随着社会经济发展, 越来越多的风冷热泵机组被客户采用。夏季, 风冷热泵机组在运行的同时, 会通过风侧热交换器向环境中散发出大量的冷凝热, 冷凝热的排放不但使城市气温不断升高, 而且在城市中心形成“热岛”效应。冷凝热的排放已经被环保人士广泛关注。如果把这部分能量回收回来加以利用, 不但可以节约能源、减少二氧化碳排放, 而且可以保护环境。从这个思路出发, 麦克维尔开发了风冷螺杆式热泵全热回收机组。这种机组可在夏季运行时全部回收空调产生的冷凝热, 在过渡季节可运行热泵热水器模式产生热水, 在冬季则可运行热泵模式或热泵热水器模式。探讨了这几种模式实现方式及试验结果。

1 热泵全热回收机组实现方式

在原机组上增加热回收换热器, 热回收换热器同空调水侧热交换器采取并联方式。当夏季运行时, 通过热回收换热器、水侧热交换器、风侧热交换器三者之间通过控制实现相互切换, 可实现制冷加上热回收、热泵热水器、制冷三种模式。当过渡季节运行时, 通过风侧热交换器和热回收侧换热器实现热泵热水器运行模式。当冬季运行时, 通过风侧热交换器和空调水侧热交换器实现空调制热模式, 通过热回收侧换热器和风侧热交换器实现热泵热水器模式, 这种模式可通过设定分时启动。

2 热回收机组原理

  4 种运行模式如下

 ( 1) 制冷模式。制冷剂通过电磁阀3、四通换向阀4、风侧热交换器5, 经过单向阀7、过滤器13、电子膨胀阀10、电磁阀11、单向阀12、水侧热交换器6 及四通换向阀4, {zh1}流回压缩机1, 完成整个制冷循环。这种运行模式同普通空调机相同, 仅提供空调用冷水。

      ( 2) 制冷加热回收模式。制冷剂经电磁阀2、热回收换热器6、单向阀18、储液器15、单向阀14、过滤器13、电子膨胀阀10、电磁阀11、单向阀12、水侧热交换

器6 及四通换向阀4, {zh1}流回压缩机1, 完成整个循环。这种模式下机组在提供冷水的同时可提供生活及工业用热水。

      ( 3) 热泵热水器模式。制冷剂经电磁阀2、热回收换热器6、单向阀18、储液器15、单向阀14、过滤器13、电子膨胀阀10、电磁阀9、单向阀8、风侧热交换器5 及四通换向阀4, {zh1}流回压缩机1, 完成整个循环。这种模式下机组仅仅提供生活或工业用热水, 对于不开空调的过渡季节可通过这种模式来产生热水。

      ( 4) 制热模式。制冷剂经过电磁阀3、四通换向阀4、水侧热交换器16、单向阀17、储液器15、单向阀14、过滤器13、电子膨胀阀10、电磁阀9、单向阀8、风侧热交换器5 及四通换向阀4, {zh1}流回压缩机1, 完成整个循环。这种运行模式同普通空调相同, 仅提供空调用热水。

夏季可采用自动模式, 微电脑控制器会根据设定的空调和热水需求自动转换运行模式, 以实现最省电和智能调节。

冬季可采用分时启动模式, 来满足空调和热水的需求。

3 实验分析

   3.1 热回收运行模式分析

从图2～图5 可以看出:

     ( 1) 随着热回收出水温度升高, 热回收量呈下降趋势, 机组能效呈下降趋势。此时机组冷凝温度升高, 蒸发温度变化不大, 制冷剂流量变小, 压缩比变大, 单位制冷剂功耗增大导致能效呈下降趋势。

     ( 2) 随着冷水出水温度升高, 热回收量同制冷量之比呈下降趋势, 制冷量、热回收量和功率均呈上升趋势, 制冷量增长趋势大于热回收量增长趋势, 而热回收量增长趋势又大于功率增长趋势, 故机组能效比呈上升趋势。

     ( 3) 热回收出水温度越高, 冷水出水温度越低时:机组压缩机压缩比高, 功耗大, 机组整机效率低。热回收出水温度越低, 冷水出水温度越高时, 机组处于高效率运行。

     ( 4) 全热回收的热回收量为标准工况制冷量的1.1~1.3 倍。

3.2 热泵热水器运行模式分析

   从图6 可以看出

     ( 1) 随环境温度降低热泵热水器制热量呈下降趋势。环境温度为- 10℃时, 制热能力衰减了45%左右,对于华北地区使用需要考虑辅助加热装置。

     ( 2) 随热泵热水器出水温度升高, 制热量呈下降趋势, 能效呈下降趋势。由于此时冷凝压力升高, 蒸发压力变化不大, 制冷剂流量变小, 压缩比变大, 单位制冷剂功耗增大导致能效呈下降趋势。

     ( 3) 夏季和过渡季节运行, 机组可稳定提供热水,且机组制热能效比大于3.5。

4 结语

对于华南、华东地区来讲, 夏季有120d 以上空调运行季节, 整个夏季空调运行季节可为客户免费提供热水, 空调机组经济效益较为明显。过渡季节不开空调时, 可采用热泵热水器运行模式提供热水, 这时能效比高达3.5 以上, 相比锅炉、电加热装置来讲, 可为客户节省费用。对于冬季可采用多台机组配合分时启动,可解决空调热水及生活热水问题, 在华南、长江流域部分地区可xx替代锅炉, 其它区域可同其它设备配合使用。风冷螺杆热泵全热回收机组对于在使用空调制冷同时且需要热水或制热的建筑非常适合。譬如酒店、会所、医院、洗浴中心, 学校、厂房等, 在这些场合可大力推广采用这种设备。这种机组的使用, 可减少锅炉采用。对保护环境,减少二氧化碳排放有深远意义。能源的再生利用, 也符合目前国际、国内的政策环境, 尤其符合我国的国情。