帶熱回收裝置的大型商場空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性分析

夏中亮 孟慶豐 李士強

機械工業(yè)第六設(shè)計研究院有限公司（450007）

帶熱回收裝置的大型商場空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性分析

夏中亮 孟慶豐 李士強

機械工業(yè)第六設(shè)計研究院有限公司（450007）

針對大型商業(yè)建筑的特點，以鶴壁地區(qū)某大型商場為例介紹了商場采用一次回風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)量及制冷量，并對轉(zhuǎn)輪式熱回收裝置在商場空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了分析。證明在大型商業(yè)空調(diào)設(shè)計中，排風(fēng)熱回收具有較大的節(jié)能潛力。

轉(zhuǎn)輪式熱回收；新風(fēng)量；節(jié)能性

0 引言

近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，大型商業(yè)建筑迅速發(fā)展。為保證大型商業(yè)建筑內(nèi)部的舒適環(huán)境，中央空調(diào)系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。與此同時，空調(diào)系統(tǒng)作為建筑物的主要能耗之一，其節(jié)能的重要性愈發(fā)受到重視。《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50189-2005)的實施，空調(diào)排風(fēng)熱能回收成為建筑物空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的一個重要途徑。對空調(diào)系統(tǒng)的排風(fēng)進行熱回收的優(yōu)點[1]:1）對新風(fēng)進行預(yù)處理，減少空調(diào)運行的負荷，節(jié)約運行費用；2）減少空調(diào)系統(tǒng)的最大負荷，減小空調(diào)系統(tǒng)型號，節(jié)省初投資；3）在節(jié)約能源的同時可以加大室內(nèi)新風(fēng)比，提高室內(nèi)空氣品質(zhì)；4）降低夏季排風(fēng)溫度，減小向外的排熱量，降低熱污染，緩解熱島效應(yīng)。

雖然使用排放熱回收系統(tǒng)會增加風(fēng)機能耗，有關(guān)數(shù)據(jù)顯示當(dāng)顯熱熱回收裝置回收效率達到70%時，可使供暖能耗降低40%～50%，甚至更多[2]。

這里以鶴壁地區(qū)某商場轉(zhuǎn)輪式熱回收裝置為研究對象，分析采用轉(zhuǎn)輪式熱回收裝置的技術(shù)經(jīng)濟性。

1 裝輪式熱回收裝置

1.1 裝輪式熱回收裝置結(jié)構(gòu)及工作原理[3]

裝輪式熱回收器核心部件是轉(zhuǎn)輪，它以100～ 200 mm厚的具有蓄熱或吸附水分(全熱回收時)作用的特殊復(fù)合纖維或鋁合金箔做載體，覆以蓄熱吸濕材料而構(gòu)成,并加工成波紋狀和平板狀形式，按平板、波紋板相間卷繞成圓柱形的蓄熱芯體。在層板之間形成蜂窩狀通道，這就是空氣通道。在通道中，氣流流態(tài)為層流,通過氣流方向的不斷交替改變，達到自我清潔。

轉(zhuǎn)輪固定在箱體中心部位，通過傳動機構(gòu)，以10 r/min的轉(zhuǎn)速不斷旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過程中新風(fēng)、排風(fēng)同時通過轉(zhuǎn)輪的各自一側(cè)，排風(fēng)釋放的冷量(夏季)或熱量(冬季)，新風(fēng)同時吸收冷量或熱量；新風(fēng)、排風(fēng)的濕傳遞與冷、熱量的能量交換過程一樣，也是通過轉(zhuǎn)輪來實現(xiàn)的。

轉(zhuǎn)輪式熱回收可實現(xiàn)全熱或顯熱的熱回收，顯熱回收時無濕傳遞。

圖1 轉(zhuǎn)輪式熱回收裝置原理示意圖[4]

1.2 轉(zhuǎn)輪式熱回收節(jié)能效率[5]

