152 嚴(yán)寒地區(qū)某站房候車大廳新風(fēng)熱回收方案分析.doc

嚴(yán)寒地區(qū)某站房候車大廳新風(fēng)熱回收方案分析中南建筑設(shè)計(jì)院 李玲玲 張昕摘要：北方嚴(yán)寒地區(qū)，在新風(fēng)與室內(nèi)空氣焓值相差較大的情況，直接引入新風(fēng)會(huì)導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)能耗的大量增加。常見(jiàn)的空調(diào)系統(tǒng)出于節(jié)能考慮盡量限制室內(nèi)、外空氣的交換，因此，產(chǎn)生了節(jié)約能源和提高室內(nèi)空氣質(zhì)量的矛盾。利用熱回收技術(shù)充分利用排風(fēng)中的能量，可以降低新風(fēng)能耗，是解決上述矛盾的有效途徑。熱回收系統(tǒng)，即是回收建筑物內(nèi)外的余熱(冷)或廢熱(冷)，并把回收的熱(冷)量作為供熱(冷)或其它加熱設(shè)備的熱源而加以利用的系統(tǒng)。熱回收方式比較多，但歸納起來(lái)共兩大類，即全熱回收裝置、顯熱回收裝置。熱回收裝置的熱（冷）回收量與室內(nèi)外空氣狀態(tài)有關(guān)，本文以實(shí)際工程的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別采用顯熱交換器和全熱交換器，對(duì)空氣處理過(guò)程進(jìn)行分析，并與不采用熱回收裝置進(jìn)行節(jié)能性對(duì)比，得出嚴(yán)寒地區(qū)新風(fēng)熱回收的最佳形式。關(guān)鍵詞：熱回收 嚴(yán)寒地區(qū) 全熱 顯熱前言近年來(lái)隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，能源形勢(shì)日趨嚴(yán)峻，節(jié)能減排成為我國(guó)最重要的基本國(guó)策之一。在民用建筑中空調(diào)能耗占建筑總能耗的50以上，而在建筑物空調(diào)負(fù)荷中，新風(fēng)負(fù)荷占到四分之一以上，尤其在寒冷的北方地區(qū)，冬季時(shí)間長(zhǎng)，室內(nèi)外溫差大，新風(fēng)熱負(fù)荷所占總負(fù)荷的比例更高。同時(shí)現(xiàn)代社會(huì)人們90的時(shí)間是在室內(nèi)度過(guò)，室內(nèi)空氣品質(zhì)的好壞直接影響人類的身體健康，增加新風(fēng)量可以改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。因此，產(chǎn)生了節(jié)約能源和提高室內(nèi)空氣質(zhì)量的矛盾。近幾年國(guó)家也頒布了有關(guān)法規(guī)提倡在某些建筑中采用熱回收裝置。公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中明文規(guī)定：“建筑物內(nèi)設(shè)有集中排風(fēng)系統(tǒng)且符合下列條件之一時(shí)，宜設(shè)置排風(fēng)熱回收裝置；排風(fēng)熱回收裝置(全熱和顯熱)的額定熱回收效率不應(yīng)低于60：1)送風(fēng)量大于或等于3000m3h的直流式空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，且新風(fēng)與排風(fēng)的溫度差大于或等于8；2)設(shè)計(jì)新風(fēng)量大于或等于4000m3h的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，且新風(fēng)與排風(fēng)的溫度差大于或等于8；3)設(shè)有獨(dú)立新風(fēng)和排風(fēng)的系統(tǒng)。北方嚴(yán)寒地區(qū)，在新風(fēng)與室內(nèi)空氣焓值相差較大的情況，直接引入新風(fēng)會(huì)導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)能耗的大量增加。常見(jiàn)的空調(diào)系統(tǒng)出于節(jié)能考慮盡量限制室內(nèi)、外空氣的交換，因此，產(chǎn)生了節(jié)約能源和提高室內(nèi)空氣質(zhì)量的矛盾。