冷凝热回收系统经济分析讲解.docx

冷凝热回收系统经济分析讲解.docx

《冷凝热回收系统经济分析讲解.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《冷凝热回收系统经济分析讲解.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

冷凝热回收系统经济分析讲解

文献综述

题目冷凝热回收系统经济分析

学生姓名谢晓飞

专业班级建筑环境与设备工程09-1

学号540902040142

院（系）机电工程学院

指导教师（职称）邢林芬（讲师）

完成时间2013年3月10日

综述题目专业班级：

姓名：

学号：

冷凝热回收系统经济分析

摘要

空调系统无论是哪种形式的空调（风冷冷水、水冷冷水或家用分体空调）当它运行时总是有相当多的冷凝热（在制冷工况下运行，冷凝热可达制冷量的1.15~1.3倍）[1.1]直接排入大气，白白散失掉，造成较大的能源浪费，并且仍然存在对周围环境的热污染。

从节能的角度看，建筑节能可采用改善围护结构蓄热特性形式。

但在较大型的空调系统中，无论采取什么形式，依然无法避免系统冷凝放热的浪费。

而对于高层住宅建筑来说，建筑物又需要大量的生活热水供应，特别是酒店宾馆类建筑。

所以添加加热设备是必要的。

随着人们生活水平的不断提高，生活热水的需要量也越来越大，加热生活热水所需的能量也越来越大，如果能将冷凝热全部或部分回收来加热生活热水，不但可以冷凝热对环境造成的污染，而且还可以节省不少的能源。

针对以上情况，对冷凝热回收经济性分析问题进行了探讨和比较,以供参考。

关键词：

冷凝热，空调水系统，冷凝热回收系统，经济分析

ABSTRACT

Airconditioningsystemineitherkindofairconditioning（aircoolingwater,watercoldwaterorhouseholdfissionairconditioning）whenitruntimealwayshavequiteanumberofcondensingheat（incoolingconditionsrun,condensationheatcapacitycanreach1.15~1.3times）directlyintotheatmosphere,invain,scatteredlostcausesbigenergywaste,andtherearestillthesurroundingenvironmentofthermalpollution.Fromtheperspectiveofenergysaving,energysavingbuildingpalisadestructurecanbeusedtoimproveheatstoragecapacityform.Butinthelargerairconditioningsystem,nomatterwhatform,willnotbeabletoavoidsystemcondensingheatemissionofwaste.Forhigh-riseresidentialbuildingfor,buildingandneedalotofdomestichotwatersupply,especiallythehotelbuildings.Soaddheatingequipmentisnecessary.Aspeoplelivingstandardriseceaselessly,thelifeofthehotwaterdemandtoomoreandmorebig,livinghotwaterheatingforenergyandismoreandmorebig,ifcanallorpartofthecondensingheatrecoverytoheatingdomestichotwater,notonlycancondensationheattoenvironmentalpollution,butalsocansavealotofenergy.Inviewoftheabovesituation,thecondensingheatrecoveryefficiencyanalysisarediscussedandcompared,forreference.

KEYWORDS:

Theheatofcondensation,watersystemofairconditioning,condensationheatrecoverysystem,economicanalysis

1.冷凝热回收

1.1冷凝热回收原理

如图，在lgP-H图中

2点到5点的过程为整个冷凝过程；2点到3点是制冷剂的过热段显热放热过程3点到4点是制冷剂的潜热放热过程；4点到5点是制冷剂的过冷段显热放热过程；（部分热回收指部分利用制冷剂的冷凝热加热生活用水，水温高于冷凝温度（图2—3过程）全部热回收指制冷剂过热蒸气冷却、冷凝和过冷，冷凝热全部回收加热生活用水，水温低于冷凝温度（上图2—5过程））

图1lgP-H图

冷凝热回收机组是利用冷凝热将自来水加热成生活热水或工艺热水，从而带走制冷系统产生的冷凝热,即直接将满足热水用量的自来水送入热回收换热器，利用压缩机的排气显热和部分冷凝潜热对热水进行第一步加热,剩余热量或由水冷冷凝器带走,从冷却塔排出，或通过风冷冷凝器将热量排出。

随着热回收换热器的进水温度的升高，冷凝潜热的回收量有所减少，然后主要利用冷凝显热继续将初步加热的热水进一步加热为5O℃[3]左右的高温热水储存在储水箱内以供使用。

