【学员问题】双源热泵在冷库制冷系统热回收应用？

【解答】随着我国经济的发展，人们的生活质量要求越来越高，由于反季节消费，食品、饮品等生产企业仓贮等需要冷躲过渡贮存的食品、货物越来越多，为冷躲业发展带来了契机，冷库是冷躲业发展的基础，目前，全国冷库的总容量为700多万立方米。冷库想达到正常的冷躲功能，利用的是空调的制冷功能，从而导致大量的热量通过水以及空气白白排进大气中，没有得到利用。同时随着能源的紧张形势，电热水器以及燃油/气热水器由于能效较低，使得热泵热水器迅速得到了发展，但是人们往往忽视了它的制冷功能。因此，科莱泰克研发的双源热泵热水机组能有效的将热泵热水器与制冷空调系统相结合，提供生活热水的同时，降低了空调系统的冷凝温度，极大地进步了机组的实际利用效率，节省能源，同时有利于减少温室气体的排放。

双源热泵机组先容

自然界中的水总由高处流向低处，热量也总是从高温传向低温。但人们可以用水泵把水从低处提升到高处，从而实现水的由低处向高处活动，制冷循环同样可以把热量从低温传递到高温。所以制冷空调装置实质上是一种热量提升装置，制冷空调装置的作用是从四周环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象（温度较高的物体），双源热泵热水机组也是制冷空调装置的一个分支。

科莱泰克双源热泵热水机组（又名空调热水一体机）集成风冷冷热水机组以及热泵热水器两大产品功能，采用一个水冷冷凝器作为热水产生装置，一个风冷冷凝器作为补偿装置，一个蒸发器作为空调冷水产生装置（也可以作为冷却水用途），能够同时提供热水以及空调冷水，具备热水器以及制冷空调的两个功能，因此具有其它空调系统以及热水系统没有的极大上风。机组也可以单独作为热水机或空调机使用。

如图2所示，双源热泵热水机组，主要由压缩机、蒸发器、热水冷凝器、翅片换热器、膨胀阀五部分组成，通过让工质不断完成蒸发（吸取蒸发器中的热量）——压缩——冷凝（放出热量）——节流——再蒸发的热力循环过程，从而将低温介质里的热量转移到水中，双源热泵热水机组在工作时，与普通的空调以及热泵机组一样，在蒸发器中吸收低温环境介质中的能量QA；它本身消耗一部分的能量，即压缩机耗电QB，通过工质循环系统在冷凝器中进行放热Qc，Qc=QA+QB，因此双源热泵热水机组的效率为（QA+Qc/QB，远大于制冷机组的QA/QB，以及热泵系统的Qc/QB，由此可以看出，双源热泵热水技术可以同时提供制冷以及制热功能，可以节约大量的电能，同时还降低CO2等污染物的排放量，实现节能减排的效果。

工程概况

本项目是应“真功夫餐饮连锁团体”的邀请，对其在东莞的物流配送中心冷库进行系统化的节能改造。本冷库地处广东省东莞市。东莞市地处我国珠江三角洲地区，属南亚热带典型的季风海洋天气。热和多雨、光照充足，雨量丰沛，温差较小、夏季长、霜期短。全年均匀气温为20℃～22℃，日均匀气温均在0℃以上。冷库原本已安装有水冷螺杆机组做冷库空调制冷系统，现雇主本着国家节能减排和降低运行用度考虑，想利用科莱泰克公司的双源热泵热水机组往返收冷库制冷系统冷却塔中的热量提供生活热水，同时降低冷冻机的冷凝温度从而降低运行电耗。

根据科莱泰克热泵与东莞市气温条件，估算机组的能效比：

机组运行季节均匀环境温度（℃）均匀冷水温度（℃）机组能效比

冬季12℃12℃3.2（空调+热水）

春、秋季

（过渡季节）22℃18℃4.3（只需供热水）

夏季30.1℃22℃5.2（空调+热水）

与锅炉相比，科莱泰克双源热泵热水设备占地面积小，不用建锅炉房，设备利用率高，一机冬夏两用，可安装在任何位置，包括天面、设备房等透风良好的场所。

安全性高：科莱泰克双源热泵热水机组，不同于电、燃油、燃气等常规制冷的热能转换设备，而是热量的搬运设备，完全实现水电分离，不存在漏电、触电的现象，也不存在其它安全隐患。系统采用全面安全保护装置，包括配置避雷及漏电接地保护装置等，无任何危险隐患，性能可靠　。

科莱泰克双源热泵热水机组可全自动运行，平时不需要专门的职员看护。不需专职的锅炉技术职员，节省设备的治理与维护用度。双源热泵热水机组绿色环保产品，空气源一种洁净的可再生能源，对环境的影响较小。

