淺談冬季及過渡季節(jié)利用新風消除內(nèi)區(qū)余熱的應(yīng)用

陳宗喜

淺談冬季及過渡季節(jié)利用新風消除內(nèi)區(qū)余熱的應(yīng)用

陳宗喜

（匠人規(guī)劃建筑設(shè)計股份有限公司，上海200090）

通過對某辦公樓空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計及改進，介紹在冬季和過渡季節(jié)利用室外新風消除內(nèi)區(qū)余熱的應(yīng)用。分析系統(tǒng)的原理及送風機的選擇。闡述在各種工況下的切換，充分利用室外新風的節(jié)能意義。

新風；內(nèi)區(qū)；節(jié)能；余熱

0 引言

近年來，大型建筑建造數(shù)量越來越多。這些建筑都有一個特點，就是存在較大面積的內(nèi)區(qū)。由于內(nèi)區(qū)室內(nèi)負荷不受外圍護結(jié)構(gòu)傳熱的影響（室內(nèi)負荷主要為人員、燈光、設(shè)備負荷），因此內(nèi)區(qū)室內(nèi)負荷穩(wěn)定，全年為冷負荷。

本文以一個項目為例，分析如何更好利用新風消除內(nèi)區(qū)余熱，達到節(jié)能之目的。

1 項目概況

該工程為合肥某辦公樓項目，總建筑面積24276.88m2，地上20層，地下1層。建筑高度86.05m，主要功能為辦公用房。

該項目采用多聯(lián)機系統(tǒng)，空調(diào)系統(tǒng)按內(nèi)外區(qū)分層設(shè)置。每層設(shè)置設(shè)備平臺放置室外機。

2 空調(diào)系統(tǒng)配置

2.1 原方案空調(diào)系統(tǒng)配置

室內(nèi)參數(shù)：夏季室內(nèi)溫度：26℃，相對濕度：60%；冬季室內(nèi)溫度：20℃，相對濕度：40%；各層布置相同，以標準層為例說明。標準層內(nèi)區(qū)負荷及配置見表1、表2。

圖1 建筑平面圖

表1 室內(nèi)負荷

表2 內(nèi)區(qū)設(shè)備列表

表3 全熱交換器回收后參數(shù)

2.2 負荷分析

新風采用全熱交換器引入，對排風熱量進行回收，經(jīng)過熱回收的送風參數(shù)見表3。

由表1、表2中參數(shù)計算，Qx=Cp× Gmin×Δt=1.01×（1850×1.2/3600）×（20-10.32）=6.03＜8.3

式中Qx—室內(nèi)顯熱負荷，kW；

Cp—空氣的比熱，kJ/（kg·℃）；

Gmin—最小新風量，kg/s；

Δt—送風溫差，℃。

由以上計算可見，若以最小新風量回收后的送入室內(nèi)，不能滿足消除內(nèi)區(qū)室內(nèi)余熱的需要，此時空調(diào)系統(tǒng)需要運行；而且，隨室外溫度升高，則全熱交換器的出風溫度亦升高，更無法使用新風消除余熱，空調(diào)系統(tǒng)需始終運行。

若室外新風不做熱回收，冬季新風負荷大于余熱，空調(diào)系統(tǒng)需運行；隨著室外溫度升高到某個點，最小新風正好消除室內(nèi)余熱，但當溫度再升高，則最小新風量的室外新風不能消除余熱，空調(diào)系統(tǒng)需運行。

在此對新風系統(tǒng)做適當調(diào)整，可減少空調(diào)系統(tǒng)的運行時間，從而達到節(jié)能的目的。

3 設(shè)計思考及系統(tǒng)改進

為充分利用室外新風，可將原有系統(tǒng)改造如下：將內(nèi)、外區(qū)新風系統(tǒng)分別設(shè)置，內(nèi)區(qū)增加一臺送風機。由表3中參數(shù)及前述的計算可知，回收后的送風的送入室內(nèi)不能滿足消除內(nèi)區(qū)室內(nèi)余熱的需要，需混入一定量未經(jīng)熱處理的室外空氣。另外考慮到送風溫差太大會引起人員不適，同時引入一定量的室內(nèi)回風，用以減小送風溫差。系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)原理圖

圖3 焓濕圖

全熱交換器按照最小新風量選取，為控制簡單，全熱交換器的風量不做調(diào)節(jié)。

3.1 焓濕圖分析

由圖3、圖4可見，送風狀態(tài)點為O點送至室內(nèi)即可保證室內(nèi)的狀態(tài)點N。若冬季不開空調(diào)，無法將空氣處理至O點?？蓪⑺惋L狀態(tài)點定在O點的等溫線上的O′點，送至室內(nèi)，最終室內(nèi)狀態(tài)點N′會有所變化，但仍在舒適范圍內(nèi)。故可將熱回收后的空氣、二次引進的室外空氣和室內(nèi)空氣以一定比例混合即可到達O′點，送入室內(nèi)。