如果蓄水箱内的水已满，并且达到设定的水温，此时停止加热高温热水，热量全部由水冷或风冷冷凝器带走。

1.2冷凝热回收系统特点

热回收机组回收冷凝热是将热量提供给生活热水工艺加热、锅炉进水预或其他工艺过程的一种有效和低成本的节能环保方法，其主要特点如下：

（1）热回收机组充分利用制冷系统的废热，将制冷系统中产生的低品位热量有效的利用起来，是经济有效的节能技术。

（2）热回收机组减少了排放到环境的废热，同时，冷却塔散热容量的减小，从而减小了能源输入和冷却塔风机常开造成的噪声，有效的保护了环境。

（3）热回收机组的使用，减少了热水加热系统或设备的容量，从而减少了不可再生能源的使用。

同时，利用废热加热生活或工艺热水，降低了热水供应系统的能源成本和运行费用。

但同时热回收具有单位时间内产水量不高、水温有限和季节性等缺点，通常需要辅助热源，而且适用场合也要受到一定的限制[4]

2.冷凝热回收系统分类与比较

2.1分类

热回收空调主要分为全热回收型和部分回收型。

全热回收指的是利用全部的冷凝热进行制取生活热水；采用系统切换形式。

部分热回收指的是只利用压缩机出口蒸汽显热，蒸汽显热一般占全部冷凝热的15﹪左右[1]，其它的冷凝热在冷凝器中被风机带走；采用串联形式。

冷凝热利用方式主要可分为直接式和间接式。

直接式是指制冷剂从压缩机出来后进入热回收器直接与自来水换热制备生活热水。

间接式是指利用常规空调的冷凝器侧排出的高温空气或37℃的水来加热制备生活热水。

间接式由于要增加的设备比较多。

换热效率比较低，所以该技术不易推广。

直接式又可以分为两类。

一种是只利用压缩机出口蒸汽显热，蒸汽显热一般占全部冷凝热的15％[2，1]左右。

按照热水的需求量和显热量计算得出热回收器的片数，其它的冷凝热在冷凝器中被冷却水带走；另一种是利用全部的冷凝热。

这两种比较由于前者只利用蒸汽显热，热回收器的压降比较小，使得冷凝器中压力比较稳定对制冷影响比较小。

2.2比较

全热回收与部分热回收比较

项目

全热回收

部分热回收

回收冷凝量

热回收量大

热回收量小，最大仅为全热回收的15%;实际往往更小于此值；

热水功能

全年制生活热水

过渡季节不能制生活热水

水温波动

出水温度恒定，受环境温度影响小；

受环境温度影响，水温波动大；

能效比

综合能效比高，一般可达7.0以上；

综合能效比低

噪声

静音低噪，热回收时风机停止运行

噪声较大，风机持续工作；

值得注意的是：

部分热回收过渡季节不能制热水！

[3]

3.冷凝回收系统经济分析

3.1系统的影响因素

冷凝热回收的经济情况受到多种因素影响，不同的城市，不同的经纬，消费情况，使用时间的不同，机器的运行，房间的不同（面积，人数等）等都会影响到经济情况的变化。

如果以各个因素分析，数据难以寻找，而且控制变量法也不能大致的进行分析，本篇仅以南北分，讨论南北使用空调冷凝热回收系统经济情况，以南北典型城市为例分析同一地方，同一城市是否使用冷凝回收系统的经济情况比较，并最后在效率比较南北经济情况。

同时此机组国内国外情况也是不同的，本篇由于外国不易寻找，仅讨论国内情况。

3.2南方

（1）现以厦门某星级酒店为例做经济性分析，

1、酒店现状

该酒店建筑面积1.5万平米，有标准客房198间，选用2台1454KW螺杆式冷水机组，该冷机额定冷凝负荷为1716KW。

生活热水系统选用2台500KW燃油锅炉，生活热水箱20立方米。

2、采用现行燃油锅炉制热水成本分析

根据国家规范[10]，高级酒店65℃生活热水耗量为每人每天200升。

该酒店平均入住率为75%即300人，每天需要消耗65℃生活热水60吨。

夏季自来水温度按15℃考虑，全天生活热水的热负荷为Q生活

Q生活＝c.m.△t

Q生活：

全天生活热水的热负荷cal

C：

水的比热容103cal/kg.℃

M:

