空调蒸汽凝结水回收用于生活热水系统的应用研究

空调蒸汽凝结水回收用于生活热水系统的应用研究

郭敏

华东建筑设计研究总院上海200002

摘要：结合工程实例，对商业综合体项目回收蒸汽凝结水用于生活热水系统进行分析。根据IES空调负荷模拟结果，对全年逐日蒸汽回收量进行计算，对比生活热水全年逐月耗热量计算结果，对不同冷凝水回收范围条件下的方案进行比选，以确定最优回收方案。并根据最高日冷凝水逐时回收量计算结果，确定回收系统设备参数，并对系统投资回收期进行计算。

关键词：IES；蒸汽冷凝水；热回收；生活热水

ApplicationofSteamCondensateHeatRecoveryUsedinDomesticHotWaterSystem

GuoMin

（EastChinaArchitecturalDesign&ResearchInstitute，Shanghai200002，China）

Abstract：Withanengineeringexample，thispaperintroducestheprocessofsteamcondensateheatrecoveryusedindomestichotwatersysteminacommercialcomplexproject.DailysteamrecycleyieldiscalculatedbasedonIESloadsimulationresult，comparingtheheatrecoveredfromsteamcondensateofdifferentrecyclingscopewiththeheatconsumptionofdomestichotwatersystem，optimizedrecyclingprogramisdetermined.

KeyWords：IES，SteamCondensate，HeatRecovery，DomesticHotWaterSystem

1.项目概况

项目位于苏州，整个地块由2栋100m高层办公楼、2栋120m超高层办公楼、商业裙房、内街裙房、内街商业，高层长租公寓组成。其中1#楼14至23层为酒店客房层。

本项目空调系统冬季采用汽-水板换换热，蒸汽来自市政蒸汽管道，蒸汽温度为152oC，压力0.4MPa，市政热力管网不回收蒸汽冷凝水。由于蒸汽经过疏水器后的冷凝水温度高达80oC，如果就地排放，不仅造成热能和水资源的无效浪费，而且还需要对高温凝结水做降温处理，可通过对高温蒸汽凝结水进行热回收作为集中生活热水系统的预热，以降低生活热水的热能消耗[1]。

2.酒店生活热水系统

本项目酒店部分采用集中式生活热水系统，系统分为三个区，高区及中区为酒店客房层，低区为全日制餐厅及后勤区。酒店给水采用生活变频供水，设置三套变频供水系统。生活热水供水来自给水系统。生活热水系统逐月热负荷如表1所示。

表1生活热水逐月热负荷

Table1DomesticHotWaterMonthlyHeatConsumption

3.空调全年热负荷

本项目市政蒸汽主要用于全年生活热水供应及供暖季（11月至4月）空调系统供暖。热负荷根据建筑能耗模拟软件IESVE的全年8760小时的动态负荷结果确定。

图1酒店空调热负荷IES计算结果图2地块空调热负荷IES计算结果

Fig1HotelLoadIESSimulationResultFig2WholeProjectLoadSimulationResult

空调负荷IES模拟结果如图1、图2所示，各月热负荷累计计算结果如表2所示。

表2空调逐月热负荷

Table2MonthlyheatloadofHVACSystem

4.空调全年蒸汽用量计算

空调系统利用了高温蒸汽的气化潜热及水水换热的热量，蒸汽量按如下公式计算：

式中：—蒸汽耗量T

Qh—耗热量MJ

—饱和蒸汽的潜热kJ/kg，取2108

—热媒初温，取152oC

—热媒终温，取60oC

空调全年逐月蒸汽用量如表3所

表3空调蒸汽用量

Table3SteamConsumptionVolume

5.全年热回收量计算

冷凝水回收的热量与冷凝水供生活热水加热后的排放温度有关，排放温度越低可回收的热量越多，但受限于容积式换热器盘选型，排放温度约低换热盘管面积越大。考虑到40oC以上热水排放需要经过降温处理，故冷凝水排放温度按暂40oC设定。

