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1、漯河食品职业学院毕 业 论 文 论文题目：空调余热回收装置及应用 学 院：漯河食品职业学院 专 业：制冷与冷藏技术 年 级：12级机电一班 姓 名：李 X X 学 号：XXXXXXXX 指导老师：X X X 2014 年 11 月 7日摘 要 推行清洁生产，节约能源资源，是国家一再强调的环境保护工作的一个重要举措。酒店是能源消耗比较集中的场所，中华人民共和国星级酒店评定标准要求所有星级酒店有适应所在地气候的制冷设备和热水供应，四星级酒店必须有中央空调。因此，空调和热水已成为酒店（宾馆）的必备条件，尤其是星级酒店。 据测算，一家中型（约300间客房）正常经营的的高星级酒店，年用电量达500700
2、多万千瓦，对酒店进行节能技术改造，降低酒店的能源消耗，对于降低运行成本，提高市场竞争力，意义重大。从酒店一般的用能比例上来看，空调用能占酒店用能的一半以上，节能潜力最大。 关键词：节约、重要举措、改造、降低、潜力目 录前 言第一章 空调余热回收的意义 1第二章 空调余热回收工作原理 第一节 常规空调制冷系统中的能耗问题 2 第二节 制冷循环的主要设备 2 第三节 制冷系统的余热回收 3 第四节 空调系统余热回收原理 8第三章 中央空调余热回收在宾馆酒店的应用 第一节 宾馆酒店的冷热源供应状况9第二节 中央空调余热回收系统改造方案 10第三节 中央空调余热回收系统改造后的效果12第四节 中央空调
3、余热回收系统改造的建 15结 论16参考文献16前 言现在的酒店（宾馆）大都采用中央空调系统和全天热水供应系统，一般情况下，都采用中央空调冷水机组提供冷源，燃油、气的蒸汽锅炉或热水锅炉提供热源。中央空调冷水机组运行时，它向室内输送源源不断的冷气，同时也通过冷却水系统带出热量，最终通过冷却塔向室外排放大量的热气。如果把中央空调冷水机组运行时排放到大气中的废热进行回收，制出50左右的热水，供酒店生活热水使用，这样既不增加冷水机组的电耗，又节省了锅炉生产热水的燃油、气费用，还可以减少锅炉运行时向大气排放尾气造成的环境污染，是一举两得的好事。本文主要对空调系统的余热回收种类、技术原理以及余热回收系统的
4、应用进行分析介绍。第一章 空调余热回收的意义1、 余热回收系统充分利用空调系统的废热，将空调系统中产生的低品位热量有效地利用起来，实现了节约能源的目的。2、 余热回收系统减少了排到环境的废热；同时，由于降低冷却塔的容量，减少冷却塔投资或减少冷却塔使用频率，降低噪音，有效地保护了建筑物周围的环境。3、 使用余热回收系统，酒店（宾馆）不再需要在单独设置热水器，这样就给客户带来方便与安全；同时，使用余热回收系统，酒店（宾馆）可以简化或者省去热水加热系统，从而也简化了系统的运行管理。使用余热回收系统，是利用废热来回热生活热水，这样就降低了酒店（宾馆）使用生活热水的费用。4、 通过余热回收降低空调机组冷
5、凝压力，提高空调设备能将比，节省电力消耗，达到了节能环保的目的。5、 和电驱动或燃油驱动型系统以及燃气热水器（炉）等产品相比，具有无安全隐患、运行可靠，使用寿命长，出水温度恒定（不会有过冷、过热现象发生），能同时多点供水的优越性。6、 和太阳能热水器相比，具有不受安装场所限制，安装容易、不漏水、安全、寿命长、全天候热水供应，出水温度恒定（不会有过冷、过热现象发生）的优越性。7、 和热泵热水器相比，具有一机多用的功能，除能一年四季提供生活热水外，还能一年四季为室内提供空调供应。8、 和传统中央空调相比，具有一机多用的功能，除能一年四季为房间提供中央空调冷、热空气调节外，还能一年四季为房间提供恒温
