收能量進行記錄和統(tǒng)計，可以根據(jù)每天每月每年所記錄的數(shù)據(jù)匯出圖表，圖表可以為雙柱形圖，同時顯示回收總的能量和有效利用的能量，方便操作人員分析。

1.4 VPN遠程調試及檢測系統(tǒng)

泵組PLC 控制器可以安裝VPN 遠程調試模塊，該模塊可以通過有線以太網(wǎng)、無線Wi-Fi、3G/4G 無線網(wǎng)絡跟我司服務器終端連接，運行維護人員可以實時監(jiān)測控制器、變頻器、智能儀表等信息，及時對泵站運行數(shù)據(jù)進行分析，排除泵站可能存在的問題，可在線及時處理泵站軟件故障等內容?？梢詫ζh地區(qū)泵站故障進行快速反應及有效分析處理。

1.5 VPN遠程數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)

泵組PLC 控制器可以安裝VPN 遠程數(shù)據(jù)采集模塊，該模塊可以通過有線網(wǎng)絡，無線Wi-Fi，3G/4G 無線網(wǎng)絡跟遠程數(shù)據(jù)服務器終端連接，熱回收泵站將傳感器采集信息、執(zhí)行器動作信息和回收能量數(shù)據(jù)等都上傳到上位服務器內，可以通過App 快速查看泵站狀態(tài)、泵站回收能量統(tǒng)計等信息。

2 乙二醇能量回收系統(tǒng)全新風全排風空調系統(tǒng)中的應用

以蘭州某項目為例，分析乙二醇能量回收系統(tǒng)在該項目中的運用和優(yōu)勢。該項目是一個兔舍空調通風系統(tǒng)改造項目，之前一直未采用空調系統(tǒng)控室內制溫度，特別是在冬天，室內僅靠暖氣供熱，溫度偏低，同時窗戶緊閉，氣味難聞，極大地影響了兔子的繁殖率。

基于這些問題，對該兔舍的通風空調系統(tǒng)進行了改造。選擇了全新風全排風空調系統(tǒng)。因為排風溫度約為20℃～21℃，排出室外會造成能量非常大的損耗，所以增加了高效乙二醇熱回收系統(tǒng)，將排風熱量進行回收，對新風進行預熱，可降低蒸汽的供應量，減少運行成本。具體有4 點優(yōu)勢。1）該系統(tǒng)為全新風設計，沒有回風，且24 h 全天開機運行，機組的能耗非常巨大。乙二醇熱回收系統(tǒng)以高達75%的熱回收效率，節(jié)省巨大的能耗，帶來可觀的經(jīng)濟效益。2）考慮到成本與現(xiàn)場機房布置的問題，熱回收系統(tǒng)的布置盡量簡潔高效，其水力模塊采用集成化設計，使現(xiàn)場的施工更加方便。3）在控制系統(tǒng)上可實現(xiàn)夏季自動切換停止與冬季熱回收的功能。4）乙二醇熱回水路系統(tǒng)具有很大的靈活性，管路的施工可根據(jù)現(xiàn)場情況靈活布置，對距離不敏感。

通過采集蘭州地區(qū)一年的氣候參數(shù)，明確每種溫度參數(shù)在目標地區(qū)每年的持續(xù)時數(shù)，再以原理中的方法進行計算，可以得出相對準確的熱回收效益分析。

通過專業(yè)的選型軟件對每一種溫度工況的計算，可以得出在每種工況溫度下，新風可以被預熱到多少℃。我們可以精確地計算出每種工況下單位風量可以節(jié)省的能量。本應由相應的蒸汽提供的熱量，此時由乙二醇回收系統(tǒng)提供，從而達到工況要求。根據(jù)制熱COP 值，可以精確地計算出為了提供這些熱量需要付出的“代價”（即蒸汽的費用等），從而直接算出節(jié)省的經(jīng)濟效益，見表1。

表1 某項目空調機組1年運行成本計算結果

通過表1 的計算結果可看出，在蘭州冬季和過渡季節(jié)時，新風送風溫度低于18℃，熱回收機組自動開啟，3 臺空調機組帶熱回收比不帶熱回收，1年運行成本可節(jié)約17 余萬元，占運行成本的41%左右。

通過對該項目的工程投資計算分析，空調增加熱回收模塊后，成本增加約90 萬元，熱回收模塊約占總投資43.21%，但可以在3～4年內回收熱回收的模塊成本。

另外，如果空調機組不帶熱回收，機組到了15年的設計年限后，須進行報廢處理。但空調機組帶熱回收后，就會隨著每年節(jié)約成本的累計增加，12年后可將項目所有的總投資回收。同時，該項目兔舍能量回收機組目前只是針對室內熱量進行回收，沒有對夏季工況室內冷量的回收，一年的運行時間約在5 165 h，占全年的58.96%，還有40%的時間是停止運行的，能量回收機組沒有發(fā)揮出全部功效?？紤]到該項目目前是用蒸汽加熱，成本偏低，回收的成本相對較小。但對于一些無法利用蒸汽加熱，只能用電加熱的區(qū)域，這時回收熱量的利用價值就會非常高（電熱成本約是蒸汽制熱成本的 1.5 倍）。

3 結語

能量回收機組非常適合運用在全新風全排風空調系統(tǒng)，對新風進行預熱或預冷效果最好。該系統(tǒng)能大大降低空調機組的運行成本，對企業(yè)的長久發(fā)展意義深遠。