近零能耗建筑新風熱回收效率測試及節能分析

丑雪松，韋新東，陶 進

（1：吉林建筑大學市政與環境工程學院，吉林 長春 130118；2：吉林建筑科技學院市政與環境工程學院，吉林 長春 130114）

0 引言

如今隨著人們生活水平的提高，對建筑已經不僅是為了遮風擋雨、御寒保暖等一些基本要求，除此之外對所居住的建筑室內空氣品質也有著極高的要求，這加劇了空調系統的消耗。而在空調系統的能源消耗中，新風負荷卻占據了30%以上[1]。在嚴寒地區，冬季室內的排風中存在著大量的熱能，如果全部排到室外會浪費掉很多能源。所以對室內排風中的熱能進行再回收顯得尤為重要。對此，我們選擇通過實際工程——對吉林建筑科技學院近零能耗建筑中的新風熱回收效率進行實測，并分析所得到的數據計算節能效果。

1 測試地點簡介

此次研究地點位于吉林省長春市，長春市位于東經125 °35 ′，北緯43 °88 ′，地處嚴寒地區。該近零能耗建筑位于長春市吉林建筑科技學院校內東部，是學校工程訓練實訓中心的附屬建筑。該建筑是一所集多項建筑節能關鍵技術和清潔能源及可再生能源利用技術的多能互補型建筑，共2 層，總面積為1 180 m2。建筑新風系統為室內工作區域提供新風量，房間內送風方式采用上送下回以此滿足室內人員的新風需求[2]。

2 新風熱回收測試

2.1 測試系統簡介

本建筑所用的熱交換器為全熱交換器，它既可以回收室內排風中的顯熱，也可以回收排風中的潛熱。溫度低的新風與室內排出的高溫度排風在換熱器的同一側，兩股氣流由于溫度差及蒸汽分壓差的原因，在經過換熱器的芯體時產生全熱交換過程。新風回收室內排風中的部分能量從而提高自身，使得用相對較少的電能即可將新風加熱到足以向室內送風的狀態，從而達到節能的效果。

由于本次測試在嚴寒地區的供暖期內，所以新風溫度的控制極為重要，經調查，嚴寒地區工程都會將新風預熱到5 ℃左右[3]，在室外新風溫度高于5℃時，采用如圖1 的處理方式。

圖1 冬季新風熱回收流程圖

而在室外新風達不到5 ℃時，尤其當室外溫度低于0 ℃時，我們將開啟電輔助系統，先將室外新風預熱到5 ℃左右，再將預熱后的新風送入熱交換機，從而與室內排風在交換機內進行熱交換。流程如圖2 所示。

圖2 冬季電預熱新風熱回收流程圖

2.2 測試方法

2.2.1 新風量測試

根據《公共建筑節能檢測標準》對其新風量采取風管、風量檢測方法進行檢測。由于此次試驗測試的風管斷面尺寸皆為0.5 m×0.5 m。所以在矩形截面縱橫比小于1.5 的情況下，在風管上采取5 個測點，測點位置分布如圖3 所示。

圖3 風管測試點

圖中A 代表風管的邊長，依據此項目中風管的邊長為0.5 m，對新風管進行測點布置，測試前，關閉新風機組空氣處理系統，即加濕、加熱、風機等。并將機組內部旁通風閥關閉。采用數字式風速儀對風管斷面風速進行測量并取得算數平均值。經測試，新風管內平均風速為1.8 m/s，室內排風管內平均風速為3.7 m/s。

2.2.2 熱回收效率測試

在開始測試前，同樣關閉新風機組空氣處理系統，即加濕、加熱、風機等。并將機組內部旁通風閥關閉。工作完成后開啟全熱回收機，進行對交換效率的測試。在每天開始測試前，需將新風風機運行30 min，并在其穩定運行后，將具有自動記錄功能的4 個WSZY—1 溫濕度自記儀分別安置在全熱回收機前后的新風管、送風管、回風管及排風管內部。各個位置的溫濕度測試頻次為1 次/min，測試時間為30 min，共30 次測量。

2.3 測試結果

熱回收效率是評價一個熱回收裝置換熱性能的重要指標[4]。根據《近零能耗建筑測評標準》可知，近零能耗建筑新風熱回收機組的交換效率在熱量回收的工況下，要求顯熱交換效率≥75%，全熱交換效率≥70%。其計算公式如下：

式（1）中：ηwd，ηh分別為顯熱交換效率和全熱交換效率，%；toA，tsA和tRA分別代表新風干球溫度、送風干球溫度及室內回風干球溫度，℃；hoA，hsA，hRA分別代表新風焓值、送風焓值及室內回風焓值，kJ/kg。本次選取了長春市冬季供暖期期間的 10 d（2019.12.31—2020.01.09）進行新風熱回收效率的測試。測試結果如圖4 所示。

圖4 交換效率

由上述試驗得到的管內風速可計算得出：新風熱回收機組的新風量為1 620 m3/h。室內排風量為3 330 m3/h。并通過計算得到熱回收新風機組新風單位風量耗功率為0.4 W/（m3/h）。根據李雪華[5]所做的試驗可知，迎面風速對于熱回收效果影響很大。由于本次測試期間風管內平均風速在合理的迎面風速范圍內，所以通過圖4 的測試結果可以看出，測試期間該建筑新風熱回收系統顯熱交換效率平均為75%，全熱回收效率平均為73%。完全滿足《近零能耗建筑測評標準》中熱回收新風機組的交換效率要求。

3 節能分析

該近零能耗建筑冬季運行模式主要為地源熱泵供暖，其次為太陽能光熱供暖。在滿足太陽能光熱供暖的條件下，優先使用太陽能。試驗期間皆為地源熱泵供暖，每日8 h 的供暖時間，且室內設計溫度為26 ℃。對此進行全熱回收的節能測試。熱回收量計算公式如下：

式中，E 為熱回收能量，kW；G 為新風風量，m3/h；ρ為空氣密度，kg/m3；η 為熱回收效率，%。根據式（3）計算所得測試結果見表1。

表1 熱回收量測試結果

經測試及計算，試驗期間總熱回收量為618.12 kW·h，由熱泵機組向室內提供的熱量為1 261 kW·h，在新風機組運行期間，新風所消耗的能量為280 kW·h。因此，在試驗期間嚴寒地區冬季新風熱回收率為26.8%。長春市冬季供暖期為168 d，通過上述測試，供暖期間新風熱回收機組總回收熱量約為10 384.4 kW·h，并可以為建筑實際節約近5 680.4 kW·h 的能量。按照長春市學校用電每度電0.525 元來計算。供暖期期間可節省約2 982.21 元。

4 結語

1）該近零能耗建筑冬季顯熱回收效率為75%，全熱回收效率為73%。二者均滿足《近零能耗建筑測評標準》的要求。

2）測試期間，試驗實際總熱回收量為338.12 kW·h，熱回收率為26.8%。整個供暖期可以為建筑節約5 680.4 kW·h 的能量，并節省約2 982.21 元。

通過測試結果及分析來看，在嚴寒地區這類受環境因素影響較大的地區，新風熱回收機組的使用前景還是非常可觀的，并在不斷的改進與完善，嚴寒地區新風熱回收機組在以后會有更廣闊的推廣價值。同時為后期如何提高嚴寒地區機組換熱效率及提高機組熱回收率等方面提供了新的研究方向。