6、的中央热水。运行调节灵活（多压机，多系统），管路系统简单，能效高、运行费用省的特点。第二章 空调余热回收工作原理空调余热回收是把制冷循环中制冷工质冷凝放热过程放出的热量利用起来制备热水。热回收技术主要有两个特点：其一是废热利用，免费获取热水；其二是提高机组工作效率、延长其工作寿命。压缩机工作过程中会排放出大量的废热，热量等于空调系统从空调房间吸收的总热量加上压缩机电机的发热量。空调机组通过冷却水塔，风冷机组通过冷凝风扇将这部分热量排放到大气环境中去。余热回收技术用这部分热量来获取4560的热水，实现废热利用的目的。通过工程检测，进行余热回收技术改造后，机组的效率一般会提高5%15%。由于技术改
7、造后机组负荷减少，故障率减少，寿命延长。第一节 常规空调制冷系统中的能耗问题业内人士都知道，“制冷”并不仅仅是一个简单的降温过程，与自然冷却相比，“制冷”的过程实际上是通过消耗一定的外界能量（如电能、热能、太阳能等），把热量从“低温热源”转移到“高温热源”的过程。因此，我们通过“制冷”把载冷剂的温度降低的同时，加上外功转化的热量，必然会产生比冷量更大的热量。目前绝大部分的空调设计，这部分热量不但没有利用，还要消耗水泵及风机动力，把热量通过冷凝器由冷却介质（水、空气等）带走。我们如果能够把这部分热量利用起来，则可以实现单向能耗，双向输出，大大提高制冷机组的能源利用率，还可以节约冷却系统的能耗。第
8、二节 制冷循环的工作原理及主要设备制冷循环主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器四个基本部件组成。它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统，制冷剂在系统中不断地循环流动，发生状态变化，与外界进行热量交换。液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质(水或空气)放热，冷凝为高压液体、经膨胀阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。这样，制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。在制冷系统中，蒸发器、冷凝器、压缩机和膨胀阀是制冷系统中必不可少的四大件，
9、这当中蒸发器是输送冷量的设备。制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷。压缩机是心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用。冷凝器是放出热量的设备，将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化的热量一起传递给冷却介质带走。膨胀阀对制冷剂起节流降压作用、同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的数量，并将系统分为高压侧和低压侧两大部分。实际制冷系统中，除上述四大件之外，常常有一些辅助设备，如电磁阀、分配器、干燥器、集热器、易熔塞、压力控制器等部件组成，它们是为了提高运行的经济性，可靠性和安全性而设置的。如图1第三节 制冷系统的余热回收一、 中央空调制冷机组制冷循环 中央空调制冷机组向空调末端输送8左右的冷
10、冻水，在空调末端吸收室内的热量后，水温升高至13左右。冷冻水回到蒸发器，又被冷媒冷却至8左右。冷冻水带回室内的热量被冷媒吸收，冷媒经压缩机压缩，温度升高至5890，使冷媒处于过热状态。进入冷凝器被冷却水冷却至37左右，37左右冷却水经水泵输送到屋顶冷却塔喷淋冷却，冷却塔风机将热量排到大气中去。整个过程消耗的是电。 如图2二、 冷凝热的回收冷媒被压缩机压缩后，冷媒携带的热量进入冷凝器，该热量就是冷凝热。冷凝热包括冷冻水从室内吸收的热量、压缩机电机的发热及冷媒被压缩产生的热量和气体冷媒在管道内高速流动产生摩擦热。因此，冷凝热大于制冷量。制冷机组压缩机排出的冷凝热是通过冷却水带到屋顶冷却塔排到大气中