设计思路

原制冷系统采用传统的螺杆机，利用冷却塔对冷凝水进行冷却，存在以下题目：①冷凝水温较高，导致制冷系统的冷凝压力较高，从而使得压缩机的压缩比很大，压缩机的功耗增大，大大缩短了压缩机的使用寿命；②冷却塔会有大量的热量白白的散失到大气中，导致城市的热岛效应；③原使用的锅炉系统供热水，不仅运行用度高，而且对环境污染严重，锅炉系统安全性低，还需专门的职员看管。

热回收系统即通过增加热回收设备（科莱泰克双源热泵热水机组），如图3所示，一边利用水管将热回收设备与制冷系统中的冷却塔连接起来，另一边利用水管将回收设备与水箱连接，当双源热泵热水机组运行时，即可从冷却塔的水中吸热，把吸收的热量传递到卫生热水（水箱）中往，此方法不仅很好的回收了冷却塔中的热量，通过降低空调系统的冷凝温度来降低压缩机的压缩比，从而降低压缩机的运行功率，延长原有机组的使用寿命；避免城实的热岛效应，还可产生大量免费的生活热水，达到节能的效果。

改造前与改造后的经济性比较

根据客户提供的数据，原制冷系统，采用两台螺杆机组，制冷剂为R22，压缩机的制冷量为167KW/台，冷却塔的水流量196m3/h.

改造前：

假设改造前冷凝水进进冷却塔的温度为35℃，流出冷却塔的水温为30℃，冷却塔的温差为△t=5℃。

根据上述条件，制冷螺杆机组的工作温度为：

1）。冷凝温度tc≥tw+△tc=35+△tc，在此冷凝温度取tc1=40℃；

2）。蒸发温度te≤tx-△te=-20-△t，在此蒸发温度取te1=-25℃。

1）制冷量Qc1=167KW/台，压缩机功率：P1=75.0KW/台，E.E.r1=2.23，压缩机的排气量：A1=463.0m3/h.

改造后：

假设增加的热回收设备从冷却塔的进水温度为30℃，通过机组热回收后，从双源热泵热水机组流出的水温为24℃，与冷却后的水混合进进螺杆机组，假设混合后的水温为28℃，根据上述条件，增加热回收设备后制冷螺杆机组的。冷凝温度为：tc≥tw+△tc=28+△tc，在此冷凝温度取tc1=35℃；

2）冷凝温度：Pk2=35℃，蒸发温度：Pc2=-25℃，制冷量：Qc2=167KW/台，压缩机功率：P2=67.0KW/台，E.E.r2=2.49，压缩机的排气量：A2=443.8m3/h.

通过以上数据比较得出，通过双源热泵机组降低螺杆机组的冷凝水进水温度，在保持制冷量不变的情况下，可减少螺杆机组压缩机的排气量，从而降低其冷凝压力和压缩比，同时降低了压缩机的运行功耗，有效的提升了机组的能效比，延长螺杆机组的使用寿命。

热水工程设备选型

珠三角地区，全年冷水计算均匀温度15℃，热水计算参数55℃，最高升温40℃，

天天热水用量为40m3，每吨水最高升温40℃，所需热量为：

40m3×40℃×1000Kcal/T·℃=1600000Kcal

折算为电当量kWh为：1600000kcal÷860kcal/kWh=1860.46kWh，

充分考虑机组抗疲惫，机组天天工作时间按12小时计算，机组所需制热功率为：1860.46KWH÷12H=155.04KW，

该冷库的热回收设备共选用科莱泰克双源热泵热水机组2台25匹机组（型号为CAM-100XB，每台制热量90.0KW，均匀输进功率18.86KW），作为冷库热回收系统主机。

