空调热回收技术研究现状与发展探讨

吴经纬

（上海海事大学，上海200135）

1 引言

自1902年制冷之父开利先生设计出世界第一套空调系统以来，空调因其为人类创造冬暖夏凉的室内环境的特点早已广泛应用于全球。然而空调在降低室内温度，为人类带来舒适性的同时，系统也向环境排放出大量的冷凝热。大量的热量排出室外，不仅是能量的浪费，而且会造成室外大气的热污染，加剧都市的“热岛效应”。而室外环境温度的升高，又使得空调系统的运行工况恶化，增加空调的能耗。

使用冷凝热回收技术，将排放出的冷凝热回收，既可替代传统加热设备制取热水以降低能源消耗和运行费用，又可以减少向大气中排放的废热，减轻大气污染，改善生态环境。因此对空调冷凝热的回收是十分必要的。

2 空调热回收技术研究现状

2.1 热泵热回收系统

2006年，湖南大学土木工程学龚光彩教授，何君等［1］针对冷凝热回收装置只用于夏季，而过渡季节及冬季处于闲置状态等问题，提出将热泵技术与冷凝热回收技术相结合的方法以制取生活热水。若热泵热水装置与冷凝热回收装置共同使用，可以共用一部分基础设备，使这部分基础设备的利用率大大增加，此方法不仅很大程度上推动热泵热水装置的推广应用，而且冷凝热回收装置的优点也显得更加明显。在对某宾馆集中式空调系统冷凝热回收技术的经济效益进行分析后得出：采用两种装置有效结合的方式，每年可节约费用约81.7万元，说明此项综合技术具有巨大的经济潜力。并指出若采用冷凝热回收与热泵综合技术以制取热水，预计未来建筑冷热源的模式为（至少我国南部地区）制冷机组、冷凝热回收装置、热泵热水装置相结合，或是热泵、冷凝热回收装置、热泵热水装置相结合。在采用冷凝热回收装置及热泵热水装置后，可以替代传统的锅炉，以改变目前主要由锅炉生产热水的局面，并达到经济节省的效益。

2007年，黄倩、章学来及梁峻［2］提出三联供水环热泵系统，实现整个系统制冷、制热、制取生活热水的三联供功能，该系统辅助热源由空气源热泵机组代替了常规的燃油（气）锅炉，并且在系统中加入一组水高温热泵，在制冷季节回收冷凝热来生产生活热水。其系统工作方式为在在制冷季节时，冷却水带走空调机组的冷凝热，其中部分热量通过冷却塔排到空气中，另一部分热量则通过水一水高温热泵（热回收机组）用来加热卫生热水。水一水高温吸收了空调部分的冷凝热，降低了冷却负荷，同时，空调机组由于冷却水温下降，能效比会升高，因此双向节能；在采暖季节时，空调采暖及热水所需的热量都来自空气。辅助热源型空气源热水机组通过吸收空气中的热量来加热水系统中的水（水温为15～22℃），分散水源热泵则通过吸收水系统中水的热量来进行采暖；而水一水高温热泵（热回收机组）则通过吸收水系统中水的热量，用来加热生活热水。过渡季节时，采用哪种方式来制取生活热水要视室外温度来决定，当室外温度高的时候利用冷却塔来吸收空气中的热量则可满足制卫生热水要求。该系统能同时满足夏天供冷、冬天采暖、全年供应生活热水。该系统具有高效节能、设备能效高系统综合能效高、运行安全可靠，无污染安装简单方便等特点。

2010年，上海交通大学制冷与低温工程研究所江明旒，吴静怡等［3］提出了两级冷凝热泵热水系统以应对空气源热泵热水器运行在高温工作区时，压缩机功率及压缩机排气温度偏高，从而带来安全隐患及效率等问题。两级冷凝热泵热水系统的工作原理为，系统工质按照逆卡诺循环，通过压缩机做功，从环境中吸收热量，再通过前后串联的第一级冷凝器和第二级冷凝器把热量分别输送到第一级水箱和第二级水箱中。通过导水的方式，使得在循环加热过程中，第一级水箱的水温始终高于第二级水箱的水温，并且第一级水箱吸收的是制冷剂侧温度较高的显热部分，因而能在第一级水箱中得到高温热水，同时第二级水箱较低的水温使得系统的冷凝压力较低，从而既提高了热泵热水机组的供水温度，又改善了机组的运行工况。在20℃左右的室外环境温度下进行两级水箱循环加热及单级水箱加热实验，实验结果显示，虽然两级冷凝热泵热水系统对机组平均COP的改善并不十分明显，只比单独加热模式高出0.2左右。然而两组实验的最大压缩机功率分别比额定功率高出了8.3%和25.7%，相应的最高压缩机排气温度分别为100.4℃和111.5℃，对比可知两级冷凝热泵热水系统对机组最高压缩机功率以及最高压缩机排气温度的控制更加有效，更能够保证机组安全稳定性。