11、去。余热回收技术就是回收冷凝热，在机组压缩机出口处与冷凝器之间安装一个热回收装置，该装置使高温的气体冷媒与待加热的20自来水进行热交换，将冷媒温度降下来；同时使水温提高到50左右。把排到大气中去的废热变为有用的热源，替代燃油与电加热酒店生活热水。同时，冷凝热被吸收后降低冷却水和冷却塔的负荷，也有节电效果。如图3三、 冷凝热回收的问题（1）对机组的影响： 1、 降低了冷凝压力，也就是降低压缩机的排气压力。 2、 降低了冷凝温度,提高机组制冷量。根据计算：冷却水温度（冷凝温度）每降低1；机组制冷量可提高1.3%。冷凝热回收后，如果冷却水流量不变，冷凝温度可降低35；可提高机组制冷量4%左右，节电效
12、果明显。 3、 由于在机组冷凝器前串联一个热采集器，排气管道增加弯头等，排气阻力会有所加大，一般会使压力增加0.3Kg/cm(30Kpa),管道设计得好会低于30Kpa。 （2） 不是所有制冷机组都可以进行热回收改造： A. 排气温度低于50的机组； B. 负压机组，冷媒R11。 A. 排气管不好接的机组。如：约克机组； B. 带节能器机组，如：特灵两级、三级压缩离心机组。 这些制冷机组一般都不好进行热回收改造。 四、部分热回收部分热回收将中央空调在冷凝（水冷或风冷）时排放到大气中的热量，采用一套高效的热交换装置对热量进行回收，制成热水供需要使用热水的地方使用，如图4 所示。由于回收的热量较大
13、，它可以完全替代燃油燃气锅炉生产热水，节省大量的燃油燃气。同时，减轻了制冷主机（压缩机）的冷凝负荷，可使主机耗电降低 1020%。此外冷却水泵的负荷大大地减轻，冷却水泵的节电效果将会大幅度提高，其节能率可提高到5070%。概括来说，采用该系统后有五大综合效益：1、每年节约六个月的热水锅炉燃油（燃气）的开支；2、主机节电率1020%；3、通过闭环变频控制系统的节电改造，冷却水泵的节电能率达到5070%；4、减少锅炉维修保养费用；5、减少燃油燃气消耗，减少对环境的热污染五、全部热回收 全部热回收主要是将冷却水的排热全部利用，如图5所示。但一般冷水机组的冷却水设计温度为出水37、回水32，属低品位热
14、源，采用一般的热交换不能充分回收这部分热能，所以在设计时要考虑提高冷凝压力，或将冷却水与高温源热泵或其他辅助热源结合，充分回收这部分热量，系统简单可靠。15第四节 空调系统余热回收原理一、空调余热回收原理图及工作原理如图6所示，冷水水源直接进入热水器套管入水口，通过逆流循环吸收经过压缩后的高温高压的制冷剂释放出来的热量，不但可以提高冷凝系统的效率又达到加热冷水的目的。加热后的热水（5560）直接进贮保温水箱，以备各项生活热水之用。整个空调系统是以电能来驱动工作，而非电能来制热。就节能方面同比之下，电资源虽丰富，但用电直接制热的方式不但耗电量大，运行成本高，而且电热管容易损坏；对于常规用燃油锅炉
15、加热的方式，由于燃油的价格高，产生的效能并不高。因此，该热回收空调技术在节能方面的效果是相当显著的，而且该系统在夏季制冷时所产生的热水是完全免费的。二、 空调余热回收的优势简单地说，空调余热回收是把制冷循环中制冷工质冷凝放热过程放出的热量利用起来制备热水。在如今能源紧张、资源匮乏的年代，节能、环保已成为持续发展的主题，空调作为建筑的主要能耗之一，怎么从空调上节约能源是迫切需要面对的问题。空调余热回收显著的节能效果现受到越来越多行业学者的关注，这与其本身具备的特点是密不可分的：1、 就空调系统而言，简约，可靠，无需增加其他电控系统，自动化程度高，运行稳定，无安全隐患。2、 热水系统出水温度恒定（