经济性分析

科莱泰克双源热泵热水机组经济性比较

每吨热水本钱比较（见表1）：（以15℃的冷水，加热至55℃的热水，需要40000千卡的热量为例）：

各种加热装置的本钱比较

加热设备种类推算依据均匀燃料费

电加热40，000千卡÷774千卡/度=51.68度×0.65元/度

1.00元/度=33.59元/吨

51.68元/吨

液化石油气40，000千卡÷7020千卡/kg=5.70kg×7.00元/ kg=39.90元/吨

自然气40，000千卡÷5460千卡/ m3=7.33 m3×3.5元/ m3=25.66元/吨

柴油锅炉40，000千卡÷6695千卡/kg=5.97 kg×6.8元/ kg=40.60元/吨

双源热泵热水机组40，000千卡÷3010千卡/度=13.29度×0.65元/度

1.00元/度=8.64元/吨

13.30元/吨

投资评估

根据该冷库实际情况和当地天气条件等综合估算，使用“科莱泰克热泵机组加热”或“燃气锅炉加热”从下表可以对比出未来热水加热用度情况：

加热设备名称按天天用40吨热水计算年运行用度累计（元）

科莱泰克热泵机加热用度14.25万元/年（还可降低冷库螺杆机组的运行用度）

燃气锅炉加热用度37.46万元/年

从上面估算结果可以看出：科莱泰克热泵机组与燃气锅炉比较，在设备投资额基本相等的情况下；其他方面相比，科莱泰克热泵机组的上风非常明显，主要体现为三个方面：

1）、适用范围广：热泵适用温度范围在-5～43℃，并且一年四季全天候使用，不受阴、雨、雪等恶劣天气和冬季夜晚的影响，都可正常使用。

3）、运行本钱低：在此方案中，与常规的锅炉加热相比，科莱泰克热泵热水机组的热效率远远高于锅炉系统。全年均匀下来，常规锅炉辅助加热系统全年耗能比热泵产品全年总耗能要高出很多。

4）、安装方便：热泵占地空间很小，外形与空调室外机相似，可直接接保温水箱或与供热管网连接，适合于大中城市的高层建筑，对于大型中心供热题目，热泵是最好的选择。

经综合对比采用了科莱泰克热泵机组作为该冷库中心热回收工程的主机；天天加热40吨水估算；使用1.0年内（37.46万元/年-14.25万元/年+3.02万元/年）×1.0年=26.23万元，直接节省的运行用度相当于初期投资本钱。

结论：通过对上述工程实例分析，我们可以看出双源热泵热水机组是一种新型的高效、环保、安全的节能产品。该产品可以作为空调机和热水机一体化运行，也可作为双源热泵进行热回收制取热水。该产品可以有效地解决目前国内有关部分对节约能源、环保、安全等各方面较棘手的题目，可广泛应用于传统的中心空调的冷却水冷凝热热回收，解决了冬季无冷凝废热（空调停运）的制取热水题目，利国利民，值得大力推广应用。

以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。

YUYKK-1冷库制冷系统实训考核装置

冷库制冷系统实训考核装置

一、产品结构

桌身部分：采用优质钢板做骨架，经过机械加工成型，外表面喷涂彩色环氧聚塑，整机既坚固耐用，又美观大方。桌子的底部采用带刹车的万向轮，移动和固定两相宜，方便调整设备的摆放位置。

桌面部分：采用25mm厚高度纤维板外贴进口防火板，PVC截面封边，桌面鸭嘴型设计。桌面具有耐磨、耐热、耐污、耐烟灼、耐火、耐菌、防霉、抗静电及易清洁等特点。

控制系统：控制系统外壳由全钢精加个而成，整体环氧聚塑喷涂，面板采用铝板喷涂彩色蚀刻技术。面板上装有各种测量仪表，显示来自小型冷库系统能赶上的被测点参数，包括电压、电流、温度、压力等指标。此外集合PLC、触摸屏、机电线路控制系统，学员可以方便测量各种电类信号。

二、技术参数

额定功率：800W；

额定电压：AC380V，50Hz；

制冷量：约600Kcal/n；

控温：高温库可以控制在5℃ 左右，低温库可以控制在-15℃左右；

压缩机功率：3PH；

防护等级：IP44；

安全保护：过压、过流、漏电保护措施。

三、系统说明

冷库教学实验台由二个部分组成。

制冷系统。主要元件有电磁阀,热力膨胀阀,手阀,蒸发压力调节阀,机组等,还有相应的压力表、数显温度表等。在该设备上进行实验，可以让学生彻底了解蒸发压力调节阀的作用和使用方法。

蒸发压力调节阀的工作原理是由一台制冷机组同时向二个或二个以上的冷库供应冷量,各库要求的蒸发温度(蒸发压力)也不同,因为高温库的蒸发温度较高,低温库的蒸发温度较低,压缩机工作时吸气压力是根据低温库的蒸发压力,因此吸气压力较低。这时,那些需要保持较高蒸发温度(即高温库)的蒸发器出口管路上便装上蒸气压力调节阀(即背压阀),使阀前的压力保持在调定的范围内,经过阀的节流,使阀后的压力和吸气压力相同,这样就保证了系统中各个蒸发器在各自不同工况下正常运转。本系统使用的制冷剂为R22。

电气控制系统。一机两库教学实验台匹配了相应的电气控制系统，从制冷系统到电气控制系统,都是围绕数学而设计的。通过本台实验,能较熟悉进行操作、排除故障,通过对这套设备的学习，学生可以达到劳动部有关部门颁发的制冷工等级的中级水平。

四、故障点说明

本系统中设计了多个故障点，主要有：压缩机故障模拟、启动器故障模拟、过载保护器、温控器故障模拟、门灯故障模拟、化霜继电器故障模拟及相应的电路故障模拟等。

五、结构说明

实验台架采用不锈钢材料制作，底部安装有4个万向轮。故障箱设置在实验系统的后面机柜内，由教师进行故障点的设置。操作面板上安装有电气保护元件、电源指示等、过流保护、各种温度表、压力表、控制开关等。