利用熱回收技術(shù)充分利用排風(fēng)中的能量，可以降低新風(fēng)能耗，是解決上述矛盾的有效途徑。所謂熱回收系統(tǒng)，即是回收建筑物內(nèi)外的余熱(冷)或廢熱(冷)，并把回收的熱(冷)量作為供熱(冷)或其它加熱設(shè)備的熱源而加以利用的系統(tǒng)。熱回收方式比較多，但歸納起來(lái)共兩大類，即全熱回收裝置、顯熱回收裝置。全熱回收裝置既回收顯熱，又能回收潛熱，此類裝置有轉(zhuǎn)輪式換熱器、板翅式換熱器和熱泵式換熱器。顯熱回收裝置有中間熱媒式換熱器、板式顯熱換熱器和熱管式換熱器。熱回收裝置的熱（冷）回收量與室內(nèi)外空氣狀態(tài)有關(guān)，本文以實(shí)際工程的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別采用顯熱交換器和全熱交換器，對(duì)空氣處理過(guò)程進(jìn)行分析，并與不采用熱回收裝置進(jìn)行節(jié)能性對(duì)比，得出嚴(yán)寒地區(qū)新風(fēng)熱回收的最佳形式。1.工程簡(jiǎn)介以黑龍江省的某市火車站的候車大廳為例，候車大廳高15米，面積18000，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工參數(shù)以及照明設(shè)備負(fù)荷參照公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，該站房最高聚集人數(shù)4000人，人員新風(fēng)量按12.5m3/h.人計(jì)算。室外氣象參數(shù)如下：夏季空調(diào)室外計(jì)算干球溫度：31.1，夏季空調(diào)室外計(jì)算濕球溫度：23.9，夏季通風(fēng)室外計(jì)算相對(duì)濕度：63%；冬季采暖室外計(jì)算溫度：-25；冬季空調(diào)室外計(jì)算溫度：-29；冬季室外計(jì)算相對(duì)濕度：71%。室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)如下表1：表1 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)房間名稱溫度相對(duì)濕度夏季冬季夏季冬季候車區(qū)26186540 表2 室內(nèi)外參數(shù)對(duì)比夏季室外夏季室內(nèi)冬季室內(nèi)冬季室內(nèi)焓h（KJ/kg）含濕量d(g/kg)焓h（KJ/kg）含濕量d(g/kg)焓h（KJ/kg）含濕量d(g/kg)焓h（KJ/kg）含濕量d(g/kg)71.816.659.713.1-28.80.231.65.3該城市的建筑氣候分區(qū)屬于嚴(yán)寒地區(qū)A區(qū)，根據(jù)室內(nèi)外參數(shù)繪制-d圖，見(jiàn)圖1，可以看到夏季室內(nèi)外焓差較小, 為12.1 KJ/kg，而冬季室內(nèi)外焓差較大，為60.4KJ/kg，所以分析冬季的熱回收效果更有實(shí)際意義。 候車大廳冬季采用新風(fēng)系統(tǒng)+地板輻射采暖系統(tǒng)，新風(fēng)機(jī)組只承擔(dān)新風(fēng)熱負(fù)荷和室內(nèi)濕負(fù)荷，地板輻射采暖系統(tǒng)承擔(dān)室內(nèi)熱負(fù)荷，根據(jù)候車大廳對(duì)新風(fēng)的需求，選擇總風(fēng)量為50000m3/h的組合式新風(fēng)機(jī)組。 圖1 冬夏兩季室內(nèi)外參數(shù)焓濕圖 圖2 不做新風(fēng)熱回收的-d圖2新風(fēng)直接處理不采用熱回收，冬季直接引入室外新風(fēng)（狀態(tài)點(diǎn)0），加熱到狀態(tài)點(diǎn)5，再經(jīng)過(guò)濕膜加濕段（等焓加濕）處理到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)（狀態(tài)點(diǎn)6），處理過(guò)程的-d圖見(jiàn)圖2。