16、不会有过冷、过热现象发生），能同时实现多点供水，可满足不同需要的生活热水需求。3、 安装容易简便，不受场所限制，安全，使用寿命长。4、 节能环保，运行费用省，经济效益高。第三章 中央空调余热回收在宾馆酒店的应用第一节 宾馆酒店的冷热源供应状况一、 酒店基本状况 酒店分为地下2层，地上裙楼4层，主楼部分28层，副楼部分17层。酒店现有客房490间，床位750张。二冷、热源供应需求状况 酒店总制冷面积4.8万，制冷系统选用500Rt的美国开立19XL5151455CQ离心式冷水机组3台，每台额定输入功率410KW，总制冷量1500Rt。酒店采用蒸发量为2t燃油蒸汽锅炉3台，以供应各种生活热水。酒店
17、按100%入住率考虑，热水量按每人每天200L计算，水温50，水源为20自来水。则每天的热水量约为150t，所需热量为5230KW。第二节 中央空调余热回收系统改造方案一、 冷水机组改造方案一般制冷机组的排除冷凝量为制冷量的1.151.3倍，离心式压缩机的排气温度一般在5865，则每台冷水机组的冷凝负荷为：Q = 5003.517KW1.15 = 2022 KW一般情况下，都是有两台冷水机组处于运行状态，但是下半夜都是单台运行，则可产生冷凝热的单机时间约为（24+16）h。这样，总冷凝负荷为：Q总=2022（24+16）=60660 KW酒店每天大约需要150t，从20加热到50的总热水负荷为
18、： Q热水=150（50-20）1.163=5230 KW由此可见Q总远远大于Q热水，所以，只要对中央空调冷凝热部分余热回收就完全可以满足整个酒店的生活热水需要.对两台冷水机组进行余热回收改造，即在冷水机组的压缩机和冷凝器之间安装余热回收采集器（如图7），余热采集器采用瑞典进口的舒瑞普钎焊板式换热器B65(相关参数见表1)。用来吸收压缩机出口高温制冷剂的显热来加热自来水。由于需要150t热水，则余热回收采集器平均每小时需要生产6.25t热水，所以每台最少需生产3.13t热水。由表1可知该采集器每小时可吸收310kW的冷凝热，可产热水为：310 KW860 Kcar/KW（5020）8.88t理
19、论上只需要一台余热回收采集器就可以了。因为冷水机组不可能是单一机组一直在运行，所以，应该对两台冷水机组上进行冷凝余热回收改造。改造方法为：增设一个容量为5m的不锈钢余热采集器的专用混合水箱和一个5m的水罐用来储存加热好的热水。加装一个流量为8m/h的水泵，一台电子水处理仪。其工作过程是：水泵从混合水箱吸水打入余热采集器后加热成50左右的热水，然后送至热水储存水罐。因为中央空调余热回收系统只有在开启中央空调制冷时才能对余热进行回收利用，即每年的4至11月份，并不是全年都可以运行的，因此，必须保留原有的热水供应系统，以便在中央空调余热回收系统故障或中央空调维护期间能够及时的切换到原有系统使用，以保
20、证酒店热水的正常供应。第三节 中央空调余热回收系统改造后的效果一、 余热采集器的工况参数 当空调余热采集器的进水温度不小于20时，其出水温度都能够保持在4755的范围内，它随着空调主机的负荷的增大而升高，随着负荷的减小而降低。二、 改造前后的锅炉节油情况2002年底安装了中央空调余热回收装置，在夏季，酒店的生活热水就可以完全采用余热回收制成的热水，燃油锅炉生产的蒸汽也只是专门供应给洗衣房使用，不考虑住客率引起的热水用量变化等其他因素，与没有安装的2002年相比较，锅炉用油量分别下降了25 6%和27.8%,2003年2002年减少柴44.6t,2004年比2002年减少柴油48.3t。根据表2
