【壓縮機(jī)網(wǎng)】空壓機(jī)在工作過程中，將輸入的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)將氣體壓縮成高溫高壓的介質(zhì)。輸入的電能中80%變成了熱能，在耗電過程中變成了壓縮空氣的熱量，由壓縮后的油氣混合物攜帶。然而這部分熱量又是多余的，必須通過一定手段將其消耗，分別在各自的冷卻器（油冷卻器和氣體冷卻器）中被冷卻介質(zhì)（水或者空氣）帶走，這部分熱量大部分直接排放，白白浪費(fèi)了。有關(guān)數(shù)據(jù)理論研究表明，這部分熱量中除了2%是依靠熱輻射不能被回收，其余98%的熱量是完全可以被回收利用的。只是其利用過程中需要增加一些輔助設(shè)施而已。
一、熱回收基礎(chǔ)原理和熱能回收用途
原理：根據(jù)不同壓縮機(jī)各機(jī)型的不同熱量，設(shè)計(jì)制造出不同型號(hào)的熱量回收裝置（熱水機(jī)組）與各種型號(hào)的壓縮機(jī)所匹配使用，避免因換熱面積不精確、壓降過大等原因給空壓機(jī)帶來一系列故障。熱水機(jī)組接管通常設(shè)置在壓縮機(jī)主機(jī)和冷卻器之間，無論水冷式壓縮機(jī)還是風(fēng)冷式壓縮機(jī)都可以。這里要實(shí)現(xiàn)持續(xù)的供水還需要添加其它設(shè)備，包括熱水管道、管道保溫、儲(chǔ)熱水箱、循環(huán)水泵、各類閥件、自動(dòng)控制系統(tǒng)等。可根據(jù)不同需求安裝不同的控制系統(tǒng)，使余熱回收在最經(jīng)濟(jì)、最安全可靠的狀態(tài)下運(yùn)行。熱回收水溫在55℃～75℃之間，可以供給需要高溫或者熱水的地方，如員工淋浴洗漱、生產(chǎn)設(shè)備加熱、取暖設(shè)備、原料及電子產(chǎn)品的烘干等使用場(chǎng)景。
熱水機(jī)組運(yùn)行工作原理：
（1）當(dāng)壓縮機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行，冷卻器中油溫較低，此時(shí)油冷卻器旁通閥、熱交換器旁通閥處于關(guān)閉，此時(shí)冷卻油不經(jīng)過熱交換器和冷卻器而直接進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)行循環(huán)；
（2）當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，溫度開始上升，當(dāng)冷卻器升高到熱交換器旁通閥設(shè)定值時(shí)，旁通閥打開，需要冷卻的熱油進(jìn)入熱交換器將熱量傳遞給冷卻水，然后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)流程；此時(shí)如果進(jìn)入熱交換后冷卻油溫度仍然低于冷卻器旁通閥的設(shè)定值，則不進(jìn)入油冷卻器而直接進(jìn)入壓縮機(jī)；如果經(jīng)過熱交換后冷卻的溫度高于恒溫油冷卻器旁通閥設(shè)定值，則先進(jìn)入冷卻器冷卻，然后再進(jìn)入壓縮機(jī)循環(huán)；
（3）如果熱回收機(jī)組回收的熱水暫不需要而停止供應(yīng)時(shí)，熱交換器中也不發(fā)生熱量交換，此時(shí)冷卻油仍然保持高溫狀態(tài)（通常大于油冷卻器旁通閥的設(shè)定值）。于是冷卻器油經(jīng)過冷卻器旁通閥進(jìn)入油冷卻器冷卻后再進(jìn)入壓縮機(jī)，以保證壓縮機(jī)的正常工作。
二、熱回收方案介紹
1、某公司有3臺(tái)250kW螺桿式空壓機(jī)，各配備一臺(tái)余熱回收熱水機(jī)組用于產(chǎn)熱水供員工生活所需（≥60℃），一天工作24小時(shí)。
2、熱水使用情況
根據(jù)提供的熱水使用數(shù)據(jù)和宿舍入住人數(shù)數(shù)據(jù)，計(jì)算得出：
