商業(yè)綜合體排風(fēng)熱回收在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用資料整理

商業(yè)綜合體排風(fēng)熱回收在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要：闡述了排風(fēng)熱回收系統(tǒng)的重要意義，介紹了不同類型的熱回收設(shè)備，通過(guò)具體工程實(shí)例的分析來(lái)說(shuō)明排風(fēng)熱回收的經(jīng)濟(jì)性，并且比較了各種熱回收設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1前言目前空調(diào)耗能已經(jīng)達(dá)到建筑能耗的60％以上，空調(diào)系統(tǒng)所消耗的能源總量已超過(guò)我國(guó)一次能源總量的20％[1]。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，空調(diào)能耗必將對(duì)我國(guó)的能源消耗造成長(zhǎng)期的、巨大的影響。為保證能源的可持續(xù)發(fā)展，空調(diào)節(jié)能起著十分重大的意義。目前，萬(wàn)達(dá)商業(yè)綜合體已發(fā)展到第三代，無(wú)論從體量和業(yè)態(tài)來(lái)看都是以前沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)的，每家主力店業(yè)態(tài)都在近萬(wàn)平米經(jīng)營(yíng)面積。這樣大的規(guī)模帶來(lái)的是空調(diào)能耗的大幅增加，各系統(tǒng)的排風(fēng)量也很大。如何利用好這些排掉的能量為萬(wàn)達(dá)第三代商業(yè)綜合體創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益就成為本文討論的重點(diǎn)。2排風(fēng)熱回收的重要意義所謂熱回收系統(tǒng)既是回收建筑物內(nèi)外的余熱(冷)或廢熱(冷)并把回收的熱(冷)量作為供熱(冷)或其他加熱設(shè)備的熱源而加以利用的系統(tǒng)。據(jù)調(diào)查，空調(diào)工程中處理新風(fēng)的能耗大致要占到總能耗的25％～30％，對(duì)于高級(jí)賓館和辦公建筑可高達(dá)40％[2]?？梢?jiàn)，空調(diào)處理新風(fēng)所消耗的能量是十分可觀的。而空調(diào)房間排風(fēng)中所含的能量更是相當(dāng)可觀，若加以回收利用可以取得很好的節(jié)能效益和環(huán)境效益，尤其是冬季采用，效益更為明顯。但在實(shí)際工程中，業(yè)主及業(yè)內(nèi)人士往往單純地從經(jīng)濟(jì)效益方面來(lái)權(quán)衡熱回收裝置的設(shè)置與否，而忽略了熱回收裝置帶來(lái)的節(jié)能效益和環(huán)境效益。為了真正意義的節(jié)能，我國(guó)在2005年4月發(fā)布的《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中，明確提出了設(shè)計(jì)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析合理時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮采用排風(fēng)能量的熱回收，并強(qiáng)制規(guī)定了一些必須采用熱回收裝置的系統(tǒng)。3各種熱回收設(shè)備常見(jiàn)的熱回收設(shè)備有轉(zhuǎn)輪式和板翅式全熱換熱器以及熱管式和中間冷媒式顯熱換熱器。所謂全熱換熱器是用具有吸濕作用的材料制作的，它既能傳熱又能傳濕，可同時(shí)回收顯熱和潛熱。顯熱換熱器用沒(méi)有含吸濕作用的材料制作，只有傳熱，沒(méi)有傳濕能力，只能回收顯熱。3.1全熱回收裝置3.1.1轉(zhuǎn)輪換熱器轉(zhuǎn)輪式換熱器是通過(guò)排風(fēng)與新風(fēng)交替逆向流過(guò)轉(zhuǎn)輪來(lái)傳遞熱量的。