空调热水一体机的可行性及节能减排效益分析

(整期优先)网络出版时间:2011-05-04
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引言
一种压缩机式空调热水一体机,其功能为空调和热水器的组合,既有制冷、制热及除湿的空调功能,又有四季制热水功能,特别是夏季该设备可利用空调制冷免费空气能供热水或利用空气能制热水免费空调制冷;与常规空调相比避免了夏季制冷时大量的热排放浪费和热污染,同时也避免了春秋季节设备休息利用率低的缺点;与常规电热水器(电锅炉)相比,利用夏季空调制冷供热水为免费,春、秋、冬季专供热水节电三分之二以上;与现有高效节能的空气能热水机相比,制热水原理相同但多了空调的功能,整个夏季制热水时免费享用空调制冷,从而使其节能经济性和使用价值成倍的提高。
一、 技术经济可行性
(一)技术可行性
空调制冷系统主要由压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器四个部分组成,制冷过程中压缩机排出高温高压工质气体,经冷凝器放热冷凝成液体后,再经过节流装置节流降压进入蒸发器吸热蒸发,降低循环气流温度达到室内制冷降温目的。
制冷工况中,压缩机排气温度通常为80~120℃,有大量的过热焓和冷凝焓要通过冷凝器风冷或水冷吸收带出排放于室外。为了实现制冷和排热双向能量的利用,经多年对房间式、单元式空调热水机的研制、试验,得出空调和空调热水机的系统结构大体相同,只是在原有空调系统结构上的压缩机高温高压排气管与冷凝器(或蒸发器)之间增设制热水换热器和自动控制节流部件,制热水换热器上下进出水管连接有定位要求的供热水系统,便成为空调热水一体机。
空调热水一体机功能模式大体分为:制冷模式、制热模式、除湿模式、制热水(室内不供冷气)模式、制冷同时制热水模式、制热同时制热水模式。技术难点:由于空调热水一体机功能模式复杂,运行工况复杂,特别是制热水过程中,直热式结构和循环外置式结构均有一个把制热水从常温加热至60℃的过程,而这一过程的每一时刻系统节流装置的流量需要都是不同的,显然单纯的常规毛细管控制流量是难以胜任的,把系统改为膨胀阀自动控制流量,并保证换热需求的最大流量和最小流量工况下均能满足系统运行的平衡,同时满足小流量运行时储液器的合理布置和运用,解决这些难点后,系统匹配稳定工况运行在高节能工况运行范围内,成为一个全新产品空调热水机,可实现空调和供热水功能一体化的高节能产品,收到良好的效果。
(二)节能经济性
由于该产品在空调结构系统上增加了制热水换热器,等于增加了一级冷凝器,制冷效率明显提高,经实际检测,匹配完善的空调热水机制冷、制热水双向使用时,比常规空调制冷功耗降低10%以上,制冷量增大10%以上,节电约20%,同时利用一级冷凝无耗电制热水,COP成倍提高到6以上(即能量转换效率由制冷的300%提高到制冷、制热水的600%以上);单独制热水效率可达300%~500%,比电热水器(热效率90%)节电60%~80%。
(三) 产品节能经济性对比
1.以两家小宾馆使用同等功能和负荷的设备为例:A家使用一套5HP空调热水一体机,B家一套5HP柜式空调和一台12kW的电锅炉,耗能经济性对比见下表。
A家和B家使用不同空调、热水设备耗能对比
2.空调热水一体机与供热水设备性能和经济性对比见下表
(以日产1吨15℃升温至60℃热水, 温升45℃计算比较)
以上对比发现空调热水一体机日产1吨热水每年运行费用是最低的,只有常规设备运行费用的10%~25%;比太阳能热水器(带电辅助)使用费还节省50%以上。
二、 企业生产和经济效益可行性
(一)空调厂生产可行性
由技术可行性得知空调热水机的技术结构与常规空调和热水器基本相同,凡是能生产空调的厂家都能生产。其程序为:引进技术→开发制作样机→检测鉴定合格→小批量生产→中、大批量投产。生产装配中新增加的控制阀和制热水部件必须严格按国标技术、工艺、设计要求质量控制把关,一般空调厂生产热水空调,在不增加设备、人员的条件下基本保持与生产常规空调同等生产率水平。制热水部件可自行生产或外协组装,空调厂若把生产空调改为生产热水空调,可以不增加投入。有生产空调能力的厂家按以上要求控制生产热水空调是完全可行的。
(二) 新建厂(或组装)生产可行性
由于空调热水机市场潜力大,新建厂生产投入可大可小,投资几十万~几亿元的生产规模都应该能能获得较好的经济效益。特别是规模较小的企业根据产品容量大经济性也大的原则,最好先生产5HP以上的柜式空调热水机或中央空调热水机效益会更高,以外协零部件为主,自制件为辅组装生产投放市场。其程序在引进技术(周期约三个月)做出满意样机后,小批量生产同样能获得较大的经济效益。
(三)企业经济效益估算
经测算空调热水机每台成本比常规空调和热水器增加约10%,出厂价格可提高200%以上以5HP空调为例,常规空调加热水器市场价格10000~20000元/套,空调热水机30000~60000元/套,若年生产销售1万套,增加利税2亿元以上。
三、社会效益分析
空调热水机与常规空调相比增加制热水功能可四季使用,年利用率和使用经济性都提高一倍以上,系列产品适用于家庭,大机组可代替中央空调和锅炉为宾馆、酒店供冷、供热、供大量生活热水,节省大量能源消耗和运行成本,通常使用两年节省能源费用可收回设备建设投资,普及使用后可减少锅炉排放对地球的温室效应和环境的污染,带来巨大的社会效益。

结束语:随着生活水平提高,空调与热水器不断深入普及,主要用户为千家万户和商业、服务行业的群体。以设定某省区为例,进行社会效益分析供参考:如设定未来安徽省城镇有1500万人口一直在使用空调和电热水器,若全部更换采用空调热水一体机,前后对比,折合全省使用30万套5HP空调热水机,每套年节电3万度,总计年节电90亿度,年节省用电开支45亿元;以300MW发电机组每台年发电量18亿kW/h计算,安徽将来可节约5台300MW发电机组投资和发电使用费,每年为国家节能减排即节约300~450万吨标准煤及排放污染。
(作者单位:安徽电力科学研究院 安徽合肥)