商业综合体排风热回收在空调系统中的应用资料整理

商业综合体排风热回收在空调系统中的应用摘要：阐述了排风热回收系统的重要意义，介绍了不同类型的热回收设备，通过具体工程实例的分析来说明排风热回收的经济性，并且比较了各种热回收设备的经济效益和社会效益。1前言目前空调耗能已经达到建筑能耗的60％以上，空调系统所消耗的能源总量已超过我国一次能源总量的20％[1]。随着经济的发展，空调能耗必将对我国的能源消耗造成长期的、巨大的影响。为保证能源的可持续发展，空调节能起着十分重大的意义。目前，万达商业综合体已发展到第三代，无论从体量和业态来看都是以前没有经历过的，每家主力店业态都在近万平米经营面积。这样大的规模带来的是空调能耗的大幅增加，各系统的排风量也很大。如何利用好这些排掉的能量为万达第三代商业综合体创造更好的经济效益和社会效益就成为本文讨论的重点。2排风热回收的重要意义所谓热回收系统既是回收建筑物内外的余热(冷)或废热(冷)并把回收的热(冷)量作为供热(冷)或其他加热设备的热源而加以利用的系统。据调查，空调工程中处理新风的能耗大致要占到总能耗的25％～30％，对于高级宾馆和办公建筑可高达40％[2]。可见，空调处理新风所消耗的能量是十分可观的。而空调房间排风中所含的能量更是相当可观，若加以回收利用可以取得很好的节能效益和环境效益，尤其是冬季采用，效益更为明显。但在实际工程中，业主及业内人士往往单纯地从经济效益方面来权衡热回收装置的设置与否，而忽略了热回收装置带来的节能效益和环境效益。为了真正意义的节能，我国在2005年4月发布的《公共建筑节能设计标准》中，明确提出了设计在技术经济分析合理时应优先考虑采用排风能量的热回收，并强制规定了一些必须采用热回收装置的系统。3各种热回收设备常见的热回收设备有转轮式和板翅式全热换热器以及热管式和中间冷媒式显热换热器。所谓全热换热器是用具有吸湿作用的材料制作的，它既能传热又能传湿，可同时回收显热和潜热。显热换热器用没有含吸湿作用的材料制作，只有传热，没有传湿能力，只能回收显热。3.1全热回收装置3.1.1转轮换热器转轮式换热器是通过排风与新风交替逆向流过转轮来传递热量的。转轮中的转芯是用喷涂氯化锂溶液的铝箔或浸渍过氯化锂溶液的特殊纸张或合成纤维制作而成的。排风由转轮一侧的入口吸入，将所含的部分冷量（或热量）传递给转轮；而新风从的另一侧吸入，转轮以15～20r/min的速度旋转，将积蓄在转轮上的冷量（或热量）传递给新风。转轮中间有清洗扇,本身对转轮有自净作用,对转速控制,能适应不同的室外空气参数,而且能使效率达到70%～80%以上[3]。但是转轮式换热器是两种介质交替转换,不能完全避免交叉污染,因此流过的气体必须是无害物质,另外设备装置较大,占有较多面积和空间,接管固定,带传动设备,消耗一定的动能。3.1.2板翅式全热换热器板翅式全热换热器的原理与一般的板翅式换热器原理一样，不同之处在于全热型的采用了经特殊加工的纸张作为基材，并对其表面进行特殊处理后制成单元体粘结在隔板上。当隔板两侧的气流之间存在温度差和水蒸气分压力差时，两股气流之间将产生传热和传湿过程，从而进行全热交换。板翅式换热器结构简单，运行安全、可靠，无传动设备，不消耗动力，无温差损失，设备费用较低。但是设备体积大，须占用较大建筑空间，接管位置固定，缺乏灵活性，传热效率较低。3.2显热回收装置3.2.1热管换热器热管是利用某种工作流体在管内产生相态变化和吸液芯多孔材料的毛细作用而进行热量传递的一种传热元件。热管一端为蒸发端，另一端为冷凝端，热管一端受热时，液体迅速蒸发，蒸汽在微小压力差作用下流向另一端，并且快速释放热量，而后重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细作用流回蒸发端。如是循环，热量可以源源不断的传递。热管式换热器，无需动力消耗，借助另一介质的相变来传递热量传递效率较低。3.2.2中间冷媒换热器在新风和排风侧，分别使用一个气液换热器，排风侧的空气流过时，对系统中的液体进行加热或冷却；而在新风侧被加热或冷却的冷媒再将热量或冷量传递给进入的新风，液体在泵的作用下不断地循环。