21、可知，中央空调的余热回收改造的经济效益是非常明显的，每年可节约1/4的锅炉用油量。平均每年的4月至10月可节约柴油46.45t，产生经济效益为:46.454500=20.9万元/年（柴油单价按4500元/t计算）。三、改造后的空调系统的运行情况改造后冷水机组的运行参数( 冷凝压力、蒸发压力) 没有出现较为明显的变化，说明余热采集器对冷水机组的运行没有产生不好的影响。冷却塔及冷却水泵的运行状况出现好转，负荷减少15%20%左右，由于各种实际运行工况一直在变化( 因空调主机负荷一直在变化中)，没有更确切的参数对比，只能看出水泵运行时的电流大约减少15%20%左右。由表三可见，2003年、2004年
22、与没有安装的2002年相比较，整个空调系统的用电量分别下降了3.30%和5.63%，2003年比2002年减少用电67320kWh,2004年比2002年减少用量114640kWh。可见，4月份至11月份的空调系统的用电负荷比改造前下降。两年共节省电费：(67320+114640)0.845元/kWh=66569.1元。则每年可节约3.3万元左右的电费。四、 改造后的节约人力成本 由于锅炉只供洗衣房使用，只需要在白天运行，那么，晚上就不用有人在锅炉房值班，减少一半的人力成本，每年可节约人力成本5万元。五、 投资回收期 该项目改造投资总共77万元，根据每年节省20.9万元的柴油费，3.3万元的电
23、费及人工费5万元计算，则每年大约可减少29.3万元的费用开支，这样大约不到3年即可收回全部投资。第四节 中央空调余热回收系统改造的建议(1) 由于空调余热回收系统只能在开启空调时才能使用，在改造时必须保留原有的热水生产系统，且最好采用与原有热水系统串联形式，以便空调余热回收水温过低时能够及时投人使用，保证热水的正常供应。(2) 由于热水负荷是不均匀的，而空调余热回收的热水会随着空调负荷的变化而变化，造成热水的使用与生产不是同步，所以，需用一个储存水罐作为热水贮存缓冲，在条件允许下尽可能做到能容纳系统用水高峰时1h的用水量。(3) 在冷凝器的热量能及时排放的情况下，不会引起冷凝压力的下降 。要对
24、冷却水泵进行变频节能改造，因为部分的负荷已经传递给了热水系统， 可以使冷却塔处于最有效率的工况下工作，提高系统的节能效率。(4) 为了保证冷热水管的压力均衡，使水温稳定且容易调节，可在回水进入储存水罐前的管路加装平衡阀，避免各分区的热水水温不一样。结 论（1） 中央空调余热回收系统改造的经济效益非常明显，它使得在夏季使用空调时能够得到免费的热水，减少锅炉燃烧柴油对大气环境的污染，特别适合于既用空调又用热水的宾馆酒店。、（2） 中央空调余热回收系统的运用， 对企业来说，既节省锅炉的耗油量，又减少人力成本，同时延长了设备的使用寿命，降低了企业的运营成本，提高了企业的竞争力。（3） 现代宾馆酒店一般
25、建设在城市的繁华地段或者是旅游风景名胜地区， 减少甚至停止烧油锅炉，可减少排放的大量烟尘、有害气体等大气污染物和温室气体。（4） 余热回收不仅减少了排到大气中的热量，还提高了能源利用效率，节省了能源费用，具有非常明显的节能经济效益。参考文献1 董 明。星级酒店中央空调冷凝热回收利用项目分析J。能源工程， 2003(3)；63一642 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， 2004，34(7)；105一1083 王 浩。宾馆冷水机组热回收技术应用研究D。陕西：西安建筑科技大学， 20054 方艺裕。中央空调余热回收在宾馆酒店中的应用B。2007中国能源监测 报告，66705 陈振乾，施明恒。空调系统热回收简介。南京：东南大学能源与环境学院