公司總?cè)藬?shù)為：440+520+720+420=2100人
在冬季最冷時(shí)每天所需總熱水量為：2100×0.07=147m3/天
3、空壓機(jī)制熱量與制熱水量
空壓機(jī)能耗中有75%的高溫高壓的潤(rùn)滑油經(jīng)過冷卻器散熱量流失，我們按空壓機(jī)運(yùn)行加載率100%，熱回收率95%計(jì)算，可回收的熱負(fù)荷量為：
250kW的空壓機(jī)回收的熱負(fù)荷為：250×0.75×100×0.95=178kW
按進(jìn)水溫度5℃，產(chǎn)熱水溫度60℃計(jì)算，則每小時(shí)產(chǎn)熱水為：
注：m——熱水產(chǎn)量，
C——水的比熱容：4.2J/kg·℃
3臺(tái)空壓機(jī)一天工作24小時(shí)，可產(chǎn)生的熱水為2.77×24*3=199m3/天
產(chǎn)生的熱水量199m3/天，大于冬季最冷時(shí)每天所需總熱水量147m3/天，所以，改造三天250kW的空壓機(jī)所產(chǎn)生的熱水能滿足公司員工宿舍用水量。
4、空壓機(jī)熱量回收安裝示意簡(jiǎn)圖
同時(shí)增加控制箱一套：
熱水系統(tǒng)具有直熱與循環(huán)兩種功能，直熱可以保證高回收率，循環(huán)則保證有一個(gè)穩(wěn)定的供水溫度。兩種功能的有機(jī)結(jié)合，既可提供熱水回收率，又可以恒溫供水。在空壓機(jī)房設(shè)置一個(gè)儲(chǔ)水箱（8噸），用來儲(chǔ)存余熱回收機(jī)組所產(chǎn)生的熱水。當(dāng)溫度不夠時(shí)，此時(shí)啟動(dòng)循環(huán)水泵，循環(huán)加熱所設(shè)定溫度。當(dāng)水溫、水位達(dá)到供水條件時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)供水泵，將熱水供到宿舍樓頂儲(chǔ)水箱儲(chǔ)存起來，員工下班后使用，水箱水溫和水位采用全自動(dòng)控制。
5、經(jīng)過公司實(shí)踐驗(yàn)證，當(dāng)空壓機(jī)運(yùn)行溫度保持在75～95℃之間時(shí)，壓力控制及排氣量較改造前無變化，達(dá)到儲(chǔ)水箱位置的熱水溫度50～70℃，空壓機(jī)運(yùn)行安全良好。
三、工作總結(jié)
1、螺桿式空壓機(jī)余熱回收原理：利用空壓機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的余熱，與同程截流式反串熱泵做熱交換（空壓機(jī)熱水器主體熱泵并非簡(jiǎn)單傳統(tǒng)的冷熱交換形式，其采用同程截流式反串使冷熱交換效果增加1.8-2.0倍），經(jīng)過循環(huán)加熱達(dá)到所需熱水的溫度，不需運(yùn)行費(fèi)用，一次投資就可以得到取之不盡的生產(chǎn)、生活熱水。與傳統(tǒng)的煤油電氣等燃燒加熱制取熱水相比，有無任何燃燒外排物，對(duì)大氣及環(huán)境無任何污染，能源消耗為零，綠色環(huán)保，符合我國(guó)節(jié)能減排的方針政策；無需燃料輸送管道及燃料儲(chǔ)存區(qū)域，占地小，沒有燃料泄漏、火災(zāi)、爆炸等安全隱患，無需排氣溫度保護(hù)、水流開關(guān)、水溫超高保護(hù)、水箱水位報(bào)警，杜絕電熱水器漏電、干燒、超高溫報(bào)警多重安全保護(hù)設(shè)施，但對(duì)全自動(dòng)智能控制有較高的要求，在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，需要增加恒溫控制系統(tǒng)，保證出水溫度穩(wěn)定可調(diào)。