根據(jù)顯熱平衡和濕平衡，可以確定送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)6，過(guò)程如下：顯熱平衡： 新風(fēng)量（m3/h）空氣定壓比熱容（取1.005kJ/(kg.K)）室內(nèi)顯熱負(fù)荷（kw）空氣密度 (1.2kg/m3)。由于新風(fēng)不承擔(dān)室內(nèi)熱負(fù)荷， ，排風(fēng)量等于新風(fēng)量，故送風(fēng)溫度=18,即可滿足顯熱平衡要求。室內(nèi)水分的質(zhì)平衡（濕平衡）：室內(nèi)濕負(fù)荷主要是人體散濕引起的，（kg/h）（參見(jiàn)（2）室內(nèi)濕負(fù)荷人體散濕量群集系數(shù) 計(jì)算時(shí)刻空調(diào)區(qū)內(nèi)的總?cè)藬?shù)一名成年男子小時(shí)散濕量（g/h）則送風(fēng)點(diǎn)的含濕量為（kg/h）送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)6的狀態(tài)參數(shù)為：，KJ/kg，kg/h。冬季不采用熱回收時(shí)，將新風(fēng)處理到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)6，處理過(guò)程的-d見(jiàn)圖2。新風(fēng)機(jī)組的加熱盤管的加熱量：=765(kw)新風(fēng)機(jī)組的濕膜加濕器的加濕量：（kg/h）即當(dāng)冬季不采用熱回收時(shí)，新風(fēng)機(jī)組的加熱量765kw，濕膜加濕量在186 kg/h。3.采用熱回收裝置采用顯熱或全熱回收對(duì)新風(fēng)進(jìn)行處理，在組合式新風(fēng)機(jī)組中增加顯熱回收裝置或全熱回收裝置，新風(fēng)處理過(guò)程如圖3所示，將室外新風(fēng)（狀態(tài)點(diǎn)0），與室內(nèi)回風(fēng)（狀態(tài)點(diǎn)3）進(jìn)行熱交換后，再通過(guò)加熱加濕過(guò)程，處理到室內(nèi)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)(6或6)，系統(tǒng)中排風(fēng)量等于新風(fēng)量。顯熱、潛熱交換效率是熱交換器最主要的參數(shù)之一，根據(jù)規(guī)范要求，換熱器效率不低于60%，計(jì)算公式如下：圖3 流程圖圖4 新風(fēng)預(yù)熱流程圖 (1) (2)式中：、 新風(fēng)進(jìn)換熱器時(shí)空氣干球溫度、焓、含濕量；、新風(fēng)出換熱器時(shí)空氣干球溫度、焓、含濕量；、 回風(fēng)進(jìn)換熱器時(shí)空氣干球溫度、焓、含濕量；、 回風(fēng)出換熱器時(shí)空氣干球溫度、焓、含濕量；、 顯熱、潛熱交換效率?；厥諢崃浚@熱）： (3)式中： 新風(fēng)量（m3/h）;空氣定壓比熱容（取1.005kJ/(kg.K)）。3.1.采用顯熱回收假定顯熱效率=60%，室外外參數(shù)見(jiàn)表一、表二。由公式（1），計(jì)算得出排風(fēng)溫度=-10.2由于顯熱交換器不吸濕，只進(jìn)行顯熱交換，故排風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的含濕量等于回風(fēng)5.3g/kg，此時(shí)排風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)溫度為-10.2，含濕量為5.3g/kg，由于室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)的露點(diǎn)溫度為4.2，為了防止熱交換器不結(jié)露或結(jié)霜，排風(fēng)溫度要大于4.2，必須對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱，此時(shí)假定排風(fēng)溫度=4.2，含濕量為5.3g/kg，根據(jù)：則預(yù)熱后的新風(fēng)=-5，即為了保證熱回收器不結(jié)霜，必須將新風(fēng)最低預(yù)熱至-5，新風(fēng)處理過(guò)程見(jiàn)下圖5，則新風(fēng)顯熱回收機(jī)組預(yù)熱段加熱量為：（kw）流程圖如圖4所示，此時(shí)由公式（1）得到：8.8顯熱交換段回收熱量：=188(kw) 圖5 顯熱回收-d圖 圖6 全熱回收-d圖則整個(gè)過(guò)程中，新風(fēng)熱回收機(jī)組的加熱量等于不采用熱回收裝置的加熱量減去回收的熱量： (kw)2-5的機(jī)組再熱盤管加熱量為：(kw)由于顯熱交換器不吸濕，只進(jìn)行顯熱交換，所以濕膜加濕段加濕量不變，為185 kg/h。