论文部分内容阅读
摘要：空调制冷机组在夏季制冷时会向环境排放大量的冷凝热，将这些排放至大气中的冷凝热进行回收制取热水并用于工业或者日常生活用途是一个好的节能措施。在设计冷凝热回收的热水循环系统时，自动控制系统的设计是提高热回收效率的关键。以某酒店的冷凝热回收系统为例，对冷凝热回收热水循环系统的自控系统的控制原理进行了详细的阐述。
关键词：冷凝热回收；自控系统；设计
随着国民经济的不断发展，人民生活水平的提高，空调机组得到极大的普及。而随着空调的普及，在建筑物的耗能中，空调系统的能耗的比率也在不断提高。相关资料表明，现阶段空调系统的能耗已占建筑能耗的50%～60%[1]。而这些空调机组在夏季制冷运行时，会排放大量的冷凝热到大气环境中，一般冷凝热的排放量为空调机组制冷量的115～13倍。这些排放至大气中的冷凝热会造成大气环境的局部温度升高，严重时会形成“热岛”效应。因此，如能将这些冷凝热加以回收制取热水用于工业或日常生活中，无疑可以节约大量的能源。
众多的专家和学者在这些方面进行了大量的研究，在国内外也有许多的应用 [2][3][4]。在这些研究中，更多的是关注冷凝热回收的系统设计，而对该热水循环的自动控制的设计涉及较少。本项目以长沙某酒店的空调制冷主机的冷凝热回收的热水循环系统为例，对其自动控制的控制原理进行了详细阐述。
1冷凝热回收的热水循环系统的工艺流程
空调制冷机组的冷凝热回收时，可以分为显热回收与全热回收，显热回收时其回收的热量较小但回收时可以得到较高的热水温度，而全热回收时可以回收全部的冷凝热但是得到的热水温度较低。冷凝热回收冷凝器又可以分为分体串联式、分体并联式与单冷凝器型式。一般分体串联式与并联式适合于现场进行冷凝热热回收改造，但造价较高；单冷凝器式适合于由主机制造商在工厂制造，造价较低。为了提高热回收效率同时又得到较高的热水温度，一般采取全热回收型式和部分热回收相结合的型式，同时在热回收系统设置循环水箱。
2冷凝热回收的热水循环系统的关键控制参数
采用热回收的系统，其热回收率是评价一个热回收系统节能效果的重要参数。同时如回收得到的热水温度较高，提供生活热水时，则可以不再开启辅助电加热装置以较少能源的消耗。相关资料表明，如对于一般的生活用途而言，要求热水供水温度在55℃～60℃。因此，对于热回收系统，热回收效率和热水温度是其中两个重要的控制参数。
同时，压缩机排气温度越高，则冷凝温度越高；而冷凝温度越高，可以回收得到的热水温度越高。而空调制冷系统的过热度、过冷度、蒸发温度又影响着压缩机的排气温度。在一般的空调制冷系统中，蒸发温度、过冷度与过热度是确定的，其变化幅度非常小。因此，冷凝温度成为影响冷凝热回收得到的热水温度的关键。
肖浩斌与朱德斌等人的研究表明，在不同的冷凝温度下，热回收效率与设计出水温度存在一个最佳的状态点，在此热水温度下，其热回收效率可以达到100%，出水温度超过此点，则热回收效率显著下降。如在冷凝温度为50℃情况下，热水出水温度为56℃时，其热回收效率为100%。同时，进出温差越大，其热回收效率越高。
因此，为尽可能得到高回收效率，在合适的冷凝温度下，热水出水温度与进出水温差成为关键控制参数。
3冷凝热回收的热水循环系统的自控系统的设计
本酒店项目位于湖南省长沙市。酒店空调的制冷系统采用两台螺杆式冷水机组，原生活热水的提供采用燃气锅炉。根据前面的论述，在原螺杆式制冷机组上加装热回收冷凝器，采用分体串联式。
（1）冷凝热回收的热水循环系统的运行策略。
以控制机组稳定运行、提高热回收效率、保证热水系统的水温为前提，制订如下的运行模式：①当热回收冷凝器热水的出口温度低于系统设定冷凝温度时，热水循环泵满载运行、冷却水泵不运行。②当热回收冷凝器热水的出口温度高于系统设定冷凝温度时，热水循环泵低频运行、冷却水泵低频运行。两个水泵的运行频率的调节以制冷机组的冷凝温度为控制依据。当冷凝温度升高时，降低热水循环泵的运行频率，提高冷却水泵的运行频率。反之亦然。③当热回收冷凝器的热水出口温度达到设计温度时，停止热水循环泵运行，冷却水泵满载运行。
④当热水用水量超过制冷机组运行时所能制取的热水时，开启电辅助加热装置以满足项目所需。
（2）控制器的选择。本项目采用霍尼韦尔公司的Excel 800系统，现场的传感器与执行器全部采用霍尼韦尔公司的产品。主要控制的设备包括热回收冷凝器、机组标准冷凝器、热水循环泵、热水箱、辅助电加热器、冷却塔及冷却水泵。水泵运行采用变频器进行控制。