水的质量kg

△t：

水的温差℃

经计算全天生活热水的热负荷为3480kwh，使用燃油锅炉，锅炉效率为0.85则每天的耗油量V

V=Q生活/λ.η.ρ

V：

耗油量l

λ：

汽油的燃烧值4.6×107J/kg

η:

燃油锅炉，锅炉效率取0.85

ρ：

汽油密度0.71kg/l

经计算使用燃油锅炉每天的耗油量460l，每升燃油3.5元，则每天运行费用为1610元。

3、采用回收装置后的运行费用

采用高温水源热泵回收空调冷凝热后，一般市面的水源热泵COP都能达到4.0，所以每天需要耗电870KW2[10]，电费按0.5[10]元/度，每天运行费用为435元。

4、运行费用比较。

经过前面的分析，采用高温水源采用高温水源热泵回收空调冷凝热后，一天能为用户节约1175元，如果一年开空调的天数为150[10]天，就能创造出17.6万元的效益。

而且增加冷凝热回收装置后，空调制冷机组不容易出现高温，更有利于机组的运行。

[10]

（2）福建某酒店热回收中央空调机组应用比较

1.工程概况

本酒店总建筑面积64246m空调总冷负荷6964KW,常规设计二台制冷量为2813KW（800USRT）的离心式冷水机组，一台制冷量为1336KW（380USRT）的螺杆式冷水机组。

热水由浮动盘管立式容积式换热器换热后提供，换热方式为汽水换热，蒸汽由燃油燃气两用锅炉供应。

采用热回收方案如下:

本项目拟在一台额定容量为2813kw的离心式冷水机组上增加热回收冷凝器，即上图3的热回收方式，经过热回收冷凝器后的热水出水温度约为40-43℃,仍达不到生活热水供水温度的卫生要求，因此还需要经过容积式换热器加热至60℃方能供至用水末端,所以需要设置一个生活热水箱储存热回收生活热水（40-43℃）。

生活热水供水系统分三个区，因此需要增加三套生活热水恒压调速变频供水泵,增加采用热回收装置后的热水供水系统流程图如图5,生活热水储存在中间热水箱经过热回收冷凝器循环加热至43℃后,再通过生活热水变频供水泵分别供至三个不同的用水分区的容积式换热器加热。

2.方案经济分析比较

在计算酒店的日平均用水量时，考虑酒店的入住率为60%，计算如下表1：

表1生活热水日平均用水量

功能区

单位热水用量

计算规模

计算使用率

计算热水用水量

（m3/d）

客房

120L/床

650床

60％

46.8

洗衣房

5L/Kg

4200Kg

60%

12.6

厨房

10L/座

2500餐厅座位

60％

15

员工沐浴

50L/人

587人

30％

8.8

桑拿、泳池沐浴

100L/人

100人

100％

10

日平均用水总量

93.2

由表1可知，生活热水计算日平均用水量93.2T/d,设置50T的不锈钢生活热水箱一个用于储存43℃热回收生活热水,水箱设置在制冷机房内。

同时需要增加三套恒压变频调速热水供水泵,参数如表2所示。

采用热回收离心式冷水机组后所需增加的费用见表3,由计算可知，采用热回收离心式冷水机组后共增加投资约59.4万元。

表2恒压调速变频热水供水泵

供水一区

供水二区

供水三区

水泵流量（m3/h）

10

20

16

水泵扬程（m）

40

40

68

水泵台数（台）

3

3

3

水泵总价格（元）

22000元

28000元

32000元

表3增加设备投资费用

控制系统

热回收冷凝器

热水水箱

热回收

循环泵

热水供水泵

管道配件及安装费用

合计

增加费

用（万元）

10

20

9.2

2

8.2

10

59.4

表4热回收离心式冷水机组参数

机组运行工况

制冷量（kw）

热回收量（kw）

输入功率（kw）

热回收冷凝器水流量（m3/h）

制冷运行工况

2813

0

485

0

热回收运行工况

2813

2532

586

221

（注以上数据差相关机组所得）[18]

