大空間應用新風換氣機加風機盤管的節(jié)能分析

周朝霞，葉曉江

（武漢工程大學理學院，湖北 武漢 430074）

0 引 言

隨著人類生存和發(fā)展的需求，各種規(guī)模宏大、功能復雜的公共建筑拔地而起，公共建筑的能耗電量已接近城市建筑能耗電量的50%，而空調(diào)能耗占建筑能耗的33%～45%［1－2］，巨大的能耗在能源危機的今天已越來越引起人們的關注，在充分發(fā)揮這些建筑的功能，創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)環(huán)境的同時，暖通空調(diào)技術也在不斷的進步，也在不斷地探索節(jié)能的方法和措施.對于公共建筑的大空間空調(diào)分兩種情況，一種是體型復雜，空間大小不規(guī)則，空間高度大于5m以上，主要采取分層空調(diào)，自然通風，土壤熱利用等方式，以達到節(jié)能的目的［3］；另一種是體型比較規(guī)整，房間吊頂凈高在4m左右的大空間，常規(guī)空調(diào)方式是采用一次回風（無再熱）的空調(diào)方式，筆者主要針對后者情況，對照常規(guī)空調(diào)一次回風（無再熱）的空調(diào)方式，分析采用新風換氣機加風機盤管系統(tǒng)的工況及節(jié)能效果.

1 采用新風換氣機方式

新風換氣機的主要部件是空氣熱回收裝置，按空氣熱交換器的種類可分為板翅式、板式、熱管式、轉輪式等幾種，按回收熱量的性質(zhì)來分有顯熱回收新風換氣機與全熱回收新風換氣機.市場上的新風換氣機有以下幾種形式：①采用導熱透濕的紙制板式空氣全熱回收裝置；②采用鋁箔換熱器的板翅式空氣顯熱回收裝置；③轉輪式全熱回收裝置等［4］.

在常規(guī)的風機盤管加新風空調(diào)系統(tǒng)中，新風單獨設置并分別送入房間，多余的空氣靠房間正壓從門窗縫隙排出，但在有些封閉嚴密的建筑中，門窗縫隙滲透量不及送入房間的新風量，因而當房間正壓過大時將有可能產(chǎn)生新風量不足的現(xiàn)象.用新風換氣機代替新風機組來供應新風，在供給新風的同時置換出等量室內(nèi)污濁的空氣，從這一方面來看，新風換氣機有其明顯優(yōu)勢［4］，另一方面，新風換氣機內(nèi)不需要設置盤管，既省去了人工提供的冷量，又達到熱量回收的目的，這是新風換氣機的又一個節(jié)能優(yōu)勢，因此，新風換氣機已普遍取代過去采用風機盤管加獨立新風系統(tǒng)場合中的新風機組.但在體型比較規(guī)整，房間吊頂凈高在4m左右的大空間采用新風換氣機，卻有不同的觀點，有學者持謹慎的態(tài)度.筆者通過一工程實例的工況和節(jié)能分析，說明在這種大空間同樣能采用新風換氣機加風機盤管系統(tǒng)，并且節(jié)能效果顯著.

2 新風換氣機加風機盤管系統(tǒng)的工況分析

以全熱回收型新風換氣機為例分析新風換氣機加風機盤管系統(tǒng)的工況，并與常規(guī)一次回風（無再熱）全空氣系統(tǒng)對比進行節(jié)能分析.

武漢市某450m2大空間辦公室，室內(nèi)負荷：夏季冷負荷54.9kW，冬季熱負荷51.3kW，全年濕負荷18.5kg／h，室內(nèi)人員數(shù)量113人，人均新風量20m3／h，武漢市室內(nèi)外空調(diào)計算參數(shù)如表1所示.

表1 武漢室內(nèi)外空調(diào)計算參數(shù)Table 1 Calculation parameter of indoor and outdoor air conditioner in Wuhan ℃

2.1 夏季工況分析

圖1是風機盤管空調(diào)系統(tǒng)中采用全熱回收型新風換氣機供給新風的系統(tǒng)布置圖，圖2是該系統(tǒng)夏季處理過程的h－d（焓濕圖）示意圖.

圖1 全熱新風換氣機加風機盤管系統(tǒng)平面圖Fig.1 Total－h(huán)eat fresh air ventilator plus fan－coil system layout

（1）確定新風換氣機新風出口狀態(tài)點

全熱回收新風換氣機的空氣既有顯熱（溫度）的變化，又有全熱（焓）的變化，根據(jù)大金HRV全熱交換器資料，其顯熱交換效率為75%，夏季全熱交換效率為61%，故計算新風經(jīng)全熱交換器后的工況點：

tOX＝tWX－（tWX－tN）×75%＝35.2－（35.2－26）×75%＝28.3℃

hOX＝hWX－（hWX－h(huán)N）×61%＝91－（91－53）×61%＝67.82kJ／kg（干）

過28.3℃的等溫線與過67.82kJ／kg（干）的等焓線相交，即可得OX點.

