风冷热泵热回收机组与能量提升机的技术比较

本文通过分析风冷热回收机组的制冷原理及四管制风冷热泵（又叫能量提升机）的工作机理来对照分析，证明热回收机组并不能用于四管制空调水系统。

　　1.热回收机组及原理介绍
　　在对比分析热回收机组的制冷原理及四管制风冷热泵（又叫能量提升机）的工作机理之前有必要详细介绍一下热回收机组及热回收原理。
　　1.1热回收机组的功能
　　热回收机组的原理简而言之，热回收机组在冷凝器前串联或和冷凝器并联一个热回收器，热回收器内通过从压缩机出来的高温高压的气态制冷剂，在制冷剂通过热回收器的同时，利用循环水泵将常温的水送入热回收器，制冷剂被冷凝的同时水温提高，返回储热水箱，循环加热将水温提高。这样，本应排到大气中的冷凝热，加热了常温水，相当于免费的热源，提供了热水，减少了热岛效应。
　热回收型风冷冷热水机组的五种工作模式切换灵活，可最大限度地节省运行费用：
1）传统的制冷模式；
2）制冷+热水模式适用于需要空调冷水，同时需要回收热水的季节；
3）制热模式适用于需要供暖，不需要回收热水的季节；
4）制热+热水模式适用于需要暖气，同时需要回收热水的季节，机组的空调模块与热水模块会根据热水优先或制热优先或同时供应（针对部分热回收机型）的预先设定运行；
5）热水模式，既不要制冷，又不要制热，相当于一台热泵热水机。
　 1.2部分热回收的技术原理
　 采用串联式冷凝器的热回收冷水机组，称为部分热回收机组，因为只回收了冷水机组运行过程中排放的部分热量，因此，经过热回收后的制冷剂仍然是气态或气液混合物，为保证制冷剂的完全冷凝和过冷，需要经过风冷冷凝器进一步冷凝，仍然有部分余热排入大气。因为部分热回收时一般热回收器设置在冷凝器前面，理论上无限接近压缩机的排气温度，因此热水水温较高，通常可以达到60℃左右，甚至更高。部分热回收可以同时供应空调热水和生活热水，热回收量一般为冷凝段散热的30-40%。原理图如图1所示。

1.3全部热回收的技术原理
　　采用并联式冷凝器的热回收机组，称为全热回收机组。理论上热回收量可以达到冷凝负荷的100%，而且通过2个热回收量器的制冷剂可以根据需要设计控制，但是在运行时为了使机组相对稳定运行，只让冷媒从其中之一通过，即在夏季热回收模式充当全热回收器，制取的热水较低（30-50℃），受结构限制，在冬季只能分时供应空调热水和生活热水。原理图如图2所示。

由以上分析可见，热回收机组无论是全热回收还是部分热回收均存在如下特点：
1）在制冷模式下才可以提供“免费”的热量，主机热回收始终处于制冷状态；
2）无论是部分热回收，还是全热回收，制冷量和获得的热量总是保持了一定的比例关系，全热回收量与制冷量的比例基本保持在1.2-1.3，根据产品样本的拟合曲线如图3所示证明了这一点。部分热回收热量与制冷量基本保持在0.1-0.3，通过样本数据拟合曲线可以得到验证。如图4所示。
3）并不能在制热时可以提供冷冻水。
4）主机内设有四通换向阀门。因此，从分析可以看出，热回收风冷热泵主要适用于夏热冬暖地区制冷时提供生活热水，或者夏热冬冷地区单制冷、单制热或制冷时提供生活热水或制热的同时，提供生活热水的工况，由此，推论热回收风冷热泵并不能用于空调四管制水系统。

图3全热回收量与制冷量的关系曲线

　　