霍尼韦尔公司的Excel 800 系统采用模块化的设计，其模块化的设计理念使得系统可扩展，以适应系统今后的扩展需求。同时Excel 800 采用了全新的专利技术的Panel 总线，通过使用“即插即用”的Panel 总线I/O 模块，极大地节省了安装和调试成本。与此同时，开放的LonWorks 标准使得控制器可以很容易地集成第三方控制器，或与其他Honeywell 控制设备进行通讯，并通过一个调制解调器或ISDN 终端适配器连接到楼宇管理平台来可以实现远端服务。
（3）主要监控内容包括：
①热回收冷凝器进出口水温、标准冷凝器进出口水温、热水箱水温的监测和流经热水循环水泵和冷却塔水泵水流量的控制；
②通过调节热水循环水泵的流量控制热回收冷凝器的出口水温和热水箱的水温；
③通过调节冷却水泵的开启和流量的控制制冷机组的冷凝温度和冷凝压力；
④通过控制辅助加热器装置控制供水温度；
⑤监测热水箱的水位，根据其水位控制补水阀的开关；
⑥监测各设备的运行状态；
⑦记录各运行参数、状态、启停时间、累计运行时间。
4总结
（1）该酒店的制冷主机改装了冷凝热回收系统以后，其热回收效率最高可以达到97%，回收的冷凝热足以满足酒店制冷季节的热水加热所需热量。同时，获得的热水温度最高可以达到57℃，绝大部分时间不开启电辅助加热装置就能满足酒店人员的使用，经济效益显著。
（2）采用DDC控制系统对热回收热水循环系统热水流量和热水温度的合理选择，可以得到更高的热回收效率；减少了加热热水所需要的能源，系统的能源效率得到显著提高。
（3）模块化的控制器的设计，如今后该酒店将空调主机房的设备进行整体控制，方便系统今后的扩展。
（4）为了得到较高的热水温度，必须使制冷机组在较高的冷凝温度下运行，而制冷机组的冷凝温度越高，机组的制冷能效比将会相应降低。因此，计算整个系统的能效比，必须考虑由此带来的能耗的增加。
参考文献：
常世钧，龚光彩冷热源及建筑节能的研究现状和进展建筑热能通风空调，2003，22（05）：18—23.
史德福，等带冷凝热回收热泵空调器的实验研究制冷学报，2013，34（04）：75—80.
葛春申，等某医院项目冷水机组热回收方式的选择与分析空调技术，2013，151（03）：68—71.
林俊光，等几种电厂冷凝热回收系统的节能经济性对比分析能源工程，2013（05）：55—58.
关键词：冷凝热回收；自控系统；设计
随着国民经济的不断发展，人民生活水平的提高，空调机组得到极大的普及。而随着空调的普及，在建筑物的耗能中，空调系统的能耗的比率也在不断提高。相关资料表明，现阶段空调系统的能耗已占建筑能耗的50%～60%[1]。而这些空调机组在夏季制冷运行时，会排放大量的冷凝热到大气环境中，一般冷凝热的排放量为空调机组制冷量的115～13倍。这些排放至大气中的冷凝热会造成大气环境的局部温度升高，严重时会形成“热岛”效应。因此，如能将这些冷凝热加以回收制取热水用于工业或日常生活中，无疑可以节约大量的能源。
众多的专家和学者在这些方面进行了大量的研究，在国内外也有许多的应用 [2][3][4]。在这些研究中，更多的是关注冷凝热回收的系统设计，而对该热水循环的自动控制的设计涉及较少。本项目以长沙某酒店的空调制冷主机的冷凝热回收的热水循环系统为例，对其自动控制的控制原理进行了详细阐述。
1冷凝热回收的热水循环系统的工艺流程
空调制冷机组的冷凝热回收时，可以分为显热回收与全热回收，显热回收时其回收的热量较小但回收时可以得到较高的热水温度，而全热回收时可以回收全部的冷凝热但是得到的热水温度较低。冷凝热回收冷凝器又可以分为分体串联式、分体并联式与单冷凝器型式。一般分体串联式与并联式适合于现场进行冷凝热热回收改造，但造价较高；单冷凝器式适合于由主机制造商在工厂制造，造价较低。为了提高热回收效率同时又得到较高的热水温度，一般采取全热回收型式和部分热回收相结合的型式，同时在热回收系统设置循环水箱。
2冷凝热回收的热水循环系统的关键控制参数
采用热回收的系统，其热回收率是评价一个热回收系统节能效果的重要参数。同时如回收得到的热水温度较高，提供生活热水时，则可以不再开启辅助电加热装置以较少能源的消耗。相关资料表明，如对于一般的生活用途而言，要求热水供水温度在55℃～60℃。因此，对于热回收系统，热回收效率和热水温度是其中两个重要的控制参数。