（2）確定室內(nèi)送風狀態(tài)點

過室內(nèi)狀態(tài)點N，作室內(nèi)熱濕比線ε（ε＝10 683kJ／kg）線與φ＝90%線相交于O＇點（tO＇＝14℃，hO＇＝36.8kJ／kg（干）），因該點低于室內(nèi)空氣露點溫度（tluN＝15℃），所以不合適，為防止風口結露，取送風溫度為tO＝16℃，tO等溫線與ε線的交點即為室內(nèi)送風狀態(tài)點O（hO＝39.5kJ／kg（干），tO＝16℃）.

（3）空調(diào)房間總送風量

（4）房間新風量、新風百分比、換氣次數(shù)

GW＝113×20＝2 260m3／h（0.75kg／s）

新風百分比m＝2 260／12 210＝18.5%

新風百分比為18.5%，按辦公室房間凈高4m考慮，換氣次數(shù)為6.78次／小時，合理.

（5）全熱新風換氣機的選擇

新風換氣機處理的冷量QX＝GW×（hWX－h(huán)OX）＝0.75×（91－67.82）＝17.39kW

由新風量2 260m3／h，冷量17.39kW 選擇BCF－2500DA型新風換氣機一臺.

（6）確定混合狀態(tài)點

連接N點和OX點的連線與hC＝55.74kJ／kg（干）的等焓線交點即為混合狀態(tài)點C（tC＝26.4℃，hC＝55.74kJ／kg（干））

（7）風機盤管負擔風量GF＝G＝12 210m3／h（4.07kg／s）

（8）風機盤管全熱冷量、顯熱冷量

QT＝G（hC－h(huán)O）＝4.07（55.74－39.5）＝66.10kW

QS＝G×CP（tC－tO）＝4.07×1.01×（26.4－16）＝42.75kW

（9）風機盤管選擇

風機盤管選擇 MCW－1400MD－3LBFA－AA型5臺，機組余壓30Pa，全熱冷量富裕1.8%，顯熱冷量富裕14.7%，高檔風量不足2.6%，但房間換氣次數(shù)仍有6.1次／h，完全滿足要求.

2.2 常規(guī)系統(tǒng)設計

大空間空調(diào)往往采用常規(guī)的一次回風（無再熱）全空氣空調(diào)系統(tǒng)，作為對照，再按常規(guī)系統(tǒng)進行空調(diào)機組冷量的計算.其空氣處理過程及工況點確定過程略，空調(diào)機組處理風量為12 210m3／h（4.07kg／s），新風量為2 260m3／h（0.75kg／s），空調(diào)機組全熱冷量、顯熱冷量分別為：

QT＝G（hC－h(huán)L）＝4.07（60－36.8）＝94.42kW

QS＝G×CP（tC－tL）＝4.07×1.01×（27.8－14）＝56.73kW

3 節(jié)能分析與評價

（2）從本例可以看出，對于長江流域夏熱冬冷的熱濕地區(qū)，在相似的室外設計條件下，對于新風比不大于20%，熱濕比線比較平緩的場所，如商場、會議室、餐飲等，上述分析計算具有普遍意義，大空間空調(diào)仍然可以應用新風換氣機加風機盤管系統(tǒng)，并且節(jié)能效果顯著.

（3）當室外設計參數(shù)朝著溫度降低、相對濕度增加的方向變化時，節(jié)能效果及室內(nèi)參數(shù)將朝著有利于全熱回收的方向發(fā)展.

（4）采用全熱回收新風換氣機供應空調(diào)系統(tǒng)的新風，省去了為風機盤管加新風系統(tǒng)設置配套的排風設施.

（5）在大空間中采用全熱新風換氣機相比一次回風全空氣空調(diào)系統(tǒng)的空調(diào)機房內(nèi)的新回風混合過程，具有換氣充分、新風量保證、節(jié)能等優(yōu)點，適合建筑空間不復雜，吊頂下凈高在4m左右不需要分層空調(diào)的大空間建筑.如寫字樓、會議室、展廳、商場、宴會廳等.

（6）在大空間中應用全熱新風換氣機加風機盤管系統(tǒng)能夠省去專門為放置空調(diào)機組而預留或分割出的空調(diào)機房，全熱新風換氣機尺寸比空調(diào)機組的尺寸小，可以吊頂在兩個主梁之間，不占用有效空間，且新風管較一次回風的送風管小許多，風機盤管及其接管也可以放置在主梁之間，大大減少空調(diào)所占用的吊頂空間，從而降低建筑層高，降低建筑造價.

