熱泵式排風(fēng)熱回收式新風(fēng)機在工程中的應(yīng)用

張 鵬

(山西中創(chuàng)建筑設(shè)計有限公司，山西 太原 030024)

熱泵式排風(fēng)熱回收式新風(fēng)機在工程中的應(yīng)用

張 鵬

(山西中創(chuàng)建筑設(shè)計有限公司，山西 太原 030024)

闡述了排風(fēng)熱回收對空調(diào)系統(tǒng)建筑節(jié)能的意義，結(jié)合工程實際重點介紹了熱泵式排風(fēng)熱回收新風(fēng)機在某報告廳建筑中的應(yīng)用情況，并對其節(jié)能和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析介紹，以供參考。

排風(fēng)熱回收，空調(diào)系統(tǒng)，節(jié)能，建筑能耗

0 引言

隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，建筑能耗已經(jīng)占到我國總能耗的30%左右。而在建筑能耗當(dāng)中，建筑物采暖、通風(fēng)和空調(diào)的能耗占建筑能耗的20%～40%[1]，因此，排風(fēng)熱回收是建筑節(jié)能的重要手段，空調(diào)系統(tǒng)中處理新風(fēng)所需的冷熱負(fù)荷占建筑物總冷負(fù)荷的比例很大，為有效減少新風(fēng)冷熱負(fù)荷，應(yīng)當(dāng)盡量采用排風(fēng)熱回收裝置回收空調(diào)排風(fēng)中的冷量和熱量[2]。我國的建筑節(jié)能相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和措施中[3，4]，對于設(shè)置排風(fēng)熱回收的條件也做了規(guī)定，即當(dāng)建筑物內(nèi)設(shè)有集中排風(fēng)系統(tǒng)且符合下列條件之一時，建議設(shè)計熱回收裝置：1)當(dāng)直流式空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)量不小于3 000 m3/h，且新、排風(fēng)之間的設(shè)計溫差大于8 ℃時。2)當(dāng)一般空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量不小于4 000 m3/h，且新、排風(fēng)之間的設(shè)計溫差大于8 ℃時。我國的工程設(shè)計中也在大力推廣和使用排風(fēng)熱回收，在許多工程案例中都有所使用[5-10]。本文，將就排風(fēng)冷凝熱回收在現(xiàn)代分析測試中心工程中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。

1 排風(fēng)熱回收方式概述

熱回收系統(tǒng)就是把建筑物內(nèi)外的余熱(冷)或廢熱(冷)回收

作為供熱(冷)或其他加熱(制冷)設(shè)備的熱(冷)源加以利用的系統(tǒng)[11]。在空調(diào)系統(tǒng)中的排風(fēng)熱回收系統(tǒng)按照處理方法可分為兩類：1)無源換熱法，僅通過各種熱交換設(shè)備，外界不增加任何可促進(jìn)轉(zhuǎn)換的能源，將排風(fēng)中的冷熱量進(jìn)行回收；2)有源熱回收法，利用熱力循環(huán)原理，加入少量電能或機械能，將排風(fēng)的冷熱量進(jìn)行回收；按照回收能量的性質(zhì)可以分為顯熱回收和全熱回收；按照換熱器的類型可以分為板式、轉(zhuǎn)輪式、熱管式、中間熱媒式和熱泵式等。排風(fēng)熱回收系統(tǒng)的形式非常多，要根據(jù)實際的工程情況綜合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析比較，才能合理確定適合的方式。例如板翅式適用于住宅，小型辦公樓，通常適用于1 000 m3/h風(fēng)量以下，當(dāng)排風(fēng)中有有害物質(zhì)的時候不宜選用，過渡季節(jié)或冬季使用新風(fēng)供冷時在新風(fēng)和排風(fēng)管道上分別設(shè)置旁通風(fēng)道，安裝風(fēng)閥，讓空氣繞過換熱器；熱管式適用于2 000 m3/h～30 000 m3/h風(fēng)量，通常在各類中小規(guī)模公共建筑中比較常見，尤其適用于醫(yī)院、游泳池等排風(fēng)中含塵量不多的情況，使用時應(yīng)考慮積灰等因素對使用效率的影響；轉(zhuǎn)輪式和分離式一般用于大型公共建筑如商廈、候機樓、體育館等建筑，風(fēng)量不小于30 000 m3/h，適合排風(fēng)不帶有害和有毒物質(zhì)的情況使用，嚴(yán)寒低溫區(qū)設(shè)計時應(yīng)特別考慮轉(zhuǎn)輪上會不會結(jié)霜、結(jié)冰的情況；熱泵式則適用于1 000 m3/h～10 000 m3/h風(fēng)量，適用于分層設(shè)置熱回收裝置的辦公樓，單獨設(shè)置冷熱源的情況，無集中冷熱源的中小規(guī)模項目。

