上海地区空调余热回收利用分析

上海地区空调余热回收利用分析

0空调系统余热回收的现状及环境分析建筑能耗是全国总能耗的重要组成部分。在一些欧洲和美国国家，建筑物的总能耗约占全国总能耗的30%。建筑耗能中,建筑物采暖、通风和空调的能耗约占全国总能耗的19.5%,而在空调负荷中,新风负荷则占相当大的比例,在国外,新风负荷一般占建筑空调总负荷的20%～30%。因此,空调系统节能空调是建筑节能的重要部分。在空调节能中,目前被忽视的部分是被空调系统排走的冷(热)量未被回收。因此空调排风的余热回收对于空调节能有很重要的意义。从焓湿图中可以分析出,空调排风中可供回收的热(冷)量中潜热占很大的部分,特别是在夏季室外空气潮湿的地区,如上海地区,室外空气的潜热量要明显大于显热量。因此空调系统采用全热回收装置有较大的节能潜力。1各工况负荷的计算和计算全热回收装置的热(冷)量回收量与室内外空气状态有关。这里以上海通用汽车公司车身车间为研究对象,以上海地区气候条件为基础,分析新风全热回收装置的节能情况。车身车间,空调方式为集中式空调系统。空调机房置于车间屋顶坡屋内,设置六台双风机组合式空调箱,单台机组送风量为55000m3/h。空气经冷却加热后由风管送至车间。空调季节新风量为25%,过渡季节为全新风。夏季室外计算参数为干球温度t=34℃,湿球温度tw=28.2℃。室内设计温度比室外低5℃。根据现场实际测量,空调实际回风温度约为22～24℃,相对湿度55%。由于采用密闭式厂房,忽略门缝渗风和卫生间排风,系统排风量与新风量相当。假设空气比热容是定值,则:t2=t1-(t1-t3)·ηt(1)i2=i1-(i1-i3)·ηi(2)式中t1、i1——室外空气干球温度、空气焓;t2、i2——热回收处理后空气干球温度、空气焓;t3、i3——室内空气干球温度、空气焓;ηt、ηi——显热、全热交换效率。因此全热回收热量为Qki=Gρ(i2-i1)(3)式中Qki——全热回收的回收热量;G——新风量;ρ——空气密度(1.2kg/m3)。显热回收热量为Qkt=GCp(t2-t1)(4)式中Cp——空气定压比热容。对于上海地区来说,各个温度全年出现的时间不同,因此需要计算各个不同温度下的负荷,然后累加获得全年空调负荷。这里采用温度频率法进行计算。所谓温度频率法,是把空调运行期间各整点时的室外空气温度按1℃的间隔统计出小时数,并算出期间温度频率值fx%,而后根据某物理模型的负荷与相应气象参数之间的关系即可算出期间负荷值。对于由室内外温差引起的负荷,当室内温度设定在tn℃值时,可以写出在任意室外温度twx的通用计算式,即Qx=q(tn-twx)(5)式中Qx——在任意室外温度twx时的负荷;q——室内外温差1℃时的负荷。如果知道在运行期内出现某室外温度twx的累计小时数Nx,那么运行期间的总负荷就可以通过下式计算出来:Q=Σx=1mQxNx=qΣx=1m(tn−twx)Nx(6)Q=Σx=1mQxΝx=qΣx=1m(tn-twx)Νx(6)式中Q——运行期间的负荷总累计值;m——在twx变化范围内,每升高1℃间隔的分组数;Nk——运行期内出现某室外温度twx的累计小时数。根据式(6),若采用全热回收,则新风负荷为Ql=Σk=1mQkiNk(7)Ql=Σk=1mQkiΝk(7)采用显热回收,则新风负荷为Ql=Σk=1mQktNk(8)Ql=Σk=1mQktΝk(8)不采用热回收,则新风负荷为Q=Σk=1mGρ(i1−i3)Nk(9)Q=Σk=1mGρ(i1-i3)Νk(9)根据文献表9.2和表9.3以及松下FY-01KZDY2AN全热交换器(全热交换效率65%,显热交换效率75%,功率365W,处理空气量1000m3/h)提供的数据,若考虑热回收设备的能量消耗,则各工况下新风负荷如表1所示。以上海现行工业用电价格0.691元/kWh,标准煤发热量1kg=17580kJ,价格230元/t计算,夏季采用全热热回收设备可节约运行费用约192万元,冬季可节约运行费用约26万元。