六、能完成的实训项目

冷库电气控制实训练；

冷库温度自动调节装置的调试；

冷库实训系统故障的检测和排除；

制冷专用工具的基本操作；

冷库系统的检漏和维护；

冷库制冷系统的维修操作。

小型冷库的电气控制

小型冷库的电器故障的设置和检修

小型冷库制冷系统启动、运行那个、调试、保护技术

小型冷库运行工况和运行参数的自动化检测及分析

小型冷库系统故障的设置和检测

PLC可编程控制器的技术应用

组态技术应用

七、基本配置

序号 名称 型号 单位 数量 备注

1. PLC控制系统 LIDE CPU224 套 1

2. 数据采集系统 EM231 套 1

3. 触摸屏监控系统 MCGS 7寸 套 1

4. 风冷制冷机组 五匹 套 1

5. 冷风机 套 2

6. 温控器 F2000 只 2

7. 智能显示仪表 套 1

8. 钢制实训台 1500×750×780mm 张 1

9. 风冷式制冷机组 3P 套 1

10. 拼装式冷库 1950×1950×2200mm 套 1

11. 智能监控软件 套 1

12. 配套易损器材 套 1

13. 工程材料 套 1

14. 配套资料袋 套 1

外界能量使热量从温度较低的物质（或环境）转移到温度较高的物质（或环境）的系统叫制冷系统。制冷系统可分为蒸气制冷系统、空气制冷系统和热电制冷系统。其中蒸气制冷系统又可分为蒸气压缩式、蒸气吸收式和蒸气喷射式等多种类型。

1.制冷系统方案设计的意义

制冷系统方案设计是设计工作中一个关键的环节，其方案的选用直接关系到制冷装置建造费用、操作管理的方便程度、机器设备的先进性及经常运转费用的高低等。因此，在选择、确定方案时，应从先进性、实用性、经济发展诸方面考虑，因地制宜地选出合适的设计方案。

2.制冷系统方案设计的依据

1）制冷装置服务对象，如冷库、空调、工艺用水等。

2）建设规模和投资限额。

3）生产工艺要求。

4）当地水文气象条件，如冷却水温、水量、水质等。

5）制冷装置所处环境。

3.制冷系统方案设计原则

1）满足生产工艺要求。

2）尽量选用新工艺、新技术、新设备。

3）制冷系统在运行安全可靠的前提下尽量简单，操作管理方便。

4）投资合理，不仅要考虑一次投资和经常运转费用，还要考虑到技术、经济及发展问题。

总之，要使所选方案安全可靠、方便灵活、技术先进、经济合理。

4.蒸气压缩制冷系统的基本构成

（1）单级压缩系统的基本构成 由制冷原理可知，压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器是构成压缩式制冷系统必不可少的四大部件，把它们依次用管道连接起来，就形成了一个最基本的单级压缩系统。制冷剂在系统中经过压缩、冷凝、节流，蒸发四个过程，即可完成一个制冷循环。

（2）双级压缩系统的基本构成。双级压缩由低压级压缩机（低压缸）、高压级压缩机（高压缸）、中间冷却器、冷凝器、节流阀、蒸发器组成的双级压缩系统的基本构成。其循环是：低压级压缩机由蒸发器吸入低压蒸气，压缩至中间冷却器，在中间冷却器内被冷却，再由高压级压缩机吸入并升压至冷凝压力送入冷凝器，在冷凝器中被冷凝成液体，再经节流阀供至蒸发器吸热蒸发，如此循环。中间冷却器内的冷源是由高压液体经节流后提供。

（3）综合系统的基本构成 实际制冷装置中，有单级压缩系统，也有双级压缩系统，还有既有单级也有双级的综合系统。此时的综合系统并不是由两个独立的单、双级系统合并而成，一般情况下，由于单、双级压缩冷凝压力的一致性，实际上综合系统可以看成是单级系统和双级系统共用冷凝器而构成的。

（4）压缩系统的基本构成是制冷系统中比不可少的。但使用中的制冷系统为了提高运行的安全性和改善运行的经济性，增设了诸如贮液器、油分离、气液分离器、排液桶、低压循环桶、液泵、调节站、安全阀等设备和阀件，构成了比基本构成复杂得多的实际制冷系统。

5.蒸气压缩式制冷系统原理图

用管线、阀件图例绘制的，能简单的表示出实际制冷系统中机器、设备、阀件、仪表之间互相关系的图称制冷系统原理图。从制冷系统原理图上可以看出机器、设备的规格、型号、规格、数量，制冷系统的规模、特性，系统的合理性与先进性等。因此，阅读制冷系统图是了解制冷装置的重要手段。