制冷系统余热回收的利用

关键词　余热回收冷凝热热泵冷热联供二氧化碳跨临界投资回收期

一、余热的来源与温度品位

制冷系统的排热分两段。一段是冷凝热，制冷剂在冷凝器中放热，温度通常在 40 到 60 摄氏度；另一段是压缩机排气的过热段，温度更高，蕴含的过热量可以单独回收（和顺环境集团，企业官网发布）。

温度品位决定用途。40 到 60 摄氏度的热量适合供暖与预热，60 摄氏度以上的热水可以用于清洗与除霜。回收方案按温度对接到具体的用热环节。

图 1　余热回收的热源温度区间（摄氏度）

二、回收路径与设备

回收的常见做法有三类。在制冷剂进入冷凝器之前安装脱过热器或板式换热器，回收过热段的热量加热水；在冷凝器后端加装换热装置，回收冷凝热；用热泵把低品位热量提升到可用温度（和顺环境集团）。

三类路径的投资与收益差别较大。脱过热器的改动小、回收快，热泵耦合系统的投资高，适合供暖需求稳定的北方项目。

三、内部自用的热用途

回收的热量优先在设施内部消化，损耗最小。食品加工厂每天需要大量 60 摄氏度热水清洗设备、地面与容器，余热回收可以替代部分锅炉或电热水器；冷冻库地坪下方的防冻加热管路可以用回收的温水循环，替换电加热；采用热水除霜的蒸发器由回收温水直接供应。

生活用能是另一处去向。员工宿舍与食堂的热水需求全年稳定，回收热量接入后，辅助热源的启用量随之减少。

图 2　余热回收的四个环节

四、外部输出的热用途

设施内部用不完的热量可以向外输出。通过热力管网为周边工厂与居民区供暖，获得热力收益；为周边温室大棚保温，延长作物生长期。

外部输出需要管网投资与长期稳定的热用户。热负荷的稳定性决定项目的经济性，季节性用热的负荷在非采暖季闲置，设备利用率下降。

图 3　回收余热的四类去向

五、二氧化碳跨临界冷热联供

二氧化碳跨临界系统把制冷与供热合并。冰轮环境的二氧化碳跨临界冷热联供系统以二氧化碳为制冷剂，臭氧消耗潜能值为 0、GWP 值为 1，通过喷气增焓与热回收实现制冷、供热、热水联供，综合能效较传统氟系统提升 20% 到 30% 以上（冰轮环境，2026-09）。

该系统适用于大中型冷库、冷链物流园区与食品加工中心。制冷与制热在同一套机组内完成，能源的利用从单向排放转为双向联供。

六、氨与二氧化碳复叠系统的余热回收

大型冷库的制冷单元多用氨与二氧化碳复叠系统，余热回收与制冷单元配套设计。广州港南沙国际物流中心的制冷单元采用氨与二氧化碳复叠系统，冲霜热水由冷凝余热回收系统供应，一期工程总投资 18.7 亿元，规划建设 3 座 8 层冷库、总库容 22.7 万吨（广州港股份有限公司与中国物流与采购联合会冷链物流专业委员会）。

冲霜热水的用量稳定，与制冷系统的运行同步，是余热回收的合适负荷。热水由系统自身供应后，电加热除霜的能耗被替换。

七、热泵提升品位

低品位热量通过热泵提升后进入更多用途。热泵以少量电能驱动，把低品位余热转化为中高品位热能，常用的空气源与水源热泵能效比可以做到 3.5 到 4.0，即消耗 1 千瓦时电能可回收 3.5 到 4.0 千瓦时的热能（和顺环境集团）。

一处果蔬冷库的冷却废水温度为 32 摄氏度，经水源热泵升级后产出 55 摄氏度热水，用于果蔬解冻与车间供暖，替代传统电加热。热泵的能效比越高，单位热量的成本越低。

八、余热发电

特大型冷库的余热可以转化为电能。制冷量超过 5000 千瓦的冷库可采用低温余热发电，主流技术为有机朗肯循环与 Kalina 循环，有机朗肯循环适配 60 到 150 摄氏度的低温余热，更贴合冷库场景。

余热发电的发电效率在 12% 到 15%，发电量占总用电量的 8% 到 10%，投资回收期约 5 到 6 年（和顺环境集团）。这条路径的投资门槛高，适合制冷量大、运行时间长的特大型设施。

九、回收热量的产品化

带热回收的制冷设备把热量做成标准配置。冰轮环境的带热回收型二氧化碳制冰系统采用跨临界制冷，自带热回收，热水温度覆盖 40 到 80 摄氏度，比传统乙二醇系统节能 20% 以上，入选工业和信息化部《首台（套）重大技术装备推广应用指导目录》（工业和信息化部与冰轮环境）。

设备厂把热回收集成进机组，项目方的现场改动减少。产品化把回收能力从工程方案变成设备参数，落地的门槛随之下降。

图 4　冰轮环境热回收系统的热水温度（摄氏度）

十、余热回收的判断

余热回收的可行性取决于负荷侧的匹配。冷凝热与过热段的热量随制冷系统运行连续产生，用热需求如果是间断的，中间需要储热装置缓冲，投资随之上升。

投入产出的排序清楚：脱过热器回收过热段热量，投资小、回收期在 0.5 到 1 年；热泵耦合系统适合供暖需求稳定的项目；余热发电的投资门槛最高，适配特大型冷库。项目落地先确认用热负荷，再选技术路径。

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