空调冷水机组热回收应用的经济性分析

（开利空调销售服务（上海）有限公司，上海 200000）

空调冷水机组热回收应用的经济性分析

王素萍

（开利空调销售服务（上海）有限公司，上海 200000）

介绍了冷水机组热回收技术及其热回收模式根据回收热量源不同的分类，主要对全热回收机组应用的案例进行经济性分析计算。

热回收技术；全热回收；显热回收；经济性分析

1 热回收技术介绍

能源是人类赖以生存的五大要素之一，经济的快速发展必须以能源特别是电力的保障供应作为基础。而空调在适应经济发展和满足人类需求的同时，也给人类带来了巨大的能源消耗负担和其他如温室效应等负面影响，因此，减少空调的能源消耗，已成为空调设计所面临的一个重要和首要的问题。

常规空调系统主要由制冷剂循环、冷却水循环、冷冻水循环和空气循环组成。在制冷剂循环中，气态的制冷剂在压缩机内被压缩，温度升高、压力增大；通过排气管，高压的气态制冷剂进入冷凝器中被冷却水冷却，变成高压液体；通过节流阀，压力降低，高压制冷剂变成低压含少量气体的气液混合物；其后制冷剂在蒸发器内定压（低压）下吸收大量蒸发器里冷冻水的热量，蒸发变成低压的气态制冷剂；气态制冷剂通过吸气管路再回到压缩机内。

在冷却水循环中，冷却水在冷凝器中吸收了制冷剂的热量后，由泵送到冷却塔的上部喷下，与逆流（上升）的空气进行热湿交换，冷却水温度降低。冷却水再泵送到冷凝器与制冷剂进行热交换，温度升高，如此循环。

空调房间的冷负荷（即热量）通过蒸发器进入制冷剂循环，变成冷凝排热的一部分，再通过冷却水循环排到大气中去。因此，对于常规空调制冷机，其主要作用是空气调节，空调系统的冷凝热直接排放到大气中未加以利用。制冷机组在空调工况下运行时向大气环境排放大量的冷凝热，大量的冷凝热直接排入大气，白白散失掉，造成较大的能源浪费，这些热量的散发又使周围环境温度升高，造成严重的环境热污染。若将制冷机放出的冷凝热予以回收用来加热生活热水和生产工艺热水，不但可以减少对环境造成的污染，而且还是一种变废为宝的节能方法。近年来，对空调系统冷凝排热热回收的研究也越来越多。

热回收技术就是对冷水机组的冷凝排热进行回收，并加以有效的利用，从而来达到某些应用场合的节能目的。例如酒店在夏季需要同时供热（应用于生活热水）和制冷， 有了热回收循环以后，在制冷时吸收的热量可以通过热回收以后输送到大楼需要供热的地方，以达到能源的更有效利用。

图1 热回收系统控制图

热回收根据回收热量源的不同一般有两种模式

1.1 显热回收 （部分热回收） 仅回收排气过热段的那一部分热量；

1.2 全热回收。回收所有部分的冷凝热.

2 全热回收机组应用的经济性分析

2.1 设计工况：

冷负荷： 1800 TR， 运行时段： 每年5月至 10月， 每天运行时间早上

8：00 至下午 6：00， 运行时间为10小时.

冷冻水进/出水： 12℃/ 7℃

冷却水进/出水： 32℃/ 37℃

热负荷： 2480 kW-运行时段：全年，每年5月至10月， 每天

运行时间早上8：00 至下午6：00， 运行时间为10小时

热水温度需求：37℃， 回水温度：32℃

2.2 系统配置方案

全热回收模式机组+标准冷水机组+ 加热装置

冷水机组选择： 2X600TR

全热回收模式机组： 1X600TR

3台冷水机组并联布置

加热装置： 电锅炉或燃油锅炉 2480 KW

制冷量： 2X600 + 1X600 =1800TR

满负荷全热回收量： 2480 KW

2.3 热回收系统控制图

2.4 冷热负荷都在设计工况运行（100%负荷）的运行费用计算

如果不采用热回收机组， 在5-10月份开启加热装置的费用可简单计算如下：

柴油锅炉： 用油量M油= 热负荷Q / （燃油比热 X加热系统的效率）

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

柴油比热为10.2Mkal/Kg， 单价： 3.5 RMB/ Kg

则： 每天柴油锅炉的运行费用= 2459 *3.5 = 8607 RMB/天

5月到10月间的运行费用 =

8607*30*6 = 1，549，260 RMB

也就是说如果采用全热回收机组，每年可节省的运行费用就是：1，549，260 RMB

当然，前面的计算都是基于冷热负荷都是在满负荷的状况， 其经济性是非常具有吸引力的.

