冷凝排風熱回收一體機在杭州地區應用的經濟性分析

潘祖棟，王志毅，楊松杰，汪新民

（浙江盾安人工環境股份有限公司，浙江諸暨311835）

冷凝排風熱回收一體機在杭州地區應用的經濟性分析

潘祖棟，王志毅，楊松杰，汪新民

（浙江盾安人工環境股份有限公司，浙江諸暨311835）

冷凝排風熱回收新風一體機利用建筑排風的冷熱量作為空調機組的冷熱源來處理新風，具有很高的機組效率。以杭州某辦公樓為例，分析了在冷熱源采用空氣源熱泵冷熱水機組的系統中引入冷凝排風熱回收新風一體機對系統能耗的影響；計算得到設備使用年限內靜態和動態投資回收期。在類似的系統中采用冷凝排風熱回收新風一體機具有較好的應用前景。

排風；熱回收；空氣源熱泵；投資回收

0 引言

伴隨著人們對于空氣品質的重視，新風的大量使用帶來空調系統的能耗問題。新風負荷在空調負荷中所占的比例很大，在空調系統設計中采取排風熱回收措施在“GB 50189-2015公共建筑節能設計標準”中被提出。傳統的新風空調機組直接處理室外空氣，一般采用大焓差表冷器，同時需要輔助冷熱源，能耗很大，同時冷熱源效率不高[1]；空氣-空氣熱交換器排風熱回收裝置回收排風中的冷(熱)能對新風進行預處理。可以是顯熱回收和全熱回收。由于其熱回收效率在70%左右，經過空氣-空氣熱交換器排風熱回收裝置處理的新風和回風混合后仍然需要加熱（或冷卻）處理后送進室內。如果能夠對空調排風中的余熱加以充分利用，相應降低新風處理的能耗，減小與之相關的冷熱源、輸配系統及管道的容量，可以降低空調系統的和運行費用，提高整個系統的經濟性[2-5]。

1 冷凝排風熱回收新風一體機

冷凝排風熱回收新風一體機是利用建筑排風作為空調機組冷凝風的一體型全新風空調機組。

冷凝排風熱回收新風一體機將空調新風機組和熱泵系統相結合（如圖1所示），充分利用建筑物的排風能量，通過部分混合新風，冬季提高進入熱泵機組蒸發器入口的溫度，通過換熱回收排風的能量，利用熱泵冷凝器加熱引入室內的新風。

圖1 冷凝排風熱回收新風一體機系統流程

制冷時機組利用低溫的建筑排風與新風混合作為機組的冷源，因為低溫的房間排風，可以有效降低機組的冷凝溫度，壓縮機功耗減少，提高了能效比。

制熱時機組利用高溫的建筑排風和新風混合作為機組的熱源，回收房間的排風，提高了蒸發溫度，提高了制熱量，降低了結霜溫度，擴大了機組的運行范圍。杭州四季分明，受冬、夏季風交替控制，天氣狀況會發生明顯的季節性變化，形成春天陰雨、夏天潮熱、秋天干爽、冬天濕冷的四季室外氣象參數變化，空氣源熱泵冷熱水機組空調是杭州地區常見的空調形式。本文的冷凝排風熱回收新風一體機應用分析基于杭州地區。

1.2 對空調系統的影響

在空氣源熱泵冷熱水機組系統中引入冷凝排風熱回收新風一體機后，系統通過熱泵技術回收排風中的能量，減少了新風負荷。空調系統冷熱負荷的減少相應減少了空氣源熱泵冷熱水機組系統的能耗，不過冷凝排風熱回收新風一體的引入增加了排風風機的風量引起能耗以及壓縮機的能耗。

冷凝排風熱回收新風一體機帶來的能耗增加分為兩部分:一是排風經過換熱器增加的阻力，二是使用一部分新風與排風混合帶來的風量增加，同時壓縮機也帶來了一部分能耗。

冷凝排風熱回收新風一體機回收的冷熱量:

式中GF，a—新風量，kg/s；

hin—進機組的空氣焓值，kJ/kg；

hout—出機組的空氣焓值，kJ/kg。

排風機的能耗增加為:

式中ηFan—風機全壓效率；

GEx—空調系統排風量，m3/h；

GMix—室外混入風量，m3/h；

ΔPEx—制冷劑換熱器存在增加的阻力，kPa；

PMix—室外混入風量需要風機克服的阻力，kPa。

空氣源熱泵冷熱水機組的能耗減少:

式中COP—空氣源熱泵冷熱水機組性能系數。

冷水循環水泵的節能計算:

式中HChw，p—冷凍水泵揚程，Pa；

ΔtChw—冷凍水供回水溫差，℃；

cChw—冷凍水比熱容，kJ/（kg·K）；

ηChw，p—冷凍水泵全壓效率。

熱水循環泵的節能計算:

式中Hhw，pump—熱水循環泵揚程，Pa；

Δthw—熱水供回水溫差，℃；

chw—熱水比熱容，kJ/（kg·℃）；

ηhw，p—熱水泵全壓效率。

2 實際工程應用分析

2.1 工程概述

杭州某辦公樓，建筑面積1.4萬m2，空調面積為1.21萬m2。按照使用功能，分為占75%的辦公區域和25%的公共區域。建筑層高為3.6m，建筑層數為10層，建筑體型系數為0.3，窗墻比為0.4，沒有設計外遮陽，內遮陽采用淺色百葉窗，遮陽系數為0.51。圍護結構的傳熱系數等性能參數見表1。