用于評價熱回收裝置的一項重要指標(biāo)是熱回收效率。熱回收效率包括顯熱回收效率ηt、潛熱回收效率ηd和全熱回收效率ηi。

圖2 轉(zhuǎn)輪式熱回收裝置換熱機理

表1 熱回收裝置的效率

式中:t1、d1、h1分別為室外新風(fēng)進熱回收裝置溫度(℃)、含濕量(kg/kg)、焓(kJ/kg)；t2、d2、h2分別為室外新風(fēng)出熱回收裝置溫度(℃)、含濕量(kg/kg)、焓(kJ/kg)t3、d3、h3分別為室內(nèi)排風(fēng)進熱回收裝置溫度(℃)、含濕量(kg/kg)、焓(kJ/kg)；t4、d4、h4分別為室內(nèi)排風(fēng)出熱回收裝置溫度(℃)、含濕量(kg/Kg)、焓(kJ/kg)。

這里選用的轉(zhuǎn)輪式熱回收裝置全熱回收效率為60%。

2 項目介紹及系統(tǒng)應(yīng)用介紹

本工程位于河南省鶴壁市淇縣，為多層民用建筑,屬于大型商業(yè)建筑。總建筑面積27 111.42 m2。地面以上4層,地下1層。地下部分為超市及設(shè)備用房，地上1～4層為商業(yè)用房。地面以上建筑高度21.00 m，耐火等級為一級。空調(diào)系統(tǒng)冷熱源為兩臺螺桿式水源熱泵機組，空調(diào)末端形式為全空氣一次回風(fēng)系統(tǒng)，采用組合式空調(diào)機組，根據(jù)冷熱負荷采用帶轉(zhuǎn)輪式組合式熱回收空氣處理機組。按照GB 500736-2012《采暖通風(fēng)空調(diào)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》第7.1.5條規(guī)定,舒適性空調(diào)區(qū)與室外或空調(diào)區(qū)之間有壓差要求時，其壓差值宜取5～10 Pa。取值5 Pa，維持室內(nèi)正壓所需的新風(fēng)量不低于相當(dāng)于房間體積的0.5 h-1的換氣風(fēng)量。因此商場需有一定量的排風(fēng)。

帶轉(zhuǎn)輪式組合式熱回收空氣處理機組控制原理是通過房間的溫度要求，比例調(diào)節(jié)冷、熱水管上電動二通閥，控制轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速。冬季當(dāng)排風(fēng)溫度高于新風(fēng)溫度時啟動轉(zhuǎn)輪式熱回收器轉(zhuǎn)輪電機，開啟新風(fēng)、排風(fēng)主管上的電動風(fēng)閥。夏季當(dāng)排風(fēng)溫度低于新風(fēng)溫度時，開啟新風(fēng)、排風(fēng)主管上的電動風(fēng)閥，啟動轉(zhuǎn)輪驅(qū)動電機。過渡季(室外新風(fēng)直接送入室內(nèi)):關(guān)閉水管上的電動二通閥、排風(fēng)管上電動風(fēng)閥。防凍措施:盤管的上游設(shè)防凍開關(guān)，當(dāng)送風(fēng)溫度低于限定值時，將切斷風(fēng)機電路，停止風(fēng)機運轉(zhuǎn)，同時關(guān)閉新風(fēng)閥。

圖3 帶轉(zhuǎn)輪式組合式熱回收空氣處理機組示意圖

3 熱回收節(jié)能分析計算

3.1 采用安陽地區(qū)室外氣象參數(shù)進行計算(見表2)

表2 室外氣象參數(shù)

3.2 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)(見表3)

表3 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

3.3 室內(nèi)送風(fēng)量、新風(fēng)負荷計算

以本商場的地下室超市為例，采用一次回風(fēng)系統(tǒng)夏季送風(fēng)量計算負荷計算過程如下:

1）計算熱濕比

余熱量Q=807 kW，余濕量W=0.060 4 kg/s，熱濕比ε=Q/W=13 364.40。

2）確定送風(fēng)狀態(tài)點

在圖4上，室內(nèi)N狀態(tài)點:tN=26℃,iN=58.95 kJ/kg,dN=12.82 g/kg·干空氣。

本項目的空調(diào)形式為舒適型空調(diào)，常采用“露點”送風(fēng)(最大送風(fēng)溫差),過N點作ε=13 364.40線。與95%相對濕度線交點為送風(fēng)狀態(tài)點0。