2.能量提升机的工作原理
　近年来，某厂家研发的风冷热泵的能量提升机技术，是基于“热回收”与“冷回收”并举，专门用于同时供冷供热的四管制空调水系统中，风冷热泵能量提升机的四种工作模式切换灵活，可最大限度地节省运行费用，可实现以下四种工况：
1）传统的制冷模式；
2）过渡季节冷负荷大时，制冷优先运行，实现热回收，冷热负荷间无确定比例关系；
3）过渡季节制热量大时，制热优先，实现“冷回收”，冷热负荷之间无确定比例关系；
4）可以实现制热的同时，同时提供生活热水。其工作原理图如图5所示。
从原理图上看，能量提升机采用了辅助平衡换热器，当冷热负荷需求相等时，阀门1、2、3、4打开，5、6、7、8号阀门关闭，此时辅助平衡换热器关闭；当冷负荷需求大于热负荷时，主机处于制冷优先状态，图中阀门1、2、3、4、5、6开，7、8关闭，此时冷凝器就是一个热回收器，平衡器才是真正意义上的冷凝器；当热负荷需求大于冷负荷时，主机处于制热优先状态，此时图中阀门1、2、3、4、7、8开，5、6关闭，蒸发器就是个冷回收器，辅助热平衡器才是真正意义上的蒸发器。风冷热泵能量提升机可以根据外部负荷需要，任意调整制冷或制热优先，在其标定的最大制冷、制热范围内实现制冷或制热任意比例负荷，满足楼宇冷热负荷的需求，实现夏热冬冷地区过渡季节同时制冷、制热的需求。从图5中可以看出，该系统已不存在常规风冷热泵切换制冷制热模式所必须的四通换向阀门。

3.风冷能量提升机在无锡凯悦酒店的应用
　　无锡海岸城为城市综合体项目，集Hotel、Office、Shoppingmall、Parking,Convention、Apartment等业态。其中重要的业态Hotel确定为美国凯悦旗下的HyattHouse和HyattPlace产品。酒店管理公司技术文件空调部分要求必须采用四管制水系统，以适应超高层、幕墙结构在过渡季节同时制冷制热的需求。由于项目的复杂性，传统的采用单冷+锅炉的常规四管制水系统，则冷却塔在裙房或避难层均无地方摆放（屋面、避难层设备太多，影院区域不允许摆放），如冷却塔设置在屋面（170m塔楼，酒店位于23-36F），为解决设备承压问题则需要三套设备同时二次换热（制冷、制热、冷却水），能源利用效率低。经过客观情况及综合经济技术比较决定采用风冷热泵能量提升机技术，在过渡季节一台主机同时制冷、制热，满足酒店高标准需求。生活热水采用燃气锅炉。冷热源空调系统图如图6所示。
　　凯悦酒店位于23-36F，共设置350间客房，层高4m，总建筑面积22800m2，单层建筑面积1520m2，制冷单位负荷为101W/m2，制热单位负荷为65.5W/m2，共设置三台主机，其中2台为常规风冷热泵机组，1台为风冷热泵能量提升机。全年运行策略为：
1）夏季开启3台主机全部制冷；
2）冬季开启2台普通型风冷热泵主机制热；
3）过渡季节开启1台能量提升机同时制冷制热，随时满足不同客房客人不同冷热需求。

4.结语
　1）风冷热泵能量提升机内设辅助热平衡器不仅可以热回收，也可以“冷回收”，并可以随时调节不同比例的供冷与供热需求，实时满足不同比例的冷热负荷的要求。可以用于高标准的四管制风冷热泵水系统中，一台设备可替代常规的单冷+锅炉系统四管制模式，综合效益高，系统简单，全自动运行。建议规范在编写风冷热泵热回收时，明确热回收与“冷回收”的概念。
　2）风冷热泵的全热回收及部分热回收机组，优势主要体现在可以提供免费生活热水上，特别适用于夏热冬暖地区：常年供冷，无需供热，无需四管制水系统，有经常生活热水需求的场合。其并不能用于四管制水系统。
　3）建议规范或技术措施进一步明确空调四管制水系统应采用能量提升机技术。对于利用冷凝热提供生活热水的场合应采用部分热回收或全热回收。采用部分热回收或全热回收应经过经济技术比较采用。