熱回收循環技術在建筑節能系統中的應用研究

胡毅（合肥學院，安徽 合肥 230601）

熱回收循環技術在建筑節能系統中的應用研究

胡毅
（合肥學院，安徽 合肥 230601）

針對熱回收技術在建筑節能系統中的應用現狀與發展前景，分析了熱回收技術的主要影響因素，闡明了復合型熱回收循環新模式在空調系統工程中與新能源與傳統能源結合降低能耗、提高能源利用率的作用，并指出了熱回收技術仍存在的一些現實問題，為我國在建筑節能環保領域推廣新型節能技術的設備提供一些參考。

熱回收；冷卻媒循環；水冷熱泵；復合型冷凝器

在中國古代的思想家傳統價值觀中，一直提倡能源節儉，反對統治者大興土木，主張“天人合一”的思想，大到城市、小到建筑構件都需要因地制宜，草木植物動物糞便亦可以回收利用。這種天，地、人之間相互依存，循環往復的系統在古羅馬建筑家維特魯威的《建筑十書》提出：“在選擇基地與城鎮規劃時防止南向太陽輻射及避免潮濕的理念；住宅的建筑形式應適應氣候的多樣性，比如在北方，房屋應向南，前面應需要有遮蔽。”按照中國古代的風水理論，建筑的朝向講究背山面水，負陰抱陽。背山可以阻擋北風的寒冷的侵襲；面水可以迎接夏季來自東南面經水面降溫的涼風也可方便用水及戰略防御；抱陽可以爭取到建筑良好的日照。這種風水理論所倡導的樸素的建筑節能生態學思想體現了人與自然的諧統一指導思想，這種可持續發展的借鑒意義也是早年人們對綠色生態建筑營造低碳環保的渴求。

一、節能技術完善綠色生態建筑

綠色建筑首先關注的是健康、舒適和安全，這些是保證人們最佳工作和生活環境的建筑要素。“利用現有的科學技術、根據人體工程學，最大限度的發展清潔可再生能源是建設和諧社會的目標，管理好建筑活動產生的生態環境效應以及打造有機建筑環境已滿足建筑與大自然可持續發展。［1］”我們強調的綠色節能，如果是以犧牲人們的舒適度和人們的工作環境為代價，則是毫無意義的。建筑節能系統的構建是指能源利用效率的提高，能源利用方式的理念轉變。比如倡導利用太陽能、潮汐能、地熱能等可再生清潔能源，在滿足同等照度的前提下使用新型節能燈具，采用蓄能空調平均使用電能時間，以及本文所研究的熱回收循環技術。

二、節能技術應用的必要性和迫切性

隨著全球能源緊缺和環境污染問題的不斷加劇，節能、環保成為時代對建筑發展指導的大趨勢。建筑能耗中的大部分是傳統家用暖通空調系統的運行所消耗的，統計表明在發達國家中暖通空調能耗占建筑總能耗的65%；國家的經濟和科技越發達，人體舒適度的標準越高，建筑能耗占社會能耗的比例相對較大，現在發達國家建筑用能一般占到全國總能耗的30%～40%；中國的采暖用能占全國總能耗的9.6%，因此關注暖通空調系統的節能對于解決國家能源危機的作用是可觀的。［2］隨著人民生活水平的日益提高，采暖能耗占的比重逐年加大，最明顯的表現就是空調的應用迅速增加，改進傳統暖通空調系統中的節能技術是營造節能環保建筑的訴求。熱回收循環技術是目前暖通空調系統節能中最為迫切革新的技術。

三、節能回收利用技術應用分析

改進單位能源的利用率這一重要研究課題對打造環保低碳建筑有著切實意義。解決好傳統最為耗電的空調系統，做好建筑節能可以利用熱回收循環技術，即在原有的制冷技術之上增加了熱回收功能，使原本需要通過進入冷卻塔或排放到大氣的廢熱能量加以回收利用，既節約了能源又減少了排放，具有很大的市場化經濟價值。二十一世紀以來，中國家庭大多逐漸開始使用采用分體式家用空調。然而，分體式空調新風補給不足，關上窗子通風明顯不足，室內空氣質量令人擔憂。不僅如此，分體式空調的熱能源也大量被直接排放到了室外大氣中造成的巨大的浪費。空氣的熱回收技術在上世紀70年代初已被發達國家提上研究日程，世界能源產生危機影響著每個國家的經濟發展，如今一些工業發達國家早已將空氣的熱回收技術作為空調行業的節能措施之一，復合型熱回收循環新模式在空調系統工程中的地位日顯突出。中國人口眾多，建筑總體量大，目前研發熱交換系統技術正逐步走入民用領域，我們廣泛使用的家用空調其冷凝熱回收技術、冷凝水能量利用系統的研制改進已成果轉化已迫在眉睫。