2.1节省生活热水费用计算

由表1，生活热水日平均用水量93.2m/d，由热回收离心式冷水机组把热水加热至43℃，每天可节省生活热水热值：

Q=G·ρ·C·ΔT

=93.2m3·1000kg/m3·4.186kJ/kg℃·（40℃-20℃）

=7802704KJ=2167.4kwh

每天可节省天然气：

Q/（η1·η2·10）=2167.4kwh/（0.9·0.9·10kwh）=267.5m3

η1---燃气锅炉热效率90%；

η2---容积式换热器热效率90%；

天然气热值10kw·h/m3；

天然气单价3元/m3；

每天可节省生活热水加热费用：

267.5m3×3元/m3=802.5元。

4.2冷水机组运行能耗增加计算

同时，冷水机组在热回收工况下运行时的输入功率由485kw增加至586kw,见表4，制冷机组的耗电量增加了，理论上加热这部分热水需要使冷水机组在热回收工况下的运行时间：

2167.4kw·h/2532kw=0.856小时。

因此制冷机组每天需要增加运行费用：

0.856h×（586kw-485kw）×0.85元/kwh=73元。

所以采用热回收装置后，每天可节省费用（802.5－73.5）＝729元，

每年可节省费用：

729元/天×184天=134136元（每年空调运行计算时间为6个月）。

）[18]

2.3增加投资的回收期计算

所增加设备费用的投资回收期为:

59.4万元/13.4136万元=4.43年

3.结论

冷水机组采用双冷凝器热回收方式，可以把部分冷凝器散热转移至生活热水，减少了生活热水的热能消耗及热排放，在当今建筑能耗居高不下的情况下，具有显著的节能效益和经济效益，其增加投资的回收期也较短。

由表4及计算可知，一台离心式冷水机组（热回收率90%18]）运行一个小时即可满足酒店一天的生活热水需求，热水用量越大，投资的回收期越短，因此冷水机组热回收系统在

热水用量大的场所如酒店、工厂）其经济和节能效益将更加明显。

3.3北方

（1）北京综合办公大楼中央空调节能措施的经济效益分析

1工程概况

综合办公大楼共10层，建筑面积22804．3m2，其中地上17824．52m2，地下4979。

78砰。

地下1层为设备层、车库和餐厅，第1层和第2层为营业场所，第3～5层为档案室，第6～8层为办公及管理用房，第9层为会议室和监控中心等用房。

1．1空调设计参数夏季室内：

温度25℃，相对湿度60％，空气焓值55．44kJ／kg；夏季室外：

平均温度32．5℃，相对湿度83％，空气焓值104．26kJ／kg。

）[20]

1．2中央空调系统选型设计

该大厦所在区域为夏热冬冷地区，全年不需要供暖，1层和2层终年室内发热量较大，冷负荷较大，有些房间需要全年供冷。

因此，制冷机组选用2台制冷量为350Rt（1Rt=3．517kW）的水冷螺杆式冷水机组。

为提高主机冷凝器换热效率，制冷机组配有冷凝器清洗装置。

第9层后勤用房需要少量卫生热水。

为了减少投资，再加上有全年供冷需求，所以制冷季节采用冷凝热回收系统和蓄热装置提供热水，不足部分由太阳能和电加热设备提供。

中央空调冷冻水供回水温度最大设计温差为5℃（供水为8℃，回水为13℃）。

第3～5层档案室为恒温恒湿区域，另设风冷恒湿恒温专用空调，24h运转，其冷负荷不包含在主制冷系统中。

第2层大厅采用全新风系统，低风速风道送风，利用百叶回风。

新风量依据不同标准、不同季节进行调整，同时设有排风。

主楼第6～9层小办公室及小会议室采用风机盘管加新风空调方式，新风系统独立设置，同时也设有排风。

对空调冷负荷进行逐项逐时计算，柜式空调机采用DDC系统控制，并安装焓差控制器控制新风量；利用中央空调能源管理（BKS）系统对制冷主机、水泵及末端运行情况进行监控。