空壓機(jī)+生活熱水運(yùn)行模式：空壓機(jī)根據(jù)生產(chǎn)用氣量、開啟余熱回收機(jī)組出水溫度、檢測(cè)生活熱水箱的水溫，開啟熱水循環(huán)水泵，投入運(yùn)行，直到儲(chǔ)熱水箱水溫達(dá)到設(shè)定的上限，然后熱水泵停止運(yùn)行，停止熱回收。隨著生活水箱用水消耗，水箱水溫將逐漸降低，當(dāng)?shù)陀谙孪拗担傺訒r(shí)啟動(dòng)生活水泵，如此反復(fù)循環(huán)。選配熱水箱溫度傳感器，優(yōu)先滿足生活水箱水溫的需求。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，出水溫度不宜設(shè)置較高。
水系統(tǒng)中管路中安裝：防震軟連接、溫度傳感器、壓力傳感器、水過濾器、止逆器、水流開關(guān)、清洗三通閥等；供水管路要盡可能短，選用管路水泵有效揚(yáng)程、管路流量和流速匹配；生活熱水箱應(yīng)安裝高處，水箱容量為整個(gè)系統(tǒng)水量的1/10，水管路連接可采用卡箍或法蘭連接，水系統(tǒng)設(shè)計(jì)盡量簡(jiǎn)潔，避免彎頭多，直管路盡量在不同平面；系統(tǒng)中水壓不要超過換熱器水側(cè)設(shè)計(jì)壓力1.0MPa。管材以無毒、不生銹、不結(jié)垢、耐熱、防凍、保溫廢料可回收的PPR供水管材為佳，室外部分采用PEF高效絕熱保溫材料，厚度2-20mm，外包PVC水管。
水箱制作：以304#不銹鋼鋼板焊接內(nèi)膽，中間4層8公分EPS保溫，外面采用拋光鋁板包裝（如下圖），65mm聚氨酯發(fā)泡保溫。放置水箱確保地面平整。
四、回報(bào)周期
熱水工程一次投資，年運(yùn)行費(fèi)用如下：
循環(huán)水泵：功率*工作時(shí)間*每月工作天數(shù)（30天）*12個(gè)月*每度電=年運(yùn)行費(fèi)用
循環(huán)泵是為了保證恒溫供水而設(shè)的，每天工作時(shí)間很短，按每天工作2小時(shí)計(jì)算
2.2×2×30×12×0.77=1219元
供水泵：根據(jù)公司提供實(shí)際用水?dāng)?shù)據(jù)的平均每人18m3/年，宿舍入住人數(shù)為2100人；則公司一年總使用水量為2100×18=37800m3/年
供水泵流量：18m3/h，則年工作時(shí)間為37800÷18=2100小時(shí)
年運(yùn)行費(fèi)用：4×2100×0.77=6468元
該熱水系統(tǒng)年總運(yùn)行費(fèi)用：1219+6468=7687元
原使用空氣源熱泵機(jī)組和燃?xì)忮仩t運(yùn)行費(fèi)用：公司提供實(shí)際用水量平均每人18m3/年，熱水成本價(jià)8元/m3;
1棟宿舍樓：420×18×8=60480元
2棟宿舍樓：520×18×8=74880元
3棟宿舍樓：720×18×8=103680元
4棟宿舍樓：440×18×8=63360元
年運(yùn)行費(fèi)用：
60480+74880+103680+63360=302400元
綜上所述，節(jié)能效果明顯，具有很大推廣價(jià)值。
工程參考標(biāo)準(zhǔn)：
《壓縮空氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50029-2014
《工業(yè)管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范金屬管道篇》GB50235-2010
《換熱器》GB151-2014
《建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50242-2024
《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50268-97
《設(shè)備及管道保溫技術(shù)通則》GBT4272-2008
《低壓電器基本標(biāo)準(zhǔn)》GB/T14048.1-2016等。