送風(fēng)0狀態(tài)點:干球溫度t0=17.4℃，焓值i0= 47.43 kJ/kg·干空氣，含濕量d0=11.79 g/kg·干空氣。

3）計算送風(fēng)量

圖4 一次回風(fēng)系統(tǒng)夏季工況在焓濕圖上的表示

3.4 全熱回收轉(zhuǎn)輪的熱工計算

1）本項目選用的帶轉(zhuǎn)輪式組合式熱回收空氣處理機組，顯熱回收效率按照60%計算。單臺新風(fēng)量9 600 m3/h，排風(fēng)量7 680 m3/h。

2）按照表1中的公式計算，夏季轉(zhuǎn)輪新風(fēng)出口干球溫度t2=29.48℃，焓值h2=70.30 kJ/kg。由于新

3）轉(zhuǎn)輪式熱回收器夏季回收的冷量

地下室總的制冷量為1 175.1 kW，回收的冷量占總制冷量的19.4%，節(jié)約的冷量十分可觀。

按照上述計算方法地上1～4層商場夏季采用一次回風(fēng)總制冷量為3 725 kW，采用轉(zhuǎn)輪式熱回收裝置回收的總冷量為671 kW。各樓層采用轉(zhuǎn)輪式熱回收裝置夏季回收冷量詳見表4。

表4 各樓層轉(zhuǎn)輪式熱回收冷量

冬季空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量及新風(fēng)量不變，各樓層采用轉(zhuǎn)輪式熱回收裝置冬季回收熱量詳見表5。

表5 各樓層轉(zhuǎn)輪式熱回收熱量

4）熱回收經(jīng)濟性分析

帶轉(zhuǎn)輪式組合式熱回收空氣處理機組由于增加了轉(zhuǎn)輪式功能段，增加了業(yè)主的投資，因此有必要對原組合式空調(diào)機組增加的設(shè)備進行經(jīng)濟性分析。

轉(zhuǎn)輪式熱回收器夏季節(jié)約的電功率理論值約為300 kW。由于增加了熱回收裝置，增加的排風(fēng)機總功率為120 kW，轉(zhuǎn)輪式熱回收器本身電機總功率為6 kW，因此總的增加耗電量為126 kW。夏季可減少的耗電量為174 kW。夏季按每天10 h，每年運行3個月空調(diào)計算,電價按照0.79元/kW·h，每年夏季可節(jié)約電費約為12.4萬元。

轉(zhuǎn)輪式熱回收器冬季節(jié)約的電功率理論值約為356 kW。冬季可減少的耗電量為230 kW。冬季按每天10 h，每年運行2個月空調(diào)計算，電價按照0.79元/kW·h，每年冬季可節(jié)約電費約為21.8萬元。全年可節(jié)約的電費為34.2萬元。

增加的轉(zhuǎn)輪式熱回收裝置的初投資約為61.25萬元，初投資靜態(tài)回收期約為1.79年。

由于帶轉(zhuǎn)輪式組合式熱回收空氣處理機組的排風(fēng)機并非全年運行,過渡季節(jié)可采用全新風(fēng)運行，排風(fēng)機不用開啟。

4 結(jié)論

通過上文的計算分析可以得出以下結(jié)論:

1）商場屬于人員密集場所，空調(diào)負荷大，新風(fēng)需求大。相應(yīng)的空調(diào)能耗高，新風(fēng)能耗占空調(diào)總能耗比例高。

2）采用帶轉(zhuǎn)輪式組合式熱回收空氣處理機組對排風(fēng)中的能量進行回收，冬、夏季回收的能量折合成耗電量扣除設(shè)備本身耗電量，初投資的靜態(tài)回收期約為1.79年。

3）空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置熱回收裝置減少了空調(diào)系統(tǒng)的能耗，在給業(yè)主帶來節(jié)能效益的同時，也收獲了社會效益與環(huán)境效益。

[1]袁旭東,柯瑩,王鑫.空調(diào)系統(tǒng)排風(fēng)熱回收的節(jié)能性分析[J].制冷與空調(diào),2007,7(1):76-81.

[2]江億.我國建筑能耗狀況及有效的節(jié)能途徑[J].暖通空調(diào), 2005,35(5):30-40.

[3]陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊[M].第二版,北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[4]http://www.d1wor1ds.com/a/products/1hsrhs/2013/0514/174. htm1.

[5]中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院,建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)督與行業(yè)發(fā)展司.《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.