帶熱回收裝置的大型商場空調系統的節能性分析

夏中亮 孟慶豐 李士強

機械工業第六設計研究院有限公司（450007）

帶熱回收裝置的大型商場空調系統的節能性分析

夏中亮 孟慶豐 李士強

機械工業第六設計研究院有限公司（450007）

針對大型商業建筑的特點，以鶴壁地區某大型商場為例介紹了商場采用一次回風系統送風量及制冷量，并對轉輪式熱回收裝置在商場空調系統中的應用進行了分析。證明在大型商業空調設計中，排風熱回收具有較大的節能潛力。

轉輪式熱回收；新風量；節能性

0 引言

近年來，隨著經濟的快速發展和人民生活水平的提高，大型商業建筑迅速發展。為保證大型商業建筑內部的舒適環境，中央空調系統得到了廣泛的應用。與此同時，空調系統作為建筑物的主要能耗之一，其節能的重要性愈發受到重視。《公共建筑節能設計標準》(GB 50189-2005)的實施，空調排風熱能回收成為建筑物空調系統節能的一個重要途徑。對空調系統的排風進行熱回收的優點[1]:1）對新風進行預處理，減少空調運行的負荷，節約運行費用；2）減少空調系統的最大負荷，減小空調系統型號，節省初投資；3）在節約能源的同時可以加大室內新風比，提高室內空氣品質；4）降低夏季排風溫度，減小向外的排熱量，降低熱污染，緩解熱島效應。

雖然使用排放熱回收系統會增加風機能耗，有關數據顯示當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]。

這里以鶴壁地區某商場轉輪式熱回收裝置為研究對象，分析采用轉輪式熱回收裝置的技術經濟性。

1 裝輪式熱回收裝置

1.1 裝輪式熱回收裝置結構及工作原理[3]

裝輪式熱回收器核心部件是轉輪，它以100～ 200 mm厚的具有蓄熱或吸附水分(全熱回收時)作用的特殊復合纖維或鋁合金箔做載體，覆以蓄熱吸濕材料而構成,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，氣流流態為層流,通過氣流方向的不斷交替改變，達到自我清潔。

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

轉輪式熱回收可實現全熱或顯熱的熱回收，顯熱回收時無濕傳遞。

圖1 轉輪式熱回收裝置原理示意圖[4]

1.2 轉輪式熱回收節能效率[5]

用于評價熱回收裝置的一項重要指標是熱回收效率。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分別為室外新風出熱回收裝置溫度(℃)、含濕量(kg/kg)、焓(kJ/kg)t3、d3、h3分別為室內排風進熱回收裝置溫度(℃)、含濕量(kg/kg)、焓(kJ/kg)；t4、d4、h4分別為室內排風出熱回收裝置溫度(℃)、含濕量(kg/Kg)、焓(kJ/kg)。

這里選用的轉輪式熱回收裝置全熱回收效率為60%。

2 項目介紹及系統應用介紹

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備用房，地上1～4層為商業用房。地面以上建筑高度21.00 m，耐火等級為一級。空調系統冷熱源為兩臺螺桿式水源熱泵機組，空調末端形式為全空氣一次回風系統，采用組合式空調機組，根據冷熱負荷采用帶轉輪式組合式熱回收空氣處理機組。按照GB 500736-2012《采暖通風空調與空氣調節設計規范》第7.1.5條規定,舒適性空調區與室外或空調區之間有壓差要求時，其壓差值宜取5～10 Pa。取值5 Pa，維持室內正壓所需的新風量不低于相當于房間體積的0.5 h-1的換氣風量。因此商場需有一定量的排風。

帶轉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，比例調節冷、熱水管上電動二通閥，控制轉輪的轉速。冬季當排風溫度高于新風溫度時啟動轉輪式熱回收器轉輪電機，開啟新風、排風主管上的電動風閥。夏季當排風溫度低于新風溫度時，開啟新風、排風主管上的電動風閥，啟動轉輪驅動電機。過渡季(室外新風直接送入室內):關閉水管上的電動二通閥、排風管上電動風閥。防凍措施:盤管的上游設防凍開關，當送風溫度低于限定值時，將切斷風機電路，停止風機運轉，同時關閉新風閥。

圖3 帶轉輪式組合式熱回收空氣處理機組示意圖

3 熱回收節能分析計算

3.1 采用安陽地區室外氣象參數進行計算(見表2)

表2 室外氣象參數

3.2 室內設計參數(見表3)

表3 室內設計參數

3.3 室內送風量、新風負荷計算

以本商場的地下室超市為例，采用一次回風系統夏季送風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）確定送風狀態點

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

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

送風0狀態點: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）計算送風量

圖4 一次回風系統夏季工況在焓濕圖上的表示

3.4 全熱回收轉輪的熱工計算

1）本項目選用的帶轉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。單臺新風量9 600 m3/h，排風量7 680 m3/h。

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

3）轉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總制冷量為3 725 kW，采用轉輪式熱回收裝置回收的總冷量為671 kW。各樓層采用轉輪式熱回收裝置夏季回收冷量詳見表4。

表4 各樓層轉輪式熱回收冷量

冬季空調系統送風量及新風量不變，各樓層采用轉輪式熱回收裝置冬季回收熱量詳見表5。

表5 各樓層轉輪式熱回收熱量

4）熱回收經濟性分析

帶轉輪式組合式熱回收空氣處理機組由于增加了轉輪式功能段，增加了業主的投資，因此有必要對原組合式空調機組增加的設備進行經濟性分析。

轉輪式熱回收器夏季節約的電功率理論值約為300 kW。由于增加了熱回收裝置，增加的排風機總功率為120 kW，轉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個月空調計算,電價按照0.79元/kW·h，每年夏季可節約電費約為12.4萬元。

轉輪式熱回收器冬季節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個月空調計算，電價按照0.79元/kW·h，每年冬季可節約電費約為21.8萬元。全年可節約的電費為34.2萬元。

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

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

4 結論

通過上文的計算分析可以得出以下結論:

1）商場屬于人員密集場所，空調負荷大，新風需求大。相應的空調能耗高，新風能耗占空調總能耗比例高。

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

3）空調系統設置熱回收裝置減少了空調系統的能耗，在給業主帶來節能效益的同時，也收獲了社會效益與環境效益。

[1]袁旭東,柯瑩,王鑫.空調系統排風熱回收的節能性分析[J].制冷與空調,2007,7(1):76-81.

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

[3]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].第二版,北京:中國建筑工業出版社,2008.

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

[5]中國建筑標準設計研究院,建設部工程質量安全監督與行業發展司.《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.