【壓縮機(jī)網(wǎng)】空壓機(jī)在工作過程中，將輸入的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)將氣體壓縮成高溫高壓的介質(zhì)。輸入的電能中80%變成了熱能，在耗電過程中變成了壓縮空氣的熱量，由壓縮后的油氣混合物攜帶。然而這部分熱量又是多余的，必須通過一定手段將其消耗，分別在各自的冷卻器（油冷卻器和氣體冷卻器）中被冷卻介質(zhì)（水或者空氣）帶走，這部分熱量大部分直接排放，白白浪費(fèi)了。有關(guān)數(shù)據(jù)理論研究表明，這部分熱量中除了2%是依靠熱輻射不能被回收，其余98%的熱量是完全可以被回收利用的。只是其利用過程中需要增加一些輔助設(shè)施而已。
一、熱回收基礎(chǔ)原理和熱能回收用途
原理：根據(jù)不同壓縮機(jī)各機(jī)型的不同熱量，設(shè)計(jì)制造出不同型號(hào)的熱量回收裝置（熱水機(jī)組）與各種型號(hào)的壓縮機(jī)所匹配使用，避免因換熱面積不精確、壓降過大等原因給空壓機(jī)帶來一系列故障。熱水機(jī)組接管通常設(shè)置在壓縮機(jī)主機(jī)和冷卻器之間，無論水冷式壓縮機(jī)還是風(fēng)冷式壓縮機(jī)都可以。這里要實(shí)現(xiàn)持續(xù)的供水還需要添加其它設(shè)備，包括熱水管道、管道保溫、儲(chǔ)熱水箱、循環(huán)水泵、各類閥件、自動(dòng)控制系統(tǒng)等。可根據(jù)不同需求安裝不同的控制系統(tǒng)，使余熱回收在最經(jīng)濟(jì)、最安全可靠的狀態(tài)下運(yùn)行。熱回收水溫在55℃～75℃之間，可以供給需要高溫或者熱水的地方，如員工淋浴洗漱、生產(chǎn)設(shè)備加熱、取暖設(shè)備、原料及電子產(chǎn)品的烘干等使用場(chǎng)景。
熱水機(jī)組運(yùn)行工作原理：
（1）當(dāng)壓縮機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行，冷卻器中油溫較低，此時(shí)油冷卻器旁通閥、熱交換器旁通閥處于關(guān)閉，此時(shí)冷卻油不經(jīng)過熱交換器和冷卻器而直接進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)行循環(huán)；
（2）當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，溫度開始上升，當(dāng)冷卻器升高到熱交換器旁通閥設(shè)定值時(shí)，旁通閥打開，需要冷卻的熱油進(jìn)入熱交換器將熱量傳遞給冷卻水，然后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)流程；此時(shí)如果進(jìn)入熱交換后冷卻油溫度仍然低于冷卻器旁通閥的設(shè)定值，則不進(jìn)入油冷卻器而直接進(jìn)入壓縮機(jī)；如果經(jīng)過熱交換后冷卻的溫度高于恒溫油冷卻器旁通閥設(shè)定值，則先進(jìn)入冷卻器冷卻，然后再進(jìn)入壓縮機(jī)循環(huán)；
（3）如果熱回收機(jī)組回收的熱水暫不需要而停止供應(yīng)時(shí)，熱交換器中也不發(fā)生熱量交換，此時(shí)冷卻油仍然保持高溫狀態(tài)（通常大于油冷卻器旁通閥的設(shè)定值）。于是冷卻器油經(jīng)過冷卻器旁通閥進(jìn)入油冷卻器冷卻后再進(jìn)入壓縮機(jī)，以保證壓縮機(jī)的正常工作。
二、熱回收方案介紹
1、某公司有3臺(tái)250kW螺桿式空壓機(jī)，各配備一臺(tái)余熱回收熱水機(jī)組用于產(chǎn)熱水供員工生活所需（≥60℃），一天工作24小時(shí)。
2、熱水使用情況
根據(jù)提供的熱水使用數(shù)據(jù)和宿舍入住人數(shù)數(shù)據(jù)，計(jì)算得出：
公司總?cè)藬?shù)為：440+520+720+420=2100人
