乙二醇熱回收系統在甲類廠房空調中的應用

徐子晶

（中國電子系統工程第四建設有限公司，河北石家莊 050051）

0 引言

在火災危險性為甲類的廠房中，空調系統能耗一直是值得關注的問題。為了確保安全和遵守法規，甲類廠房的空調必須采用全新的風系統。如果不對排風的能量進行回收利用而直接排放，將會導致巨大的能源浪費。傳統的熱回收裝置（如轉輪式、板式等），其新、排風空氣在熱交換的過程中會存在一定的物質交換，污染物有可能從排風系統泄漏到新風送風中。因此，傳統的熱回收裝置并不適合應用于甲類廠房中。乙二醇熱回收系統由于僅通過中間媒介進行新、排風的熱交換，不存在新、排風交叉污染的問題，適合應用于甲類廠房中。

1 乙二醇熱回收系統

1.1 常規乙二醇熱回收系統工作原理

乙二醇熱回收系統是以乙二醇水溶液為中間媒介，通過流體輸送泵，將排風中的熱量轉移到新風中，從而降低新風處理的能耗，達到節能的目的。

乙二醇熱回收系統結構組成：排風機組熱交換盤管、新風機組熱交換盤管、流體輸送泵、定壓補液裝置、閘閥、溫度計、排氣閥、排污閥等。工作原理如圖1所示。

圖1 乙二醇熱回收系統

夏季工況時，乙二醇水溶液通過泵輸送至排風機的熱回收盤管，在與排風空氣進行換熱的過程中，乙二醇水溶液溫度被降低。之后，乙二醇水溶液進入空調機組表冷器前的新風預處理盤管。此時，由于室外空氣溫度高于乙二醇水溶液的溫度，因此新風溫度被降低，降溫的新風進入表冷器被進一步冷卻。新風在進入表冷器前已預先被降溫，減少了表冷器的冷負荷。如此循環往復，排風處的能量被新風回收利用，從而降低能量消耗。

冬季工況時，乙二醇水溶液仍通過泵進行循環，溫度較高的排風將能量轉移至溫度較低的新風，新風溫度提高，減少了空調加熱器的負荷。

1.2 改進措施

從圖1 常規乙二醇熱回收系統中可以發現，乙二醇水溶液的溫度只能在排風溫度和新風溫度的區間內變化。若設計的排風溫度和室外新風溫度的差值較小，則乙二醇盤管與空氣側的換熱溫差就會變得很小，從而影響換熱效率。此外，夏季工況時，由于乙二醇水溶液溫度較高，新風預處理盤管只能處理顯熱負荷，即該回收方式只能進行顯熱回收，無法進行潛熱回收。再者，乙二醇熱回收系統還會消耗動力。相關資料顯示，常規的乙二醇熱回收系統對排風的顯熱效率只有30%～40%[1]。

由此可見，夏季工況時，若是能夠降低進入空調機組新風預處理側的乙二醇水溶液溫度，使新風溫度被降低的幅度更大，并能夠處理潛熱負荷，將大大地提升熱回收系統的節能效果。

基于上述思考，將常規的乙二醇熱回收系統進行改進，改進后的系統工作原理如圖2 所示。

圖2 改進后的乙二醇熱回收系統

在空調機組的熱水再熱段盤管之前新增乙二醇再熱段盤管，并通過乙二醇新風預處理段和乙二醇再熱段之間的電動三通閥進行冬、夏季工況切換。

夏季工況時，乙二醇水溶液仍然通過泵輸送至排風機的熱回收盤管，在與排風空氣進行換熱的過程中，乙二醇水溶液溫度被降低。之后，乙二醇水溶液先進入空調機組熱水再熱段盤管之前的乙二醇再熱盤管。由于乙二醇再熱盤管位于表冷器之后，表冷器出風溫度通常較低，這樣，乙二醇水溶液在與表冷器出風換熱之后，溫度被進一步降低。之后，乙二醇水溶液再進入空調機組表冷器前的新風預處理盤管。如此，乙二醇水溶液和新風之間的溫度差變小，從而增強乙二醇新風預處理段的換熱能力，達到更好的熱回收效果。此外，由于乙二醇水溶液在進入乙二醇再熱盤管時，提前對低溫空氣進行再熱，從而減少了熱水再熱段盤管的再熱負荷。

冬季工況時，電動三通閥切換成冬季熱回收模式。乙二醇水溶液不經過乙二醇再熱段，其熱回收原理與常規乙二醇熱回收系統工作原理相同。

2 工程應用

2.1 工程案例

安徽某甲類廠房空調采用全新風系統，通過組合空調機組送新風、排風機排風的方式實現。

夏季室外空調計算干球溫度tW=35 ℃，室外空調計算濕球溫度28 ℃，根據焓濕圖可得室外空氣比焓hW=89.4 g/kg。冬季室外空調計算干球溫度tW′=-4 ℃。