下面就所采取的中央空调系统节能措施进行经济性分析，从经济性方面论证节能措施的有效性。

2.经济分析

回收空调冷凝热用于热水供应，是在不降低建筑物使用功能和舒适性标准的前提下，将2个常规的独立性、单向性系统改造为一个整体循环系统。

用空调冷凝热回收系统代替了常规锅炉房热供应系统，可以说系统所供应的热量是免费的。

简单地说，热回收空调是利用制冷循环中制冷工质冷凝过程放出的热量制备热水的。

该大厦第9层后勤用房共有60间，120个床位。

每个床位所需热水量按150L／d计算，则每天需要热水18000L。

表2～表4为不同制取热水方式的经济性对比分析。

从表2可以看出，在设备初投资方面，热回收空调机组比天然气、燃油、煤气炉高出48800元，比电热炉高53800元。

根据表3和表4，热回收空调机组全年运行费用（元）为28728+38340=67068。

全年比采用天然气锅炉节约费用（元）为47880+61740—67068=42[20]

表2设备初投资费用分析表[20]元

名称

热回收空调

天然气锅

燃油锅炉

煤气炉

电热炉

设备

4980

15000

15000

15000

10000

水箱

2000

6000

6000

6000

6000

总费用

6980

21000

21000

21000

16000

表3.夏季季加热1t水费用对比（水温25～55℃．加热量为30000kcal。

1kcal=4．[20]

热回收空调

天然气锅

燃油锅炉/kg

煤气炉

电热炉

燃料热值

1kW·h／C

9000kcal／N*m3

103000kcal

4200kcal/

1kW·h/C

设备效率／％

262

95

90

90

100

燃料消耗量

13.3kW·h

3.51N*m3

3.24kg

7.94N*m3

34.89kW·h/C

燃料单价／元

0.60

3.8

4.90

1.6

0.6

加热费用／元

7.89

13.3

15.88

12.71

20.94

用水量20t／d，共180天的费用

28728

47880

57168

45756

75384

表4冬季季加热1t水费用对比（水温25～55℃．加热量为30000kcal。

1kcal=4．[20]

热回收空调

天然气锅

燃油锅炉/kg

煤气炉

电热炉

燃料热值

1kW·h／C

9000kcal／N*m3

103000kcal

4200kcal/

1kW·h/C

设备效率／％

262

95

90

90

100

燃料消耗量

17.75kW·h

4.76N*m3

4.31kg

10.85N*m3

46.52kW·h/C

燃料单价／元

0.60

3.8

4.90

1.6

0.6

加热费用／元

10.65

17.15

21.12

16.93

27.91

用水量20t／d，共180天的费用

38340

61740

76032

60948

100467

全年比采用燃油锅炉节约费用（元）为57168+76032—67068=66132

全年比采用煤气炉节约费用（元）为45756+60948—67068=39636；

全年比采用电热炉节约费用（元）为75384+100476—67068=108792。

4..结论

过设备初投资和运行费用对比分析可知，回收空调机组与其他热水制取设备相比，热回收空调机组在2年内就可以回收全部设备投资。

（2）天津空调系统冷凝热回收及其经济性分析

2．1制冷负荷的计算

本文以一家中等规模的宾馆用户为例，制冷负荷的容量大小通常根据建筑的最大冷负荷确定。

一般以建筑面积估算，宾馆取1o0～150w／mz（特殊情况例外）。

假设宾馆共有100套客房，标准房建筑面积约按35m2／套计算，而一般宾馆客房约占总建筑面积的60％左右，其l他40％的面积包括大厅、餐厅、歌舞厅、健身房等公共场所，如公共场所面积大，平均估算制冷量要取较大值。

因此，100套客房的面积约为3500m2，宾馆建筑总面积约6000m2，制冷量以120W／mz计算，总制冷量为720kW左右。

2．2热水用量的理论计算

根据给排水热水供应设计标准，宾馆客房人均淋浴热水消耗量为65℃水、150~200L，一般以平均值175L计算；折合50℃热水、227.5L／（人·天）。

考虑宾馆内部的餐厅、洗衣房和职工等热水用量，以每人每日综合热水耗量（50℃）O.5m，计算，每个标准客房2个旅客，旅馆入住率70％[24]，共计旅客人数为140人则每日的热水总用量（q），为q~=140~0．5=70（m／d）。

[24]

在夏季，我国南方地区自来水温度为20℃左右，北方地区自来水温度为15。

C左右。

假设夏季平均温度为18℃，则夏季每日热水总用热量为：

总热量=水的比热×每日热水总量×热水进水温差即：

Q=4．18×70~1000~（50-18）=9．36~10kJ

由上例可