在冬季最冷時(shí)每天所需總熱水量為：2100×0.07=147m3/天
3、空壓機(jī)制熱量與制熱水量
空壓機(jī)能耗中有75%的高溫高壓的潤(rùn)滑油經(jīng)過冷卻器散熱量流失，我們按空壓機(jī)運(yùn)行加載率100%，熱回收率95%計(jì)算，可回收的熱負(fù)荷量為：
250kW的空壓機(jī)回收的熱負(fù)荷為：250×0.75×100×0.95=178kW
按進(jìn)水溫度5℃，產(chǎn)熱水溫度60℃計(jì)算，則每小時(shí)產(chǎn)熱水為：
注：m——熱水產(chǎn)量，
C——水的比熱容：4.2J/kg·℃
3臺(tái)空壓機(jī)一天工作24小時(shí)，可產(chǎn)生的熱水為2.77×24*3=199m3/天
產(chǎn)生的熱水量199m3/天，大于冬季最冷時(shí)每天所需總熱水量147m3/天，所以，改造三天250kW的空壓機(jī)所產(chǎn)生的熱水能滿足公司員工宿舍用水量。
4、空壓機(jī)熱量回收安裝示意簡(jiǎn)圖
同時(shí)增加控制箱一套：
熱水系統(tǒng)具有直熱與循環(huán)兩種功能，直熱可以保證高回收率，循環(huán)則保證有一個(gè)穩(wěn)定的供水溫度。兩種功能的有機(jī)結(jié)合，既可提供熱水回收率，又可以恒溫供水。在空壓機(jī)房設(shè)置一個(gè)儲(chǔ)水箱（8噸），用來儲(chǔ)存余熱回收機(jī)組所產(chǎn)生的熱水。當(dāng)溫度不夠時(shí)，此時(shí)啟動(dòng)循環(huán)水泵，循環(huán)加熱所設(shè)定溫度。當(dāng)水溫、水位達(dá)到供水條件時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)供水泵，將熱水供到宿舍樓頂儲(chǔ)水箱儲(chǔ)存起來，員工下班后使用，水箱水溫和水位采用全自動(dòng)控制。
5、經(jīng)過公司實(shí)踐驗(yàn)證，當(dāng)空壓機(jī)運(yùn)行溫度保持在75～95℃之間時(shí)，壓力控制及排氣量較改造前無變化，達(dá)到儲(chǔ)水箱位置的熱水溫度50～70℃，空壓機(jī)運(yùn)行安全良好。
三、工作總結(jié)
1、螺桿式空壓機(jī)余熱回收原理：利用空壓機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的余熱，與同程截流式反串熱泵做熱交換（空壓機(jī)熱水器主體熱泵并非簡(jiǎn)單傳統(tǒng)的冷熱交換形式，其采用同程截流式反串使冷熱交換效果增加1.8-2.0倍），經(jīng)過循環(huán)加熱達(dá)到所需熱水的溫度，不需運(yùn)行費(fèi)用，一次投資就可以得到取之不盡的生產(chǎn)、生活熱水。與傳統(tǒng)的煤油電氣等燃燒加熱制取熱水相比，有無任何燃燒外排物，對(duì)大氣及環(huán)境無任何污染，能源消耗為零，綠色環(huán)保，符合我國(guó)節(jié)能減排的方針政策；無需燃料輸送管道及燃料儲(chǔ)存區(qū)域，占地小，沒有燃料泄漏、火災(zāi)、爆炸等安全隱患，無需排氣溫度保護(hù)、水流開關(guān)、水溫超高保護(hù)、水箱水位報(bào)警，杜絕電熱水器漏電、干燒、超高溫報(bào)警多重安全保護(hù)設(shè)施，但對(duì)全自動(dòng)智能控制有較高的要求，在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，需要增加恒溫控制系統(tǒng)，保證出水溫度穩(wěn)定可調(diào)。