2 工程應(yīng)用實例

2.1 工程簡介

某現(xiàn)代分析測試中心項目為新建項目，位于山西省太原市某大學(xué)校園內(nèi)。本工程總建筑面積41 760 m2，全部建于地上。依據(jù)設(shè)計任務(wù)書要求，本工程為以辦公、實驗、教研為主的包括機電工程學(xué)院、化工與環(huán)境學(xué)院、信息與通信工程學(xué)院、分析測試中心、學(xué)術(shù)交流中心、地下目標(biāo)毀傷中心以及學(xué)術(shù)交流中心等功能的建筑群。其中學(xué)術(shù)報告廳空調(diào)面積947.78 m2(450人容量)，空調(diào)系統(tǒng)采用變冷媒流量空調(diào)系統(tǒng)加新風(fēng)系統(tǒng)。

2.2 負(fù)荷分析

夏季室外設(shè)計參數(shù)：室外空氣干球溫度tw=31.5 ℃，相對濕度Φ=58%，室外空氣焓hw=75.2 kJ/kg；室內(nèi)設(shè)計參數(shù)：室內(nèi)空氣干球溫度tn=26 ℃，相對濕度Φ=60%，室內(nèi)空氣焓hn=58.6 kJ/kg，人員新風(fēng)量20 m3/(人·h)。新風(fēng)量為Gw=20 m3/(人·h)×450人=9 000 m3/h，新風(fēng)負(fù)荷按式(1)計算：

Qw=Gwρ(hw-hn)

(1)

其中，ρ為空氣密度，夏季取1.1 kg/m3。計算得到新風(fēng)負(fù)荷為45.65 kW。

2.3 排風(fēng)熱回收系統(tǒng)選擇

本工程中的報告廳，新風(fēng)量非常大，為了減少新風(fēng)負(fù)荷，設(shè)置排風(fēng)熱回收，可以有效減少新風(fēng)負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能的目的。本工程中新風(fēng)量為9 000 m3/h，根據(jù)以上的分析，適合選用熱泵型排風(fēng)熱回收新風(fēng)系統(tǒng)，系統(tǒng)圖見圖1。熱泵型排風(fēng)熱回收新風(fēng)系統(tǒng)是由壓縮機、節(jié)流機構(gòu)、兩臺放置在排風(fēng)系統(tǒng)和新風(fēng)系統(tǒng)中的空氣—制冷劑換熱盤管和四通換向閥組成。

在夏季工況，排風(fēng)側(cè)的盤管為冷凝器，新風(fēng)側(cè)的盤管為蒸發(fā)器，從而達(dá)到冷卻新風(fēng)的目的，并充分利用了排風(fēng)的冷量；在冬季工況，四通轉(zhuǎn)向閥使得制冷劑流向發(fā)生改變，這時排風(fēng)側(cè)的盤管為蒸發(fā)器，新風(fēng)側(cè)的為冷凝器，系統(tǒng)從排風(fēng)吸熱從而達(dá)到加熱新風(fēng)的目的[13]。本次設(shè)計對該報告廳采用的是單冷型冷凝排風(fēng)熱回收系統(tǒng)，主要回收夏季的排風(fēng)冷量。供貨商提供的性能參數(shù)如下：風(fēng)量10 000 m3/h，制冷量80.8 kW，制冷COP值為3.96。