如果实际的负荷能够满足， 那么采用这种热回收的方案是非常经济的选择.

2.5 冷负荷变化情况下的冷水机组的热量贡献计算

但是， 大家可能有疑问， 正常的冷负荷会因为实际的环境经常会有变化，它有近98% - 99%的时间不是在满负荷工况运行，那么在这种情况下面， 应用这样热回收方案是否经济呢?

下面就针对具体的机组型号来进行经济性计算：

为简化计算，便于理解， 我们先假定热负荷为恒定

根据设计工况选一台机组 ：离心式冷水机组： 600TR

机组运行参数：

AHRI 变水温 定水温输入功率KW 100% 2110 393 393 75% 1582 253 299 50% 1055 160 215 25% 527 108 137冷水机组负荷百分比%制冷量KW 输入功率KW

借用AHRI的部分负荷运行的分析方法， 并根据某地的在机组运行时段（5 -10月， 上午8：00 - 下午 6：00） 的气温分布来近似分析大楼负荷变化情况 ，然后再推算到热回收机组的部分负荷运行情况：

***热回收机组运行优先

可以看出，热回收机组有98%的时间运行在75%左右的负荷.

计算热回收机组的热量贡献：

建筑负荷百分比 %制冷量KW定水温输入功率kw热回收量kw热回收机组运行时间%

**热水负荷及温度需求决定热水回水温度为恒定- 机组冷水进水温为恒定

则热回收机组能够提供的热量 = 2480 *0.02+1866*0.98 = 1878 KW

根据前面的计算： 热回收机组能节约的费用（ 柴油） = （1878/2480）*1549260 = 1，173，190 RMB/年

2.6 计算不同热负荷情况下节省的运行费用：

很多时候， 系统的热负荷也会变化，并不一定恒定在100% ， 这个时候， 系统

节约的费用就跟热负荷的变化（ 其实就是回收热量的利用率）有直接的关系：

不用回收利用率时运行费用的节省如下：

回收利用率：100% 运行费用（节省） RMB：1，173，190

回收利用率：50% 运行费用（节省） RMB：1，173，190*50%=586，595

回收利用率：30% 运行费用（节省） RMB：1，173，190*30%=351，957

2.7 定水温运行的能量损失计算

由于热回收机组热水温度的需求决定机组冷却水温保持在比较高的位置，

而标准冷水机组在正常运行时是可以利用低温冷却水温带来的节能效应.

考虑这一因素， 我们来计算应用热回收机组由于定水温而损失的一部分能量：

冷水机组负荷百分比 %变水温 定水温 能量损失KW AHRI制冷量KW 输入功率 KW输入功率 KW热回收机组运行时间% 100% 2110 393 393 0 2% 75% 1582 253 299 46 98%

50% 1055 160 215 55 0% 25% 527 108 137 29 0%

损失的能量 = 46*0.98= 45 KW

损失的费用 （ 电费） = 45 * 10 * 1.0 * 30 * 6 =81，000 RMB/年

2.8 最终节约费用计算：

所以， 在综合考虑了以上因素之后，在这个项目中， 不同热负荷情况

下最终节省的运行费用如下：

假设系统设计初投资增加 100 万RMB：

不同回收利用率是的投资回报年限计算如下：

回收利用率：100%

运行费用（节省） RMB：1，173，190-81，000 = 1，092，190

投资回报年限：1年

回收利用率：50%

运行费用（节省） RMB：586，595 - 81，000 = 505，595

投资回报年限：2年

回收利用率：30%

运行费用（节省） RMB：351，957 - 81，000 = 270，957

投资回报年限：4年

从以上计算可以看出， 回收热量的利用率对运行费用及投资回报年限的影响非常大， 所以在实际系统设计中， 必须充分考虑热负荷与冷负荷的匹配， 提高回收热量的利用率， 这样才能真正达到费用节省的目的.

结语

全热回收系统在运行费用的节省上是有一定优势的， 特别是热水工况与机组的正常运行工况比较接近的时候， 其节能的优势非常明显.实际运行情况会比较复杂， 不同的设计工况， 不同的应用场合， 不同的机组匹配， 都会对运行费用的计算结果带来很大的影响. 所以热回收系统的应用也需因时而定， 因需而定，要进行全面的考虑， 不能盲目跟从。

[1] 李惟毅，韦雪松，郑宗和.集中空调冷凝热回收的应用 [J] .暖通空调， 2004

[2] 董明.星级酒店中央空词冷凝热回收利用项目分析 [J] .能源工程， 2003（3）

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