四、熱回收循環打造節能建筑

1.熱回收循環理念

在一些發達國家，利用新風換氣機進行空氣能量交換已在工業領域使用多年，此技術較為成熟。北京建筑設計研究院學者邵宗義認為：空調系統的能量回收設備節約能量消耗需要通過計算分配新風量與回收風量的比值，保證室內空氣質量的同時將空調機制冷與恒溫換氣設備完美有機結合利用空調的風系統或制冷系統、供熱系統完成空調系統一定比例的能量回收。［3］伴隨著我國節能、環保政策的實施，我國學者已通過試驗表明利用制冷設備的冷凝余熱制備生活熱水切實可行，根據我國不同的地區環境特點研發空調新風系統中有針對性設計熱回收裝置的重要性越來越顯現。［4］中原工學院學者周光輝認為：在采光條件不是特別充分的地區完全可以利用太陽能或者電加熱在空調冷凝熱熱回收系統中設置一定容量的蓄熱水箱，不僅可以僅僅通過從熱回收器與冷凝器的單冷凝器型組合方式供熱還賦予智能采用部分穩定性好的輔助熱源為生活熱水系統，這樣最大限度的回收了多余冷凝熱量難也同時降低了機組的滿負荷率，如此一來，一般普通用戶全年對熱水需求最少的損耗能量就降低到了最小。［5］此外，改造室內人居環境、降低大氣污染也可以通過水冷熱泵熱回收循環系統機械法加濕結合濾紙物理過濾的方式進而可以促進室外pm2.5的物理特征作用進行去除，在此過程中完全不產生化學污染。

2.熱回收循環的研究進展

目前，一般利用預熱或者預冷室外空氣的方法來減少建筑能耗，就是利用冷卻器或者加熱器與新風入口相連，因此新風在進入空調系統或者熱菜系統之前首先經過預熱或預冷以降低新風負荷。［6］我們利用不同形式的冷卻器或加熱器，充分利用自然能源或者熱回收能源，達到預熱或者預冷新風的目的，使得最大化的利用自然能源滿足室內良好的人居環境。研究新風預處理和熱回收設備研究試驗研究基本途徑是運行相關設備得出不同因素在影響空調系統處理后的室內溫度的比值。如Abd El-Baky和Mohamed已經在試驗中使用熱管換熱器及傳感器對新風進行處理并分析出不同新風溫度和流量大小對室內空氣溫度和能耗的改變，從而得出不同室外環境空調的能效比效率；Li及其合作人員通過改變新風的濕度以提高熱管換熱器的工作效率，制成了熱電新風機等試驗設備。［7］

3.熱回收循環的推廣應用的制約因素

伴隨著熱能形式轉換過程中的墻體及玻璃外圍護結構的熱傳導損失，當然這是目前建筑材料技術所不可避免的一種能源的浪費。我們通過在熱系統循環中找到節能途徑，根據能量守恒定律盡量減少循環體系中能量的損失可以最大化的節能，利用現有技術減少熱排放，加大能量的循環利用，利用液體循環式顯熱回收裝置工作原理結合建筑通風系統完成換氣量的同時做好熱回收。［8］在空調制冷的同時，必將產生大量的熱能，我們通過裝置將這部分熱風吸回來加熱蓄水已供家庭使用，在將排放到大自然中的熱風回收加熱水源，這就是水冷熱泵熱回收系統的基本原理。然而，進出風口風量的計算與新風量溫度對系統的影響，太陽能與熱能儲存轉化，濕度與風量不同影響人體舒適度的參數與控制方法，這都需要試驗分析出它們之間的相互聯動關系。