表1 圍護結構性能參數

2.2 設計參數與負荷計算

杭州室外設計計算溫度及室內空調設計計算溫度見表2、表3。

空調使用時間為周一到周五，8:00-20：00。負荷計算數據見表4。

表2 杭州室外設計計算溫度

表3 室內空調設計計算溫度

表4 負荷計算數據

空調系統采用空氣源熱泵冷熱水機組，制冷時間為5-9月，制熱時間為12、1、2月，空調運行方式為室外溫度低于20℃開始制熱，室外溫度高于26℃開始制冷。新風量為每人30m3/h，計算新風量為33810m3/h。

辦公樓的設計冷負荷為1021kW，采暖負荷為590 kW。

項目選用空氣源熱泵冷熱水機組5臺，性能參數見表5。

表5 空氣源熱泵冷熱水機組性能參數

根據新風量33810m3/h，冷凝排風熱回收新風一體機的額定風量為7000m3/h，選用5臺。

在運行期間測得夏季新風進出口焓值分別為89.31，59.84kJ/kg；冬季新風進出口焓值分別為18.52，41.92kJ/kg。由公式（1）計算得到夏季新風冷量回收為343.40kW，冬季新風回收熱量為263.72kW。在空氣源熱泵冷熱水機組空調系統中采用冷凝排風熱回收新風一體機的年運行能耗的變化根據公式（1）-（5）計算，結果見表6。

表6 增加冷凝排風熱回收新風一體機后空調系統能耗變化

2.3 經濟性分析

采用的系統進行經濟性分析計算，得到投資回收期來判斷其經濟價值。

空調冷熱源初投資的減少值:

式中CPr1，CPr2—使用冷凝排風熱回收新風一體機前后空調冷熱源的初投資。

Q—空調系統的設計冷熱負荷，kW；

ηx—空調系統新風負荷與空調系統設計負荷的比值，%；

pt—空氣源熱泵冷熱水機組造價（元），按照700元/kW。

冷凝排風熱回收新風一體機的初投資為:

式中pe—單位風量價格，按照1000元/m3/h。空調冷熱源的年運行費用:

式中Ns—空氣源熱泵機組耗電量，kW；

ηi—空調系統實際負荷與設計負荷的比例，%；

T—空調系統的全年運行時間，h；

λi—各種空調負荷下運行的時間比例，%；

pd—電價，取1元/kW·h。

冷熱源節省的年運行費用:

式中C02—使用冷凝排風熱回收新風一體機前后空調系統空氣源熱泵的年運行費用；

ΔNs—使用冷凝排風熱回收新風一體機后空調系統設備減少的功率，kW；

冷凝排風熱回收新風一體機的靜態投資回收期:

代入數據，計算得到冷凝排風熱回收新風一體機應用于辦公樓的靜態回收期為3.8a。

動態投資回收期計算可以為4.7a。

折現率i可以考慮行業折現率或者社會折現率，不能低于銀行貸款利率，取8%。

3 結語

冷凝排風熱回收新風一體機利用建筑排風冷熱量作為空調機組冷凝風，運行高效、節能:冷凝器設計在排風通道中，對排風進行熱回收，提高了設備COP值。夏季制冷工況時，利用回風進行冷凝，降低機組冷凝溫度，改善機組運行工況，提高了設備的可靠性。以杭州某典型辦公樓為例，利用回收期的公式和相關數據計算得到靜態投資回收期為3.8a，動態投資回收期為4.7a，應用于類似地區具有較好的收益和價值。

[1]馬力雙，楊潔，張旭.板式空氣全熱交換器在上海地區的應用性分析[J].建筑節能，2011，39（8）:16-18.

[2]吳字紅，梁江.空調排風熱回收系統設計應用淺析[J].暖通空調，2010，38（12）:60-64.

[3]S.B.R iffat，C.G illott.Perform ance of a novel m echanical ventilation heat recovery heat pum p system Applied Therm al Engineering，2002，（22）:839-845.

[4]吳毅平，葉勇軍，寇廣孝.基于空調排風的空氣源熱泵的節能特性分析[J].制冷空調與電力機械，2004，26（5）:26-28.

[5]潘際淼.一種基于熱力循環（熱泵）的全熱式新排風熱回收空氣處理機的分析與改進[J].建筑節能，2010，38（12）.

Economic Analysis of Condensing Exhaust Air Heat Recovery Fresh Air All-in-one Unit in Hangzhou Area

PAN Zu-dong，WANG Zhi-yi，YANG Song-jie，WANG Xin-min
（Zhejiang Dun’an Artificial Environmental Co.，Ltd，Zhuji 311835，China）

Condensing exhaustair heatrecovery fresh air all-in-one unitdeals fresh air with the heatof building exhaustairascold orheatsource and hasvery high unitefficiency.In thispaper,energy consum ption influence ofcondensing exhaustairheatrecovery fresh airall-in-one unitintroduce to the office building ofairsource heatpum p system isanalyzed. Equipm entis calculated using static and dynam ic payback period ofinvestm entin fixed num berofyear.In a sim ilarsystem condensing exhaustairheatrecovery airm achine hasvery good application prospects.

exhaust air；heat recovery；air source heat pum p；investm ent payback

TU 83

B

2095-3429（2017）02-0065-04

2016-12-19

修回日期:2017-02-13

潘祖棟（1976-），男，浙江天臺人，碩士，高級工程師，技術總監，從事制冷空調產品研發管理工作。

D O I:10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.02.015