新风与排风不会产生交叉污染,供热侧与得热侧之间通过管道连接,管道可以延长,布置灵活方便,但是须配备循环泵,存在动力消耗,通过中间液体输送,温差损失大,换热效率较低,一般在40％～50％之间。图1板翅式空调机组原理图4热回收系统设计实例4.1项目概况与空调设计方案以北京某11层的商贸大厦实际空调设计为例，进行热回收讨论与分析，并以冬季空调工况来分析安装热回收设备的节能情况。该工程主要是集商场、餐饮及娱乐为一体的多功能大厦；总建筑面积达142847.46㎡，地上十一层，地下两层。空调采用全空气系统，以水源热泵水蓄能作为冷热源（辅以电锅炉蓄热升温）。冬季室外设计参数：室外干球温度tw=12℃，相对湿度φ=45%，焓值i=-11KJ/Kg；室内设计参数：干球温度℃，相对湿度，焓值；冬季总热负荷为8650kw，总送风量为2，000，000kg/s，新风比为20％，总新风量为134.8kg/s。本工程采用板翅式空调机组（见图1），通过回收排风的热量对新风进行预热。现以冬季空调为例进行分析：板翅式热回收器的效率为60％，则经热回收器后的送风温度可根据以下公式确定[4]：其中，求得：℃新风负荷计算公式：采用热回收的情况，新风负荷；若不采用热回收的情况，新风负荷；则显热回收量为：。空气处理焓湿图如图2所示：从焓湿图可以看出，室外新风经过与排风的换热，从状态点W吸收显热量升温到W′，再与室内回风N混合到C′，经处理后达到送风状态点O，而后送入室内。若不经过热回收，则新风与回风的混合点将落在C点，所以由于对排风的合理热回收，使我们节省了的热量（大厦主体功能为商场与餐饮，空调机组内无加湿装置）。图2冬季空气处理过程焓湿图4.2节能情况分析本工程以热泵作为冷热源，总风量为2,000,000m3/h，选用风量为40000m3/h板翅式热回收型空调机组51台，现把冬季回收的热量折算成热泵运行时消耗的电量，总新风量为400000m3/h，节约新风负荷2614kw，节省电力（按COP=2.5计算）：1045.6kw；北京市平均电价为0.72元/kw·h，则每小时节省753元；按冬季每天8小时，共120天计算：共节省运行费用772，719元；依以上算法计算，夏季（按每天8小时，共120天计算）可节省运行费用161，741元，则全年可节省费用884，460元；一台40000m3/h的板翅式热回收型空调机组较同种规格的常规空调机组增加投资40，000元，则该项目所增加的初投资为：2，040，000元；通过计算得回收年限为：2.31年。由此可见，排风的能量回收不仅可以节省能耗，在经济效益和社会效益上也是很可观的。5各种热回收器节能经济性比较当采用不同形式的热回收器时，经济分析如下表：表一热回收设备类型 初投资（元/年） 机组效率（％） 风机运转电费（元/年） 年维护费用（元/年） 年节省费用（元/年） 回收年限（年）板翅式 2，040，000 60 0 0 884，460 2.31转轮式 3，315，000 70 120，000 8，000 1，370，106 2.51热管式 2，142，000 65 0 0 952，381 2.25从节能方面来考虑，转轮式热回收器效率最高，且为全热回收，对夏季湿负荷大的地区效果更明显，但因体积大，初投资高，运行维护费用较多，回收年限长等缺点，所以显得不十分经济。从节能和经济两方面综合考虑，热管的初投资、运行和维护费用及回收年限等因素都较为合理，但据市场反馈的信息得知热管的使用寿命短，一般为十年左右，远不及其他类型。板翅式热回收器是工程上较为常用的类型，而且由于技术比较成熟，价格低廉而深受广大消费者的青睐。从卫生角度来考虑，在中国经历了非典的恐惧后，人们对空气品质的要求越来越严格，虽然全热回收更有利于节能，但交叉污染，空气质量很难保证，这也是影响全热热回收器发展的重要障碍。以上三种中，除转轮式为全热交换，其他均有显热交换。均可保证卫生要求。从结构上看，热管式和板翅式的结构紧凑，接管灵活且体积小；而转轮式体积庞大,需占较大的空间，不利于安装。