冷凝热回收是将空调排放的废热予以回收利用,用以制取卫生热水或生产工艺用热的一种技术手段。该技术可以减少冷凝热的直接排放,提高空调的运行效率,满足热水或工业用热需求,缓解常规系统(常规空调器+供热设备)能耗大、能源浪费和环境热污染等问题。冷凝热回收技术具有明显的经济效益、环境效益和社会效益。近年来国内外在冷凝热回收技术方面的研究取得了很大进展,冷凝热回收空调机组已得到了广泛的应用。然而,目前对于冷凝热回收技术在理论和应用中还存在一些问题有待解决,这些问题包括:(1)关于冷凝热回收系统理论性能的关键问题有待深入研究,如理论性能上限的探寻、理论最优构型的解析、系统性能的理论评价方法等等。不同于以单独制冷或制热为目标的空调/热泵系统,冷凝热回收过程的增加使系统性能的评价维度更为复杂,如何在理论上探寻系统性能界限并给予合理的评价是亟待解决的问题。(2)对于既有冷凝热回收设备或者系统,部件匹配的欠合理导致整体性能差、能量浪费,甚至使系统提前报废,造成社会资源的巨大浪费。而实际工程中往往需要了解工质的在系统内部的运行状态从而来判断既有系统的设计缺陷并提出合理的改造指导方案。针对冷凝热回收系统如何建立一套便捷可靠的反演仿真模型并通过反演计算来分析系统的不合理因素是亟待解决的问题。(3)冷凝热回收技术在空气处理过程中的应用问题有待进一步研究。目前空调冷凝热回收的应用形式单一,带热水供应的空调设备是目前应用最为广泛的冷凝热回收技术,然而冷凝热回收的应用范围远不止热水的供应。近年来随着我国医疗体系的完善和医药研究的需求,手术室、生物试验室等恒温恒湿环境的空气处理设备需求迅速增长。开展空调冷凝热回收在空气处理过程中的应用,探寻一种高效节能且具有经济效益的应用技术方案是一个重要的研究课题。本文针对上述问题开展了理论与试验研究:首先,本文提出了基于不可逆卡诺制冷循环的冷凝热回收热力学模型,在考虑热漏、传热热阻以及其它不可逆因素的前提下建立了三热源(高温热源,即周围环境;低温热源,即冷冻水等载冷剂;热回收热源,即热水、热风等载热剂)热力平衡方程。在全面系统地了解和总结逆卡诺循环有限时间热力学研究成果的基础上,通过数学建模、理论分析和数值计算方法,以制冷效率(ε)、热回收效率(εR)以及综合能效比(COPint)为优化目标,分别对全部热回收空调系统与部分热回收空调系统的性能进行了优化研究。提出了优值区间概念,在理论上界定了空调冷凝热回收系统结构配比的优化取值范围,分析了热漏、热阻、摩擦等不可逆损失对目标值影响,并探讨了冷凝热回收系统的姻效率优化性能。其次,本文以一台风冷热泵冷凝热回收机组为研究对象,根据机组结构参数建立了基于热平衡与压力平衡的准静态反演方程,并测量了 一个周期的冷凝热回收运行过程的外部参数。利用反演模型反推整个冷凝热回收过程的内部参数变化过程、状态分布以及换热部件的工作状态。同时测量了机组的压缩机进出口制冷剂温度与实时功率、蒸发器进出口制冷剂温度等,用于验证反演结果的正确性。通过反演分析寻找该风冷热泵冷凝热回收机组在设计中的不合理因素,提出了优化改造方案。再次,本文以我国中南地区某医院的洁净手术室恒温恒湿空调系统为研究对象,提出了一种基于负荷分配的组合式热泵热回收新风处理方法。在设计条件下对比了不同空气处理方式的适用性与能耗状况,证明了组合式热泵热回收新风处理方法具有较为广泛的适用性和显著的节能效果。提出了基于压缩机实验性能曲线拟合归纳式的广义有限时间热力学优化方法,并对组合式热泵热回收新风机组的结构配比与性能系数进行了优化。同时以调查数据为基础,研究了动态负荷下组合式热泵热回收新风机组的经济性能。最后,本文建立了一台组合式热泵热回收新风试验机组,对该机组进行了试验测试。分析了该机组的各性能参数的变化情况,并将实验测试结果与基于压缩机实验性能曲线拟合归纳式的有限时间热力学模型计算结果进行了对比,分析了实验结果与理论优化值之间误差以及导致这部分误差存在的主要影响因素。本文的研究为空调冷凝热回收系统在结构优化、性能评价以及优化改造方面提出了新的思路和方法,将能为空调冷凝热回收设备的优化设计、系统改造以及相关标准的形成、发展与完善提供理论指导。