4 結 語

對于大空間公共建筑的空調(diào)系統(tǒng)設計，《采暖、通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》（GB50019－2003）和《公共建筑節(jié)能設計標準》（GB50189－2005）都有相應的規(guī)定與要求.比如前者規(guī)定，對于人員較多、空間較大的空氣調(diào)節(jié)區(qū)，宜采用全空氣空調(diào)系統(tǒng)；全空氣空調(diào)系統(tǒng)可用新風作冷源時，應最大限度地使用新風.后者的相關條文中也明確規(guī)定了，對于房間面積或空間較大、人員較多的空調(diào)區(qū)，其空調(diào)系統(tǒng)不宜采用風機盤管系統(tǒng)；設計定風量全空氣空調(diào)系統(tǒng)時，應考慮實現(xiàn)全新風運行或可調(diào)新風比的可能性，同時應設計相應的排風系統(tǒng)［5－8］.縱觀兩個規(guī)范的規(guī)定，可以看出雖然編者沒有提倡在大空間空調(diào)設計中采用風機盤管，但編者都旨在說明要充分利用新風的冷量以達到節(jié)能的目的.過去風機盤管加獨立新風系統(tǒng)都是用新風機組來處理新風，不但需要人工提供冷量，而且全年新風量不變，一般是按冬夏計算的最小新風量，同時為保證新風量還必須有配套的排風系統(tǒng)，不可能充分利用新風的冷量，是不節(jié)能的空調(diào)設計，當然不被編者所提倡.而今全熱新風換氣機的出現(xiàn)，取代了新風機組，提升了風機盤管系統(tǒng)的空調(diào)品質(zhì)，不但節(jié)能還能保證新風量供應，并且省去了全空氣系統(tǒng)中為保證充分利用新風冷量而設置的許多自控元件系統(tǒng).因此，筆者認為全熱新風換氣機加風機盤管系統(tǒng)非常適合于房間吊頂凈高在4m左右大空間的空調(diào).

［1］王遠，魏慶芃，薛志峰，等.大型公建節(jié)能會診（三）——調(diào)查分析篇大型公建建筑能耗調(diào)查分析［J］.建設科技，2007（2）：17－19.WANG Yuan，WEI Qing－peng，XUE Zhi－feng，et al.Large scale public building conference （Ⅲ ）－Investigation section of large scale public building energy consumption investigation［J］.Building Technology，2007（2）：17－19.（in Chinese）

［2］何華，周智勇，龍?zhí)煊澹?重慶市江北區(qū)公共建筑能耗調(diào)研［J］.燃氣與熱力，2009，29（10）：A22－A26.HE Hua，ZHOU Zhi－yong，LONG Tian－yu，et al.Energy consumption investigation of public building in jiang bei section of chong qing city［J］.Combustion Gas and Thermodynamic，2009，29（10）：A22－A26.（in Chinese）

［3］趙國慶.大空間建筑空調(diào)設計概述［J］.低溫與特氣，2007，25（5）：7－9.ZHAO Guo－qing.Summary of large space building air－conditioning design［J］.Low Temperature and Special Gas，2007，25（5）：7－9.（in Chinese）

［4］李向東.住宅空調(diào)系統(tǒng)設計與室內(nèi)空氣質(zhì)量研究［D］.西安：西安建筑科技大學，2004.LI Xiang－dong.Design of residence air－conditioning system and quality research of indoor air ［D］.Master Thesis of Xian Building Technology University，2004.（in Chinese）

［5］北京節(jié)能環(huán)保節(jié)能服務中心.大型公建節(jié)能讀本［M］.北京：經(jīng)濟日報出版社，2006.Beijing energy saving and environment protection service center.Large scale public building energy saving book［M］.Beijing：Economic Daily Press，2006.（in Chinese）

［6］周祖毅.基于大流量、大空間空調(diào)系統(tǒng)設計及運行不合理現(xiàn)象的思考［J］.制冷空調(diào)與電力機械，2010，31（6）：62－66.ZHOU Zu－yi.Thought on design of large space airconditioning system design and unreasonable phenomenon based on large scale human flow［J］.Refrigeration Air－conditioning and Electric Power Machinery，2010，31（6）：62－66.（in Chinese）

［7］中華人民共和國建設部.GB50019－2003，采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2003.Construction department of The People’s Republic of China.GB50019－2003The code for design of heating ventilation and air conditioning［S］.Beijing：China Planning Press，2003.（in Chinese）

［8］中華人民共和國建設部.GB50189－2005公共建筑節(jié)能設計標準［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.Construction department of The People’s Republic of China.GB50189－2005The code for energy saving design of public building ［S］.Beijing： China Architecture and Building Press，2005.（in Chinese）