中间冷媒式热回收设备因为效率低（低于50％）且消耗动力能源比较大在实际工程中应用的比较少，这里不做分析。6万达综合体项目投资与节能分析万达城市综合体中，万达物业管理的商业面积约8~10万m2，冷指标平均按180~200w/m2计，总冷量约4860冷吨，按照1100冷吨3台离心机+1台460（450RT）冷吨螺杆机匹配，既能满足夜间负荷不足开启螺杆机，又能避免离心机喘振的管理需求。下面就针对万达物业管理部分的制冷站按加变频器（方案一）和不加变频器（方案二）2种方案进行投资与运行费用对比。7投资回收期分析1100TR离心式冷水机组的变频调速驱动装置2008年招标价格为28万元，则收回期限为：28万/（31.5万/5）=4.4个月，即1100冷吨装机容量的机组，空调投入使用4.4个月后，可收回变频驱动装置的投资，对于不同型号的机组，投资回收期可能会不同，两个制冷季均可回收投资。对于万达城市综合体而言，这样一个体量和规模大约要使用三到四台冷水机组，利用变频技术所实现的节能减排和经济效益都是十分明显的。8排风热回收系统设计需要注意的问题虽然排风热回收具有很多优点，但由于空调设计中不仅要考虑人员最小新风量，还要考虑室内正压等许多具体问题，我们也要看到它在应用中的局限性，经过技术分析，满足排风热回收系统设置有两个必要条件：1）、向室内补充的新风量大于所要保持的室内正压值，即存在有组织的排风；2）、房间应有可供回收的热量，没有热量付出就谈不上能量回收。进一步可以说，当房间有可供回收的热量且有携带这些热量的有组织排风才是设计排风热回收系统的必要条件，而新风量和总风量的大小不能作为判定条件。同时，在设计时还要注意以下问题：8.1设置旁通在过渡季节，最节能的方法是使用新风，因此在配置换热器时应设置旁通管，使新风能不经过回收装置而直接进入室内。但设置旁通管会使系统接管相对复杂和困难，尤其是在机房空间有限的情况下。8.2新风、排风口布置满足卫生要求为了使新风和排风汇集到换热装置上，新风口和排风口位置往往很接近，在实际工程设计中，设计者应注意新风口的布置，既要满足卫生要求又要符合规范的规定。热回收系统必要条件是新风与排风集合到一处，这就要求设计时对系统划分，风道布置，送回风机，热回收装置的设备等统筹考虑，使系统趋于合理。8.3热回收设备尺寸问题热回收设备本身尺寸比较大，仅就处理15000m3/h风量的热回收装置及风道占用建筑尺寸就在5.1×6.8m左右，很显然配置热回收装置有很大困难，所以选择新风量标准应按建筑规模等级，遵循国家标准选取最小新风量。对于大负荷的热回收系统，当风量超过15000m3/h时，应组成若干个小系统，有利于设备、风道布置。8.4设置空气过滤器为使设备在高效率工况下运行，进入装置新风和排风应设空气过滤器。对于北方寒冷地带冬季不能直接选用热回收装置，应对冷空气进行预热-5℃以上，设置温度自控装置。新风与排风管道在与装置相连接处设旁通风道，以保证装置非正常运行状态时空调系统能正常使用。8.5防止转轮换热器交叉污染转轮式换热器缺点就是存在交叉污染，为发挥扇形器自净作用，应当使系统新风压入，排风吸出，保证新风压力大于排风压力，压差控制在200Pa左右，这样可以提高空气品质，达到系统最大限度的清洁性。8.6设计和配置自控装置在设置热回收装置的空调系统里，要想得到有效的热量回收，宜设计和配备必要的自控装置，以确保回收系统在合理的状态下工作。8.7因地制宜选择全热或显热交换方式为降低空调能耗而采用排风热回收装置时，不同气候地区的选择原则亦不相同，这是由于新风中显热和潜热能耗的比例构成不同所致。因此，需要因地制宜进行选择。一般来说，在南方夏热冬冷地区，夏季潜热负荷所占的比例很高，使用空气全热交换器时，对排风能量的回收效果远好于显热交换器，而冬季尽管潜热能耗不大，使用全热交换器的热回收效率较夏季稍差，但仍有明显效果。因此，就全年使用情况而言，这类地区应选用全热交换器；在北方严寒地区，与显热交换器相比，显热负荷所占的比重较大，全热交换器的节能优势不大，两种排风热回收装置的热回收效率并无明显差异，故在这类城市，选择显热交换器即可满足需要。9小结经过上述的分析和对比，使我们充分认