圖4 處理過程圖

3.2 運行過程分析

因為混合過程及送風過程不做濕處理，故混風及送風可用顯熱進行分析。如下：

Gw—送風機二次引入新風量，kg/s；

Gh—室內(nèi)回風量，kg/s；

Gz—總送風量，kg/s；

Cp—空氣的比熱，kJ（/kg·℃）；

tw′—全熱交換器出風溫度，℃；

tw—室外溫度，℃；

tN—室內(nèi)溫度，℃；

tO—送風點溫度，℃。

式中η—全熱換熱器的回收效率；

綜合式（1）、（2）、（3）、（4）可得送風溫度不變，從送風機引入的新風量如下：

可見，隨著室外溫度升高，二次引入的新風量變大，同時室內(nèi)回風量變小。

當室外溫度上升到最小新風量直接引入新風即可處理室內(nèi)余熱時，全熱交換器關(guān)閉Gw′=0，Gw=Gmin，則此臨界點溫度：

式中tw1—全熱交換器關(guān)閉的臨界溫度，℃；

Gmin—最小新風量，kg/s。

當tw1≤tw≤tO時，關(guān)閉全熱交換器，通過送風機引入新風。新風量有如下關(guān)系式：

當tO＜tw≤tN時，送風機全新風運行亦無法消除室內(nèi)余熱，此時關(guān)閉送風機，開啟全熱交換器（旁通模式）提供最小新風量，同時開啟空調(diào)進行制冷。

3.3 設(shè)備選型

送風機風量計算：

該項目內(nèi)區(qū)冬季送風溫度取值：tO=12℃

風機風量取：3300m3/h

全熱交換器風量：全熱交換器按最小新風量選型選2000m3/h

風機壓頭選擇：根據(jù)全熱交換器機外余壓（H1=150Pa）設(shè)計管路。采用送風機送風時管道阻力為：

排風機選擇：本項目衛(wèi)生間排風量1400m3/h，全新風運行時，室內(nèi)微正壓，故不設(shè)排風機。

臨界點溫度：

表4 各工況切換

3.4 運行模式切換

4 能耗比較

原設(shè)計新風及內(nèi)區(qū)空調(diào)耗電量見表5。

表5 原設(shè)計方案設(shè)備風機的耗電量（不包含壓縮機）

修改后設(shè)計方案新風及內(nèi)區(qū)空調(diào)耗電量見表6。

表6 修改后設(shè)計方案設(shè)備耗電量

當tw＜tw1時，送風機和全熱交換器都開啟，故耗電量為：1100+860+1100=3060W；當tw1≤tw≤tO時，僅開啟送風機，全熱交換器關(guān)閉，故耗電量僅為：1100+1100=2200W；當tO＜tw≤tN時，運行基本與原設(shè)計同?？梢?，在tw＜tO時，修改后的系統(tǒng)能耗小于修改前。

5 結(jié)語

本文僅討論內(nèi)區(qū)正常使用的情況下對新風的利用。對于人員變動很大，甚至長期無人使用內(nèi)區(qū)余熱很小的情況，需要開啟空調(diào)系統(tǒng)。不在本文討論范圍內(nèi)。

修改后方案，冬季與過渡季節(jié)均比原設(shè)計耗電量低，且表5統(tǒng)計的耗電量并未包含室外機壓縮機耗電量（因為壓縮機耗電難以準確統(tǒng)計），因此實際的節(jié)電幅度比以上比較數(shù)據(jù)更可觀。可見該項目充分利用室外新風，對于減少能耗有積極作用。同時新風量大于室內(nèi)最小新風量要求，室內(nèi)空氣質(zhì)量得到保障。

[1]趙榮義，范存養(yǎng)，薛殿華，等.空氣調(diào)節(jié)[M].4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[2]周謨?nèi)?流體力學泵與風機[M].3版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994.

[3]全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施節(jié)能專篇暖通空調(diào).動力[M].1版.北京：中國建筑標準設(shè)計研究院，2007.

Application of Using the Outdoor Fresh Air to Eliminate Interior Heat in Winter and Transitional Season

CHEN Zong-xi
（Giant Union Design Group，Shanghai 200090，China）

By designing and improving the air conditioning system of an office building，to introduce the application of using outdoor fresh air to eliminate the interior heat in winter and the transition season.Introduces the principle of the system and the selection of the blower.Expounds the significance of energy saving about using outdoor fresh air though changing in the various conditions.

outdoor fresh air；the inner zone；energy saving；waste heat

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.01.020

TU831

B

2095-3429（2015）01-0087-04

2014-12-03

修回日期：2015-03-25

陳宗喜（1979-），男，廣西昭平人，大學，工程師，從事暖通設(shè)計工作。