3.2 采用全熱回收 全熱回收過(guò)程包含了熱和質(zhì)的交換，回收顯熱的同時(shí)，又吸收了回風(fēng)中的潛熱，新風(fēng)處理流程如圖3所示，假定顯熱回收效率和潛熱回收效率為60%，由公式（1）（2）可得：，此時(shí)排風(fēng)溫度=-10.2，此時(shí)排風(fēng)的含濕量=2.24(g/kg)此時(shí)排風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)處于100%相對(duì)濕度線之下，實(shí)際狀態(tài)中不存在這樣的狀態(tài)點(diǎn)，即顯熱回收效率和潛熱回收效率不可能同時(shí)滿足60%，在滿足潛熱回收效率60%的前提下，將含濕量為2.24g/kg與95%的相對(duì)濕度線相交，此時(shí)狀態(tài)點(diǎn)的干球溫度-5.4，露點(diǎn)溫度為-6，即當(dāng)排風(fēng)溫度-5.4時(shí)，熱回收器就會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，嚴(yán)重的可能發(fā)生霜堵現(xiàn)象，為了防止機(jī)組結(jié)露，必須對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱，設(shè)定最低排風(fēng)溫度為-5.4。此時(shí)，為了防止排風(fēng)結(jié)露，滿足顯熱效率大于60%，故必須對(duì)新風(fēng)做預(yù)熱處理。滿足，則預(yù)熱后的新風(fēng)=-21，=0.2g/kg=2.86(g/kg)新風(fēng)處理過(guò)程-d圖見(jiàn)圖6，為新風(fēng)預(yù)熱階段，為新風(fēng)全熱交換過(guò)程，為再熱過(guò)程，為等焓加濕過(guò)程，預(yù)熱盤管加熱量：(kw)則再熱過(guò)程中的機(jī)組加熱量為：（kw）則整個(gè)過(guò)程中，機(jī)組的總加熱量為：112+232=344（kw）全熱交換過(guò)程回收的顯熱量：（kw）全熱交換過(guò)程中的增濕量：=160kg/h此時(shí)的濕膜加濕量應(yīng)該扣除全熱交換過(guò)程中的增濕量，(kg/h)即 =186-160=26kg/h4.節(jié)能性分析 表3 系統(tǒng)能耗對(duì)比無(wú)熱回收顯熱回收全熱回收顯熱加熱量（Kw）765577344回收熱量（Kw）/188327加濕量（kg/h）18618626由數(shù)據(jù)分析可以得出，采用顯熱回收器回收約25%的熱量，采用全熱回收器可以回收327kw, 約42.7%的熱量，故全熱交換器節(jié)能效果更加顯著，實(shí)際工程中，顯熱或潛熱回收的效率一般高于60%，故節(jié)能效果還有提升的空間。 通過(guò)實(shí)際工程數(shù)據(jù)的分析得出，在嚴(yán)寒地區(qū)，空調(diào)系統(tǒng)采用熱回收技術(shù)，理論上全熱回收裝置相比顯熱回收而言，能夠節(jié)省更多的能耗。但是全熱交換器中新風(fēng)排風(fēng)之間有少量的混合流動(dòng)，造成新風(fēng)的交叉污染，不宜應(yīng)用于排風(fēng)有污染的場(chǎng)所。選擇熱回收裝置時(shí)，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件、經(jīng)濟(jì)狀況、工程的實(shí)際狀況、排風(fēng)中有害氣體的情況等多種因素，綜合考慮，進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析比較，以確定選用合適的熱回收裝置，從而達(dá)到花較少的投資，