由此可见,采用全热回收装置可以节约大量能源,提高能源利用率,同时带来巨大的经济效益。2回收热冷量类型热(冷)量回收装置种类较多,热交换器是余热回收使用最多的设备之一,按工作原理不同可分为:间壁式、直接接触式、蓄热式、中间载热体(热媒)式和热管式等;若按照回收热(冷)量类型分,归纳起来主要有两类,即全热回收装置和显热回收装置。全热回收装置既回收显热,同时也回收潜热,主要有转轮式换热器、板翅式换热器、热泵式换热器等;显热回收装置主要有中间热媒式换热器、板式显热换热器、热管式换热器等。2.1全热回收装置(1)旋转中心转轮换热器(图1)是在旋转过程中让排风与新风以相逆方向流过转轮(蓄热体)而各自释放和吸收能量的。(2)板翅式换热器的简介板翅式全热回收器,其主要内部结构是一个板翅式换热器,但它与一般的板翅式换热器不同,主要是换热器的隔板和板翅一般为一种特殊材料的纸。这种特殊材料的薄纸,具有良好的传热和透湿性,但不透气。当进气和排气的两侧存在温差和水蒸气压力差时就会产生热湿交换,从而实现全热回收。(3)热梨花热泵式换热器能回收大量余热,热效率高,但是需要配备压缩机、冷凝器、蒸发器等一系列设备,自身消耗能量,设备初投资较高。2.2重复器的显示(1)中间热媒式中间热媒式换热器是在排风和新风管上分别装置水-空气换热器,通过中间热媒,将热量传递给新风。中间热媒通常为水。(2)运行安全、可靠板式换热器有着良好的传热性能,结构紧凑,运行安全、可靠,无需动力设备,无温差损失,经济性好。但是体积较大,需占用较大的建筑空间,且缺乏灵活性。(3)热传递传热元件热管换热器是一种借助工质(如氨、氟里昂-11、氟里昂-113、丙酮、甲醇等)的相变进行热传递的换热元件。利用热管进行空调热回收时,在排风和新风管上装置热管换热器,通过工质的相变将热量传递给新风。3热回收方案的分析3.1回收装置性能分析热(冷)量回收系统的选择要考虑到以下几个方面:(1)系统规模要适中。热(冷)量回收装置的尺寸要合理,便于设备、管道的安装布置。(2)系统具有较高的运行可靠性。(3)较高的自动化程度以方便运行管理。(4)设备初投资及运行费用。3.2案例分析本文以转轮式和中间热媒式热回收设备为例,分析热回收方案的合理性和经济性。(1)热媒式的效率转轮式热回收设备新风处理量大,特别适用于大型新风系统中,而且可以实现全热回收,效率能达到70%～80%。中间热媒式由于水—空气换热效率较低,用管道输送热媒时有温升,且只能回收显热,所以其热效率只有40%～50%。以新风量10000m3/h,新风参数干球温度35℃,湿球温度28℃,排风干球温度27℃,湿球温度19.5℃为例,采用转轮式热回收设备可以节约能耗39.3kW,而采用中间热媒式热回收设备只能节约能耗约10.1kW。(2)中间热媒式热回收设备转轮式热回收设备的主要缺点是设备体积较大,以亚都YX10-J型新风换气机为例,处理新风量10000m3/h,其外形尺寸为3.5m×2.1m×1.8m。由于热回收装置一般放置于设备层或建筑物顶层,设备本身尺寸较大,占用较多建筑物空间。另外转轮式热回收设备接管位置固定,配管灵活性也较差。中间热媒式热回收设备包括表面式换热器、水泵和热媒输送管路(如图2)。由于供热侧与得热侧之间通过管道连接,因此对距离没有限制,布置方便灵活,占用建筑物空间较小。(3)过关转速控制转轮式换热器的转轮中间有清洗扇,本身对转轮有自净作用,通过对转速控制,能适应不同的室内外空气参数,运行维护方便。中间热媒式热回收设备系统结构简单,但由于表面式冷却器表面容易积聚灰尘等污垢,降低传热效率,需要定期对其进行清洗。(4)合理的失控装置在设置热回收装置的空调系统里,为了有效地回收热(冷)量,提高系统效率,需要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。转轮式热回收装置可以通过控制转轮转速改变其工作状态,而中间热媒式热