轉(zhuǎn)輪中的轉(zhuǎn)芯是用噴涂氯化鋰溶液的鋁箔或浸漬過(guò)氯化鋰溶液的特殊紙張或合成纖維制作而成的。排風(fēng)由轉(zhuǎn)輪一側(cè)的入口吸入，將所含的部分冷量（或熱量）傳遞給轉(zhuǎn)輪；而新風(fēng)從的另一側(cè)吸入，轉(zhuǎn)輪以15～20r/min的速度旋轉(zhuǎn)，將積蓄在轉(zhuǎn)輪上的冷量（或熱量）傳遞給新風(fēng)。轉(zhuǎn)輪中間有清洗扇,本身對(duì)轉(zhuǎn)輪有自凈作用,對(duì)轉(zhuǎn)速控制,能適應(yīng)不同的室外空氣參數(shù),而且能使效率達(dá)到70%～80%以上[3]。但是轉(zhuǎn)輪式換熱器是兩種介質(zhì)交替轉(zhuǎn)換,不能完全避免交叉污染,因此流過(guò)的氣體必須是無(wú)害物質(zhì),另外設(shè)備裝置較大,占有較多面積和空間,接管固定,帶傳動(dòng)設(shè)備,消耗一定的動(dòng)能。3.1.2板翅式全熱換熱器板翅式全熱換熱器的原理與一般的板翅式換熱器原理一樣，不同之處在于全熱型的采用了經(jīng)特殊加工的紙張作為基材，并對(duì)其表面進(jìn)行特殊處理后制成單元體粘結(jié)在隔板上。當(dāng)隔板兩側(cè)的氣流之間存在溫度差和水蒸氣分壓力差時(shí)，兩股氣流之間將產(chǎn)生傳熱和傳濕過(guò)程，從而進(jìn)行全熱交換。板翅式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行安全、可靠，無(wú)傳動(dòng)設(shè)備，不消耗動(dòng)力，無(wú)溫差損失，設(shè)備費(fèi)用較低。但是設(shè)備體積大，須占用較大建筑空間，接管位置固定，缺乏靈活性，傳熱效率較低。3.2顯熱回收裝置3.2.1熱管換熱器熱管是利用某種工作流體在管內(nèi)產(chǎn)生相態(tài)變化和吸液芯多孔材料的毛細(xì)作用而進(jìn)行熱量傳遞的一種傳熱元件。熱管一端為蒸發(fā)端，另一端為冷凝端，熱管一端受熱時(shí)，液體迅速蒸發(fā)，蒸汽在微小壓力差作用下流向另一端，并且快速釋放熱量，而后重新凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛細(xì)作用流回蒸發(fā)端。如是循環(huán)，熱量可以源源不斷的傳遞。熱管式換熱器，無(wú)需動(dòng)力消耗，借助另一介質(zhì)的相變來(lái)傳遞熱量傳遞效率較低。3.2.2中間冷媒換熱器在新風(fēng)和排風(fēng)側(cè)，分別使用一個(gè)氣液換熱器，排風(fēng)側(cè)的空氣流過(guò)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)中的液體進(jìn)行加熱或冷卻；而在新風(fēng)側(cè)被加熱或冷卻的冷媒再將熱量或冷量傳遞給進(jìn)入的新風(fēng)，液體在泵的作用下不斷地循環(huán)。新風(fēng)與排風(fēng)不會(huì)產(chǎn)生交叉污染,供熱側(cè)與得熱側(cè)之間通過(guò)管道連接,管道可以延長(zhǎng),布置靈活方便,但是須配備循環(huán)泵,存在動(dòng)力消耗,通過(guò)中間液體輸送,溫差損失大,換熱效率較低,一般在40％～50％之間。圖1板翅式空調(diào)機(jī)組原理圖4熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例4.1項(xiàng)目概況與空調(diào)設(shè)計(jì)方案以北京某11層的商貿(mào)大廈實(shí)際空調(diào)設(shè)計(jì)為例，進(jìn)行熱回收討論與分析，并以冬季空調(diào)工況來(lái)分析安裝熱回收設(shè)備的節(jié)能情況。該工程主要是集商場(chǎng)、餐飲及娛樂(lè)為一體的多功能大廈；總建筑面積達(dá)142847.46㎡，地上十一層，地下兩層。空調(diào)采用全空氣系統(tǒng)，以水源熱泵水蓄能作為冷熱源（輔以電鍋爐蓄熱升溫）。