3 節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益

在設(shè)計工況下，如果不采用熱回收裝置，采用直接蒸發(fā)式新風(fēng)機組，按照COP=2.8計算，針對新風(fēng)負(fù)荷需要消耗的電量為每小時16.3 kW。采用熱泵式排風(fēng)熱回收新風(fēng)機組，COP=3.91，此時新風(fēng)負(fù)荷所需要消耗的電量為每小時11.67 kW。每小時節(jié)省4.63 kW。按照平均電價0.7元/kWh計算，每小時節(jié)省費用3.241元。夏季按照每天運行10 h，運行120 d計算，可以節(jié)省3 889.2元。除此之外，由于蒸發(fā)器和冷凝器是徹底分開的，所以不存在細(xì)菌或污染氣體的交叉污染，室內(nèi)與室外為一體化結(jié)構(gòu)，無需冷媒管連接，僅需連接風(fēng)管就能運行，因此也節(jié)約了安裝和運行當(dāng)中的費用。

4 結(jié)語

本文結(jié)合工程實際，闡述了排風(fēng)熱回收對空調(diào)系統(tǒng)建筑節(jié)能的意義，介紹了熱泵式排風(fēng)熱回收新風(fēng)機在某報告廳空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用情況。通過分析表明，熱泵式排風(fēng)熱回收新風(fēng)機利用品位較高的排風(fēng)冷量，可以減少新風(fēng)冷負(fù)荷的能量消耗，具有較高的COP值。此外，由于蒸發(fā)器和冷凝器是徹底分開不存在細(xì)菌或污染氣體的交叉污染，室內(nèi)與室外為一體化結(jié)構(gòu)無需冷媒管連接，具有良好的節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 盧 鈞，連之偉.熱回收裝置在空調(diào)工程中的應(yīng)用[J].制冷空調(diào)與電力機械,2007,116(4):82-85.

[2] GB 50736—2012，民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范[S].

[3] GB 50189—2005，公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] 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].北京：中國計劃出版社，2007.

[5] 楊昌智，陳 丹.排風(fēng)熱回收系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析[J].湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2009(S2):103-108.

[6] 楊治國，劉順波，黃志剛，等.國防地下工程排風(fēng)熱回收技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析[J].制冷與空調(diào)(四川),2012,26(2):173-176.

[7] 陳 燦，張少凡，張建忠.排風(fēng)熱回收技術(shù)在夏熱冬冷地區(qū)居住建筑中的應(yīng)用研究[J].暖通空調(diào),2012,42(3):55-59.

[8] 王新華，彭穎婷，劉澤華，等.工業(yè)建筑排風(fēng)熱回收方案研究[J].潔凈與空調(diào)技術(shù),2013(1):8-11.

[9] 張文軍.基于熱泵的排風(fēng)熱回收系統(tǒng)實驗研究[J].鐵道工程學(xué)報,2014,31(6):114-117.

[10] 瞿 超，劉成剛.制藥廠實驗區(qū)空調(diào)系統(tǒng)排風(fēng)熱回收方案分析[J].建筑科學(xué),2014,30(8):90-93.

[11] 趙建成，周 哲.排風(fēng)熱回收系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用[J].建筑科學(xué),2006,22(6)：39-40.

[12] 吳宇紅，梁 江.空調(diào)排風(fēng)熱回收系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用淺析[J].暖通空調(diào),2008,38(9):60-63.

[13] 陸亞俊，馬最良，鄒平華.暖通空調(diào)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2002.

The application of heat pump type exhaust air heat recovery fresh air machine in engineering

Zhang Peng

(ShanxiZhongchuangArchitecturalDesignLimitedCompany,Taiyuan030024,China)

This paper introduced the meaning of exhaust air heat recovery to air conditioning system building energy consumption, combining with the engineering practice emphatically introduced the application situation of heat pump type exhaust air heat recovery fresh air machine in a building lecture hall, and introduced and analyzed its energy saving and economy, for reference.

exhaust air heat recovery, air conditioning system, energy conservation, building energy consumption

2014-12-11

張 鵬(1980- )，男，工程師

1009-6825(2015)06-0123-02

TU831

A