乙二醇能量回收系统在空调系统中的应用

2020-05-06高向荣

中国新技术新产品 2020年5期

关键词：盘管乙二醇排风

高向荣

（兰州生物制品研究所有限责任公司，甘肃兰州 730046）

0 引言

排风系统带走的能量排出室外，既造成能源极大的浪费，又会对室外环境造成热污染。未来，在暖通空调方面主要是实现节能系统化，寻找新的节能设计方向。

1 乙二醇热回收系统

1.1 乙二醇能量回收系统功能

如图1 所示，乙二醇热回收的基本原理是以换热器和乙二醇溶液作为换热媒介，在排风侧将排风中的热量通过换热器传递给乙二醇溶液（25%浓度），提高乙二醇溶液的温度，然后通过循环泵将被加热的乙二醇溶液输送到新风侧的换热器中，提高新风温度，减少系统的负荷和整个空调系统的运行成本。乙二醇作为载冷剂，满足载冷剂的6 项基本要求。1）在使用范围内，不凝固，不气化。2）无毒，化学稳定性好，对金属不腐蚀。3）比热大，输送一定能量所需流量小。4）密度小，黏度小，可减小流动阻力，降低循环泵消耗功率。5）导热系数大，可减少换热设备的传热面积。6）来源充裕，价格低廉[2]。

乙二醇热回收系统中最核心的设备就是乙二醇回收泵组，泵组包括泵站管路本体及附属控制系统。泵站管路本体包括水路管道、手动阀门、水泵、过滤器、膨胀罐等设备。泵站控制系统由集中控制器PLC、水泵变频器、一系列水路、外部传感器和其他电动执行机构组成。基础系列泵站自带水系统监测及能量统计系统，其他系列泵站可以选择装风系统监测、能量统计系统及VPN 远程调试监测系统等，还可以选择平台远程数据查看等功能。

图1 乙二醇能量回收原理示意图

泵组在控制水泵、水阀进行热量回收的功能上，可以附加各种模块，可以通过直观的数据显示有效地监测热回收系统。可以附加的功能包括水系统回收能量检测和统计、风系统回收能量检测和统计、VPN 远程调试及检测系统、VPN 远程数据采集及分析系统等。

1.2 水系统的监测和能量统计

水系统管路上安装有水温传感器和流量传感器，水温传感器可以监测盘管进出水温度，流量计可以监测盘管进出水流量。

根据能量公式θ=cm△T，衍生出实时回收功率P。

式中：θ—回收能量，c—水的比热，m—水的质量，ρ—水的密度，V—水的体积，Q—水流量，t—时长秒，T1—盘管进水温度，T2—盘管出水温度。

式中：P—回收功率，c—水比热，ρ—水密度，Q—水流量，T1—盘管进水温度，T2—盘管出水温度[1]。

由此可以计算得出盘管回收功率，并根据实时功率计算累计的回收能量值。控制器根据回收能量进行记录和统计，可以根据每天每月每年所记录数据汇出图表，方便操作人员分析。

1.3 风系统的监测和能量统计

风系统管路上安装了风温传感器，空调机组风机侧安装了风量传感器，风温传感器可以监测盘管进出风的温度，风量传感器可以监测进出盘管风的流量。根据能量公式（1）和（2）可以同时计算出回收侧和使用侧盘管回收功率，并实时累计回收的能量值。控制器根据回收能量进行记录和统计，可以根据每天每月每年所记录的数据汇出图表，图表可以为双柱形图，同时显示回收总的能量和有效利用的能量，方便操作人员分析。

1.4 VPN远程调试及检测系统

泵组PLC 控制器可以安装VPN 远程调试模块，该模块可以通过有线以太网、无线Wi-Fi、3G/4G 无线网络跟我司服务器终端连接，运行维护人员可以实时监测控制器、变频器、智能仪表等信息，及时对泵站运行数据进行分析，排除泵站可能存在的问题，可在线及时处理泵站软件故障等内容。可以对偏远地区泵站故障进行快速反应及有效分析处理。

1.5 VPN远程数据采集及分析系统

泵组PLC 控制器可以安装VPN 远程数据采集模块，该模块可以通过有线网络，无线Wi-Fi，3G/4G 无线网络跟远程数据服务器终端连接，热回收泵站将传感器采集信息、执行器动作信息和回收能量数据等都上传到上位服务器内，可以通过App 快速查看泵站状态、泵站回收能量统计等信息。

2 乙二醇能量回收系统全新风全排风空调系统中的应用

以兰州某项目为例，分析乙二醇能量回收系统在该项目中的运用和优势。该项目是一个兔舍空调通风系统改造项目，之前一直未采用空调系统控室内制温度，特别是在冬天，室内仅靠暖气供热，温度偏低，同时窗户紧闭，气味难闻，极大地影响了兔子的繁殖率。

基于这些问题，对该兔舍的通风空调系统进行了改造。选择了全新风全排风空调系统。因为排风温度约为20℃～21℃，排出室外会造成能量非常大的损耗，所以增加了高效乙二醇热回收系统，将排风热量进行回收，对新风进行预热，可降低蒸汽的供应量，减少运行成本。具体有4 点优势。1）该系统为全新风设计，没有回风，且24 h 全天开机运行，机组的能耗非常巨大。乙二醇热回收系统以高达75%的热回收效率，节省巨大的能耗，带来可观的经济效益。2）考虑到成本与现场机房布置的问题，热回收系统的布置尽量简洁高效，其水力模块采用集成化设计，使现场的施工更加方便。3）在控制系统上可实现夏季自动切换停止与冬季热回收的功能。4）乙二醇热回水路系统具有很大的灵活性，管路的施工可根据现场情况灵活布置，对距离不敏感。

通过采集兰州地区一年的气候参数，明确每种温度参数在目标地区每年的持续时数，再以原理中的方法进行计算，可以得出相对准确的热回收效益分析。

通过专业的选型软件对每一种温度工况的计算，可以得出在每种工况温度下，新风可以被预热到多少℃。我们可以精确地计算出每种工况下单位风量可以节省的能量。本应由相应的蒸汽提供的热量，此时由乙二醇回收系统提供，从而达到工况要求。根据制热COP 值，可以精确地计算出为了提供这些热量需要付出的“代价”（即蒸汽的费用等），从而直接算出节省的经济效益，见表1。

表1 某项目空调机组1年运行成本计算结果

通过表1 的计算结果可看出，在兰州冬季和过渡季节时，新风送风温度低于18℃，热回收机组自动开启，3 台空调机组带热回收比不带热回收，1年运行成本可节约17 余万元，占运行成本的41%左右。

通过对该项目的工程投资计算分析，空调增加热回收模块后，成本增加约90 万元，热回收模块约占总投资43.21%，但可以在3～4年内回收热回收的模块成本。

另外，如果空调机组不带热回收，机组到了15年的设计年限后，须进行报废处理。但空调机组带热回收后，就会随着每年节约成本的累计增加，12年后可将项目所有的总投资回收。同时，该项目兔舍能量回收机组目前只是针对室内热量进行回收，没有对夏季工况室内冷量的回收，一年的运行时间约在5 165 h，占全年的58.96%，还有40%的时间是停止运行的，能量回收机组没有发挥出全部功效。考虑到该项目目前是用蒸汽加热，成本偏低，回收的成本相对较小。但对于一些无法利用蒸汽加热，只能用电加热的区域，这时回收热量的利用价值就会非常高（电热成本约是蒸汽制热成本的 1.5 倍）。