熱泵式排風熱回收式新風機在工程中的應用

張 鵬

(山西中創建筑設計有限公司，山西 太原 030024)

熱泵式排風熱回收式新風機在工程中的應用

張 鵬

(山西中創建筑設計有限公司，山西 太原 030024)

闡述了排風熱回收對空調系統建筑節能的意義，結合工程實際重點介紹了熱泵式排風熱回收新風機在某報告廳建筑中的應用情況，并對其節能和經濟性進行了分析介紹，以供參考。

排風熱回收，空調系統，節能，建筑能耗

0 引言

隨著我國現代化進程的加快，建筑能耗已經占到我國總能耗的30%左右。而在建筑能耗當中，建筑物采暖、通風和空調的能耗占建筑能耗的20%～40%[1]，因此，排風熱回收是建筑節能的重要手段，空調系統中處理新風所需的冷熱負荷占建筑物總冷負荷的比例很大，為有效減少新風冷熱負荷，應當盡量采用排風熱回收裝置回收空調排風中的冷量和熱量[2]。我國的建筑節能相關標準和措施中[3，4]，對于設置排風熱回收的條件也做了規定，即當建筑物內設有集中排風系統且符合下列條件之一時，建議設計熱回收裝置：1)當直流式空調系統的送風量不小于3 000 m3/h，且新、排風之間的設計溫差大于8 ℃時。2)當一般空調系統的新風量不小于4 000 m3/h，且新、排風之間的設計溫差大于8 ℃時。我國的工程設計中也在大力推廣和使用排風熱回收，在許多工程案例中都有所使用[5-10]。本文，將就排風冷凝熱回收在現代分析測試中心工程中的應用進行介紹。

1 排風熱回收方式概述

熱回收系統就是把建筑物內外的余熱(冷)或廢熱(冷)回收

作為供熱(冷)或其他加熱(制冷)設備的熱(冷)源加以利用的系統[11]。在空調系統中的排風熱回收系統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備，外界不增加任何可促進轉換的能源，將排風中的冷熱量進行回收；2)有源熱回收法，利用熱力循環原理，加入少量電能或機械能，將排風的冷熱量進行回收；按照回收能量的性質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、轉輪式、熱管式、中間熱媒式和熱泵式等。排風熱回收系統的形式非常多，要根據實際的工程情況綜合技術、經濟分析比較，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風量以下，當排風中有有害物質的時候不宜選用，過渡季節或冬季使用新風供冷時在新風和排風管道上分別設置旁通風道，安裝風閥，讓空氣繞過換熱器；熱管式適用于2 000 m3/h～30 000 m3/h風量，通常在各類中小規模公共建筑中比較常見，尤其適用于醫院、游泳池等排風中含塵量不多的情況，使用時應考慮積灰等因素對使用效率的影響；轉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，風量不小于30 000 m3/h，適合排風不帶有害和有毒物質的情況使用，嚴寒低溫區設計時應特別考慮轉輪上會不會結霜、結冰的情況；熱泵式則適用于1 000 m3/h～10 000 m3/h風量，適用于分層設置熱回收裝置的辦公樓，單獨設置冷熱源的情況，無集中冷熱源的中小規模項目。

2 工程應用實例

2.1 工程簡介

某現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校園內。本工程總建筑面積41 760 m2，全部建于地上。依據設計任務書要求，本工程為以辦公、實驗、教研為主的包括機電工程學院、化工與環境學院、信息與通信工程學院、分析測試中心、學術交流中心、地下目標毀傷中心以及學術交流中心等功能的建筑群。其中學術報告廳空調面積947.78 m2(450人容量)，空調系統采用變冷媒流量空調系統加新風系統。

2.2 負荷分析

夏季室外設計參數：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；室內設計參數：室內空氣干球溫度tn=26 ℃，相對濕度Φ=60%，室內空氣焓hn=58.6 kJ/kg，人員新風量20 m3/(人·h)。新風量為Gw=20 m3/(人·h)×450人=9 000 m3/h，新風負荷按式(1)計算：

Qw=Gwρ(hw-hn)

(1)

其中，ρ為空氣密度，夏季取1.1 kg/m3。計算得到新風負荷為45.65 kW。

2.3 排風熱回收系統選擇

本工程中的報告廳，新風量非常大，為了減少新風負荷，設置排風熱回收，可以有效減少新風負荷，達到節能的目的。本工程中新風量為9 000 m3/h，根據以上的分析，適合選用熱泵型排風熱回收新風系統，系統圖見圖1。熱泵型排風熱回收新風系統是由壓縮機、節流機構、兩臺放置在排風系統和新風系統中的空氣—制冷劑換熱盤管和四通換向閥組成。

在夏季工況，排風側的盤管為冷凝器，新風側的盤管為蒸發器，從而達到冷卻新風的目的，并充分利用了排風的冷量；在冬季工況，四通轉向閥使得制冷劑流向發生改變，這時排風側的盤管為蒸發器，新風側的為冷凝器，系統從排風吸熱從而達到加熱新風的目的[13]。本次設計對該報告廳采用的是單冷型冷凝排風熱回收系統，主要回收夏季的排風冷量。供貨商提供的性能參數如下：風量10 000 m3/h，制冷量80.8 kW，制冷COP值為3.96。

3 節能效果和經濟效益

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

4 結語

本文結合工程實際，闡述了排風熱回收對空調系統建筑節能的意義，介紹了熱泵式排風熱回收新風機在某報告廳空調新風系統的應用情況。通過分析表明，熱泵式排風熱回收新風機利用品位較高的排風冷量，可以減少新風冷負荷的能量消耗，具有較高的COP值。此外，由于蒸發器和冷凝器是徹底分開不存在細菌或污染氣體的交叉污染，室內與室外為一體化結構無需冷媒管連接，具有良好的節能和經濟效益。

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

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[3] GB 50189—2005，公共建筑節能設計標準[S].

[4] 全國民用建筑工程設計技術措施節能專篇暖通空調·動力[M].北京：中國計劃出版社，2007.

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

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

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

[12] 吳宇紅，梁 江.空調排風熱回收系統設計應用淺析[J].暖通空調,2008,38(9):60-63.

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