空調與暖通循環系統完成熱回收利用能量推廣利用探討需要最小的使用期運行成本（LCC）是從其熱工性能和經濟性能都是暖通空調熱回收系統實際應用的要考慮的切實第一大問題，按照目前我們中國能接受的熱回收系統的回收可接受期是3到5年來看，運營單位可以接受的回收期（PP）是工藝設計更是要解決的實際問題。能源費用與可利用的廢熱量主要決定了熱回收系統的經濟性能。

4.新型熱回收循環模式的探索

在傳統冷凝器型空調冷凝熱熱回收系統的熱回收器增加溫度控制傳感裝置，通過微電腦控制系統來改變壓縮機出口的過熱蒸汽進入熱回收器的流量，這樣可以實現利用過熱蒸汽循環加熱2級水箱，直至全部冷凝熱量的利用，該系統屬于復合型水冷熱泵空調冷凝熱回收系統，系統工作原理圖如圖1所示水冷熱泵熱回收機組+輔助電鍋爐+太陽能熱水器。當陽光足夠充分時1級水箱水通過太陽能板加熱可以供室內直接用熱水；當溫度不夠時通過溫度傳感器感應循環至水冷熱泵回收機組加熱，而水冷熱泵回收機組直接參與空調與暖通循環系統這一大循環，當空調與暖通循環系統排除的能量不足以加熱滿足2級水箱水溫時，通過溫度傳感器計算出能量差額并運用電加熱輔助加熱系統加熱滿足，這樣可以基本滿足全天候室內用熱水需要。這樣不僅循環利用了能量，還一舉多得通過對空調系統設備降溫改善了設備使用環境、增加了設備使用壽命。［9］

五、結語

圖1 水冷熱泵熱回收機組+輔助電鍋爐+太陽能熱水器系統原理圖

暖通空調的節能熱循環技術的應用一直是科研工作者近年來研究的熱門課題，建立建筑內能量循環利用的體系，打造不同季節的不同循環體系，最大化減少熱能損耗實現最大化的能量回收，大幅降低了建筑內能源系統的消耗，利用整體大循環促進建筑節能，為可持續發展建筑的節能減排提供一種科學的創新模式。［10］

辯證全面的來觀察我國目前現狀，由于暖通空調系統中熱回收設備的使用需要增加產品制造成本，此外產品數據計算控制傳感器的鏈接對產品的數控及制造工藝都提出了更高的要求標準，目前這些的設備的成本維護尚成本還需根據建設規模其社會普及情況確定；此外，熱回收的換熱設備目前只是在一些外資的工業領域中使用，還沒有在民用暖通空調系統中得到普及的應用，缺少實際加工使用管理經驗。熱回收設備成本回收周期較長也是制約國民接受其因素之一，我們相信隨著空調節能技術的發展和人們節能意識的提高，熱回收技術的前景必將十分廣闊。［11］

針對“綠色建筑”倡導的合理利用資源、可持續發展的理念，細化推進可再生能源利用解決方案，將節能管理、環境管理融入千家萬戶的生活之中，積極融合太陽能、中水處理再利用等綠色新能源技術應用到“熱回收循環利用體系”中，發展制冷機組冷凝熱回收的換熱設備的使用率以綜合降低建筑能源消耗是我們下一步的目標。

［1］呂愛民.應變建筑——大陸性氣候的生態策略［M］.上海：同濟大學出版社，2003.125.

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Research on the Application of Heat Recovery in Building Energy-saving System

Hu Yi
（Hefei University，Hefei Anhui 230601，China）

The application status and developing prospect of heat recovery technology in building energy saving system are introduced in this paper.It also analyzes the main factors which affect the heat recovery technology，illustrates the new cycle model of heat recovery which combined with new energy and traditional heat source in the air conditioning system engineering which can reduced energy consumption and improve energy utilization，puts forward some problems in the field of heat recovery technology and provides some references for the promoting of equipment of new energy-saving technology in the field of energy-saving building and environmental protection in our country.

heat recovery；the cooling medium circulation；water-cooled heat pump；compound condenser

TU111.19+5

A

1672-0547（2015）02-0102-03

2014-12-23

胡 毅（1980-），男，安徽合肥人，合肥學院建筑工程系講師，碩士，研究方向：建筑設計及其理論。

合肥學院土木工程重點建設學科項目（2014xk04）。