同时，压缩机排气温度越高，则冷凝温度越高；而冷凝温度越高，可以回收得到的热水温度越高。而空调制冷系统的过热度、过冷度、蒸发温度又影响着压缩机的排气温度。在一般的空调制冷系统中，蒸发温度、过冷度与过热度是确定的，其变化幅度非常小。因此，冷凝温度成为影响冷凝热回收得到的热水温度的关键。
肖浩斌与朱德斌等人的研究表明，在不同的冷凝温度下，热回收效率与设计出水温度存在一个最佳的状态点，在此热水温度下，其热回收效率可以达到100%，出水温度超过此点，则热回收效率显著下降。如在冷凝温度为50℃情况下，热水出水温度为56℃时，其热回收效率为100%。同时，进出温差越大，其热回收效率越高。
因此，为尽可能得到高回收效率，在合适的冷凝温度下，热水出水温度与进出水温差成为关键控制参数。
3冷凝热回收的热水循环系统的自控系统的设计
本酒店项目位于湖南省长沙市。酒店空调的制冷系统采用两台螺杆式冷水机组，原生活热水的提供采用燃气锅炉。根据前面的论述，在原螺杆式制冷机组上加装热回收冷凝器，采用分体串联式。
（1）冷凝热回收的热水循环系统的运行策略。
以控制机组稳定运行、提高热回收效率、保证热水系统的水温为前提，制订如下的运行模式：①当热回收冷凝器热水的出口温度低于系统设定冷凝温度时，热水循环泵满载运行、冷却水泵不运行。②当热回收冷凝器热水的出口温度高于系统设定冷凝温度时，热水循环泵低频运行、冷却水泵低频运行。两个水泵的运行频率的调节以制冷机组的冷凝温度为控制依据。当冷凝温度升高时，降低热水循环泵的运行频率，提高冷却水泵的运行频率。反之亦然。③当热回收冷凝器的热水出口温度达到设计温度时，停止热水循环泵运行，冷却水泵满载运行。
④当热水用水量超过制冷机组运行时所能制取的热水时，开启电辅助加热装置以满足项目所需。
（2）控制器的选择。本项目采用霍尼韦尔公司的Excel 800系统，现场的传感器与执行器全部采用霍尼韦尔公司的产品。主要控制的设备包括热回收冷凝器、机组标准冷凝器、热水循环泵、热水箱、辅助电加热器、冷却塔及冷却水泵。水泵运行采用变频器进行控制。
霍尼韦尔公司的Excel 800 系统采用模块化的设计，其模块化的设计理念使得系统可扩展，以适应系统今后的扩展需求。同时Excel 800 采用了全新的专利技术的Panel 总线，通过使用“即插即用”的Panel 总线I/O 模块，极大地节省了安装和调试成本。与此同时，开放的LonWorks 标准使得控制器可以很容易地集成第三方控制器，或与其他Honeywell 控制设备进行通讯，并通过一个调制解调器或ISDN 终端适配器连接到楼宇管理平台来可以实现远端服务。
（3）主要监控内容包括：
①热回收冷凝器进出口水温、标准冷凝器进出口水温、热水箱水温的监测和流经热水循环水泵和冷却塔水泵水流量的控制；
②通过调节热水循环水泵的流量控制热回收冷凝器的出口水温和热水箱的水温；
③通过调节冷却水泵的开启和流量的控制制冷机组的冷凝温度和冷凝压力；
④通过控制辅助加热器装置控制供水温度；
⑤监测热水箱的水位，根据其水位控制补水阀的开关；
⑥监测各设备的运行状态；
⑦记录各运行参数、状态、启停时间、累计运行时间。
4总结
（1）该酒店的制冷主机改装了冷凝热回收系统以后，其热回收效率最高可以达到97%，回收的冷凝热足以满足酒店制冷季节的热水加热所需热量。同时，获得的热水温度最高可以达到57℃，绝大部分时间不开启电辅助加热装置就能满足酒店人员的使用，经济效益显著。
（2）采用DDC控制系统对热回收热水循环系统热水流量和热水温度的合理选择，可以得到更高的热回收效率；减少了加热热水所需要的能源，系统的能源效率得到显著提高。
（3）模块化的控制器的设计，如今后该酒店将空调主机房的设备进行整体控制，方便系统今后的扩展。
（4）为了得到较高的热水温度，必须使制冷机组在较高的冷凝温度下运行，而制冷机组的冷凝温度越高，机组的制冷能效比将会相应降低。因此，计算整个系统的能效比，必须考虑由此带来的能耗的增加。
参考文献：
常世钧，龚光彩冷热源及建筑节能的研究现状和进展建筑热能通风空调，2003，22（05）：18—23.
史德福，等带冷凝热回收热泵空调器的实验研究制冷学报，2013，34（04）：75—80.
葛春申，等某医院项目冷水机组热回收方式的选择与分析空调技术，2013，151（03）：68—71.
林俊光，等几种电厂冷凝热回收系统的节能经济性对比分析能源工程，2013（05）：55—58.