2.2 带蓄热装置冷凝热回收系统

2004年，哈尔滨工业大学市政环境工程学院王伟，马最良等［4］提出引入热泵、蓄热装置（包括蓄热水罐和消防水池）等技术措施以解决空调冷凝热与热水供应负荷之间的不平衡性问题。系统中引入的水——水工业热泵可以回收各种工艺流程中温度在27～77℃低温废热，并输出60～110℃的高温热量。将其引入常规空调与热水供应系统中，可有效解决解决空调冷凝热与热水供应负荷品位上的不相同性问题。而引入蓄热装置的主要功能是平衡空调冷凝热负荷与热水供应负荷之间日逐时不波动特性，延长空调冷凝热的利用时间，达到最佳的节能效果，根据蓄热装置的不同系统分为蓄热水罐水蓄热HRHWS系统、及消防水池水蓄热HRHWS系统。

2.3 结合太阳能与天然气冷凝热回收系统

2007年，烟台市建筑设计研究股份有限公司张积太，张伟东［5］提出冷凝热，太阳能及天然气“三联供”系统。该系统具有季节互补性，在制冷季节，首先可回收空调冷凝热，为了不影响空调冷却效果，热回收冷凝器的出水温度设定不用过高，一般35℃左右，再升温的功能由太阳能集热器来完成。在不需空调的季节，卫浴热水首先由太阳能集热器来完成蓄热升温，而在太阳能不能充分发挥作用的季节，比如阴雨天或冬季，则由天然气完成继续提升水温并达到使用要求。

天然气主要是承担最后的升温功能，不论哪个季节，只要水温达到要求，天然气可不用。通过对某酒店热水卫生系统所得数据分析，得出结论为当太阳能的配置达到满负荷太阳能的1／3左右，并与空调冷凝热结合使用时，其性价比是优良的，过高的太阳能匹配回报期过长，没有经济意义，且占场地也过大，因此一般推荐配置为满额的1／3左右即可。由此3种热源组成的热水系统全年供应方案在节能方面有着显著的优势。

3 结语

由于发展而造成的资源迅速枯竭和环境恶化，使得节能与环保已成为世界各国所不可忽视的课题。当前的冷凝热回收技术虽然存在一系列问题，如对蓄热材料的开发有待加强；缺乏对系统进行计算机模拟以优化设计系统部件；及对系统的精确控制需要进一步提高，然而，冷凝热回收技术的本质是回收利用原本将排放至环境而浪费的热量，其既能降低能耗，又能减轻环境的热污染。因此，加强对冷凝热回收技术的研究，对我国的节能与环保事业具有较大的意义。

［1］龚光彩，何 君，曾 巍，等.冷凝热回收与热泵对建筑冷热源的影响［J］.煤气与热力，2006，26（2）：65～68.

［2］黄 倩，章学来，梁 峻.水环热泵一空气源热泵一热泵型热水机组复合空调系统的工程应用实例分析［J］.制冷空调与电力机械，2008，29（3）：41，42～45.

［3］江明旒，吴静怡，孙 鹏，等.两级冷凝热泵热水系统的实验研究［J］.制冷学报，2010，31（1）：6～10.

［4］王 伟，马最良.空调冷凝热回收热水供应系统方案研究［J］.哈尔滨工业大学学报，2004，36（11）：1 531～1 533.

［5］张积太，张伟东.空调冷凝热回收机组.太阳能与天然气锅炉“三联供”解决卫浴热水供应的方案及其节能意义［J］.山东暖通空调，2007（2）：37～38.