空壓機(jī)+生活熱水運(yùn)行模式：空壓機(jī)根據(jù)生產(chǎn)用氣量、開啟余熱回收機(jī)組出水溫度、檢測(cè)生活熱水箱的水溫，開啟熱水循環(huán)水泵，投入運(yùn)行，直到儲(chǔ)熱水箱水溫達(dá)到設(shè)定的上限，然后熱水泵停止運(yùn)行，停止熱回收。隨著生活水箱用水消耗，水箱水溫將逐漸降低，當(dāng)?shù)陀谙孪拗担傺訒r(shí)啟動(dòng)生活水泵，如此反復(fù)循環(huán)。選配熱水箱溫度傳感器，優(yōu)先滿足生活水箱水溫的需求。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，出水溫度不宜設(shè)置較高。
水系統(tǒng)中管路中安裝：防震軟連接、溫度傳感器、壓力傳感器、水過濾器、止逆器、水流開關(guān)、清洗三通閥等；供水管路要盡可能短，選用管路水泵有效揚(yáng)程、管路流量和流速匹配；生活熱水箱應(yīng)安裝高處，水箱容量為整個(gè)系統(tǒng)水量的1/10，水管路連接可采用卡箍或法蘭連接，水系統(tǒng)設(shè)計(jì)盡量簡(jiǎn)潔，避免彎頭多，直管路盡量在不同平面；系統(tǒng)中水壓不要超過換熱器水側(cè)設(shè)計(jì)壓力1.0MPa。管材以無毒、不生銹、不結(jié)垢、耐熱、防凍、保溫廢料可回收的PPR供水管材為佳，室外部分采用PEF高效絕熱保溫材料，厚度2-20mm，外包PVC水管。
水箱制作：以304#不銹鋼鋼板焊接內(nèi)膽，中間4層8公分EPS保溫，外面采用拋光鋁板包裝（如下圖），65mm聚氨酯發(fā)泡保溫。放置水箱確保地面平整。
四、回報(bào)周期
熱水工程一次投資，年運(yùn)行費(fèi)用如下：
循環(huán)水泵：功率*工作時(shí)間*每月工作天數(shù)（30天）*12個(gè)月*每度電=年運(yùn)行費(fèi)用
循環(huán)泵是為了保證恒溫供水而設(shè)的，每天工作時(shí)間很短，按每天工作2小時(shí)計(jì)算
2.2×2×30×12×0.77=1219元
供水泵：根據(jù)公司提供實(shí)際用水?dāng)?shù)據(jù)的平均每人18m3/年，宿舍入住人數(shù)為2100人；則公司一年總使用水量為2100×18=37800m3/年
供水泵流量：18m3/h，則年工作時(shí)間為37800÷18=2100小時(shí)
年運(yùn)行費(fèi)用：4×2100×0.77=6468元
該熱水系統(tǒng)年總運(yùn)行費(fèi)用：1219+6468=7687元
原使用空氣源熱泵機(jī)組和燃?xì)忮仩t運(yùn)行費(fèi)用：公司提供實(shí)際用水量平均每人18m3/年，熱水成本價(jià)8元/m3;
1棟宿舍樓：420×18×8=60480元
2棟宿舍樓：520×18×8=74880元
3棟宿舍樓：720×18×8=103680元
4棟宿舍樓：440×18×8=63360元
年運(yùn)行費(fèi)用：
60480+74880+103680+63360=302400元
綜上所述，節(jié)能效果明顯，具有很大推廣價(jià)值。
工程參考標(biāo)準(zhǔn)：
《壓縮空氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50029-2014
《工業(yè)管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范金屬管道篇》GB50235-2010
《換熱器》GB151-2014
《建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50242-2024
《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50268-97
《設(shè)備及管道保溫技術(shù)通則》GBT4272-2008
《低壓電器基本標(biāo)準(zhǔn)》GB/T14048.1-2016等。
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