冷凝水可回收热量按如下公式计算：

式中

—冷凝水回收热量MJ

—冷凝水回收量T

—热媒初温，取80oC

—热媒终温，取40oC

计算得各月空调冷凝水回收量如表4所示：

表4冷凝水回收热量

Table4SteamCondensateHeatRecovery

逐月空调系统热回收量与生活热水系统耗热量的比例关系如图3所示。在供暖季节，酒店空调系统回收的热量仅占生活热水耗热量的5%，整个地块回收的热量与生活热水耗热量较匹配。推荐采用方案二，回收整个地怪空调冷凝水供生活热水系统加热。

图3回收热量与耗热量对比

Fig3HeatRecoveryVSHeatConsumption

6.热回收方案系统设置

热回收系统流程图如图4，拟设置一抬容积式热交换器作为生活热水的预设备，空调系统换热后80oC的冷凝水及生活热水主系统换热后60oC的冷凝水作为预热用容积式换热器的热媒，生活冷水先经预热罐预热后，再由半容积式热交换器加热至60oC供用户使用。蒸汽冷凝水经换热后，收集冷却至40oC后用于车库及道路冲洗[2]。

图4生活热水预热系统流程图

Fig.4DomesticHotWaterPreheatingSystem

7.系统设备选型计算

由于生活热水的用水曲线与空调热负荷曲线不吻合，所以需要设置冷凝水回收箱在生活用水低谷时段把高温冷凝水回收起来。根据IES计算结果，地块空调峰值日（1月8日）24小时逐时负荷及对应的冷凝水回收量如图5所示。

图5空调最高日逐时负荷

Fig5MaximumdayhourlyloadandSteamCondensateRecovery

冷凝水回收水箱的容积按夜间（0点~6点）冷凝水的产水量确定。

V=24.191m3，冷凝水回收水箱容积25m3

预热罐容积按最高时生活热水用水量确定，各分区预热罐容积V=4m3。

加压泵流量=最高日冷凝水产水量&pide;24h

=168（T/d）&pide;24（h）=7T/h

冷凝水加压泵选型：Q=2L/sH=30m，N=4kW.一用一备

8.系统运行策略

高温蒸汽经节能型板换换热后产生的80oC等量蒸汽凝结水进入凝结水保温水箱内保存，保温水箱有效容积保证产水量最高日生活热水用水低谷时段的产水量；

设置容积式热交换器作为生活冷水的预热罐，高温冷凝水作为热媒对生活热水进行预热，经换热降温后的冷凝水排至回收水箱，回收水箱内设温度传感器，当回收水箱内的水温超过40oC时，补充自来水降温，回收水箱可考虑与雨水回收清水池合用；

冷凝水加压泵启停通过冷凝水保温水箱液位控制，当到达低水位时停泵，当到达高水位时启泵，当达超高水位时报警，高温冷凝水直接溢流至回收水箱；

生活冷水先进如预热容积式换热器预热，然后进入半容积式换热器加热至60oC，供用户使用，生活热水回水接至半容积式热交换器。

9.经济性分析

冷凝水回收系统设备配置及初投资如表5所示。

当地市政蒸汽价格如下：

生活热水系统采用热媒为高温蒸汽的汽-水换热半容积式热交换器，节省的蒸汽用量按如下

式中：

—冷凝水回收热量MJ，

—蒸汽用量T

—饱和蒸汽焓（kJ/kg），取2747.54kJ/kg

—饱和凝结水焓（kJ/kg），按热媒终温60oC，取252kJ/kg

根据以上公式，计算得出全年节省的蒸汽耗量及运行费用为138935元。静态投资回收期为0.96年，考虑系统维护及资金的时间成本，投资回收期在1~2年。

10.结语

本文通过IES热负荷模拟空调冷凝水逐时热回收量，将热回收量与生活热水耗热量进行匹配，以确定最佳的回收范围。并确定了最佳的设备选型。取得了较好的经济效应。

参考文献：

[1]张留霞，&李鸿奎.（2011）.某医院蒸汽凝结水热回收利用设计探讨.给水排水，37（4），73-76.

[2]胡永明.蒸汽冷凝水的回收利用[J].能源技术，2005，26（6）：270-272.