室內設計溫度：夏季tn=23±3 ℃，相對濕度45%～65%，冬季tn′=20±3 ℃；空氣密度ρ=1.2 kg/m3，比熱容c=1.01 kJ/（kg·K）；空調機組送風量L=50 000 m3/h，制冷工況送風溫度to=18 ℃，制熱工況送風溫度to′=26 ℃；排風機排風量Lp=52 000 m3/h，排風溫度tp=tn；30%乙二醇水溶液平均密度近似取值ρ液=1045 kg/m3，比熱容近似取值c液=3.65 kJ/（kg·K）。

乙二醇再熱段前（同時也是表冷器后）的空氣溫度設定為tL=13 ℃，相對濕度95%，根據焓濕圖可得乙二醇再熱段前（同時也是表冷器后）的空氣比焓hL=35.5 g/kg。即：乙二醇新風預處理段后的出風溫度為ty，乙二醇再熱段后的出風溫度為tz。

以下按3 種情況分別討論。

2.1.1 不采用熱回收系統

2.1.2 采用常規乙二醇熱回收系統

（1）夏季：常規乙二醇熱回收系統的顯熱回收效率為40%。則，公式變形后得：ty=tW-η（tW-tP）=30.2 ℃；則熱回收量；表冷器冷量QL=898-80.8=817.2 kW；再熱量

（2）冬季：由于室外空氣和排風之間的溫差更大，冬季熱回收量要高于夏季[2]。目前產品基本能做到冬季工況下熱回收效率達到60%，則：，公式變形后得；熱回收量=242.4 kW；加熱器加熱量Qh=262.6 kW。

2.1.3 采用改進后的乙二醇熱回收系統

（1）夏季：用試算法，通過驗算各換熱盤管處乙二醇水溶液的流量是否一致來判斷數據的可行性，再根據換熱盤管氣液兩側的平均溫差來校核其換熱能力能否滿足要求。系統各部分設定參數見圖3。

圖3 乙二醇熱回收系統設定參數

經查焓濕圖得乙二醇新風預處理段后的出風比焓hy=79 g/kg。由圖3 可知，進入乙二醇新風預處理盤管的乙二醇溶液溫度t3小于室外空氣的露點溫度，因此，該部分不僅有顯熱交換還有潛熱交換。由此可得乙二醇新風預處理段的冷卻量；乙二醇再熱段的加熱量=84 kW；排風機換熱盤管的換熱量

根據熱量平衡求出各換熱盤管處乙二醇水溶液的流量。乙二醇新風預處理段：乙二醇再熱段：；排風機換熱盤管:；其中，t1是乙二醇水溶液在新風預處理段出口、排風機入口處的溫度；t2是乙二醇水溶液在排風機出口、乙二醇再熱段入口處的溫度；t3是乙二醇水溶液在乙二醇再熱段出口、新風預處理段入口處的溫度。

由于流量qy、qyh和qp基本一致，由此可判斷試設定的參數可行。

進行換熱盤管換熱能力校核。對于空氣換熱盤管，冷媒的進口溫度，應比空氣的出口干球溫度至少低3.5 ℃[3]，因此以乙二醇水溶液的進口溫度和換熱盤管空氣出口干球溫度的溫差大于3.5 ℃作為基準，校核換熱盤管的換熱能力。從圖3 可得，乙二醇新風預處理段Δt=ty-t3=6 ℃；乙二醇再熱段Δt=t2-tZ=8.5 ℃；排風機換熱盤管Δt=t1-te=4 ℃。以上溫差均大于3.5 ℃，因此換熱能力可以滿足要求。

最后，求出表冷器冷量QL=725 kW。由于乙二醇再熱段幾乎可以“免費”將送風溫度加熱至需要溫度，因此再熱負荷Qz基本為0。

（2）冬季：熱回收量同常規乙二醇熱回收系統，Qy′=242.4 kW；加熱器加熱量Qh=262.6 kW。

2.2 節能分析

通過計算得出3 種情況下各盤管冷熱量的消耗情況（表1、表2）。

表1 夏季各盤管冷熱量的消耗情況

表2 冬季各盤管冷熱量的消耗情況

3 結論

（1）由表1、表2 可知，夏季時采用常規的乙二醇熱回收系統有一定的熱回收效果，但是節能率比較低；而采用改進后的乙二醇熱回收系統，由于再熱負荷的大幅降低和新風預處理能力的增加，使得該系統的節能率大大增加。冬季由于新、排風間的溫差較大，熱回收量要高于夏季，節能率十分可觀。

（2）采用乙二醇熱回收系統能較好地應用于甲類廠房，解決了傳統熱回收系統新排風交叉污染的問題。通過對乙二醇熱回收系統的改進，可以進一步降低甲類廠房空調系統的能耗。