冬季室外設(shè)計(jì)參數(shù)：室外干球溫度tw=12℃，相對(duì)濕度φ=45%，焓值i=-11KJ/Kg；室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)：干球溫度℃，相對(duì)濕度，焓值；冬季總熱負(fù)荷為8650kw，總送風(fēng)量為2，000，000kg/s，新風(fēng)比為20％，總新風(fēng)量為134.8kg/s。本工程采用板翅式空調(diào)機(jī)組（見(jiàn)圖1），通過(guò)回收排風(fēng)的熱量對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱?，F(xiàn)以冬季空調(diào)為例進(jìn)行分析：板翅式熱回收器的效率為60％，則經(jīng)熱回收器后的送風(fēng)溫度可根據(jù)以下公式確定[4]：其中，求得：℃新風(fēng)負(fù)荷計(jì)算公式：采用熱回收的情況，新風(fēng)負(fù)荷；若不采用熱回收的情況，新風(fēng)負(fù)荷；則顯熱回收量為：?？諝馓幚盱蕽駡D如圖2所示：從焓濕圖可以看出，室外新風(fēng)經(jīng)過(guò)與排風(fēng)的換熱，從狀態(tài)點(diǎn)W吸收顯熱量升溫到W′，再與室內(nèi)回風(fēng)N混合到C′，經(jīng)處理后達(dá)到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O，而后送入室內(nèi)。若不經(jīng)過(guò)熱回收，則新風(fēng)與回風(fēng)的混合點(diǎn)將落在C點(diǎn)，所以由于對(duì)排風(fēng)的合理熱回收，使我們節(jié)省了的熱量（大廈主體功能為商場(chǎng)與餐飲，空調(diào)機(jī)組內(nèi)無(wú)加濕裝置）。圖2冬季空氣處理過(guò)程焓濕圖4.2節(jié)能情況分析本工程以熱泵作為冷熱源，總風(fēng)量為2,000,000m3/h，選用風(fēng)量為40000m3/h板翅式熱回收型空調(diào)機(jī)組51臺(tái)，現(xiàn)把冬季回收的熱量折算成熱泵運(yùn)行時(shí)消耗的電量，總新風(fēng)量為400000m3/h，節(jié)約新風(fēng)負(fù)荷2614kw，節(jié)省電力（按COP=2.5計(jì)算）：1045.6kw；北京市平均電價(jià)為0.72元/kw·h，則每小時(shí)節(jié)省753元；按冬季每天8小時(shí)，共120天計(jì)算：共節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用772，719元；依以上算法計(jì)算，夏季（按每天8小時(shí)，共120天計(jì)算）可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用161，741元，則全年可節(jié)省費(fèi)用884，460元；一臺(tái)40000m3/h的板翅式熱回收型空調(diào)機(jī)組較同種規(guī)格的常規(guī)空調(diào)機(jī)組增加投資40，000元，則該項(xiàng)目所增加的初投資為：2，040，000元；通過(guò)計(jì)算得回收年限為：2.31年。由此可見(jiàn)，排風(fēng)的能量回收不僅可以節(jié)省能耗，在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益上也是很可觀的。5各種熱回收器節(jié)能經(jīng)濟(jì)性比較當(dāng)采用不同形式的熱回收器時(shí)，經(jīng)濟(jì)分析如下表：表一熱回收設(shè)備類型 初投資（元/年） 機(jī)組效率（％） 風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)電費(fèi)（元/年） 年維護(hù)費(fèi)用（元/年） 年節(jié)省費(fèi)用（元/年） 回收年限（年）板翅式 2，040，000 60 0 0 884，460 2.31轉(zhuǎn)輪式 3，315，000 70 120，000 8，000 1，370，106 2.51熱管式 2，142，000 65 0 0 952，381 2.25從節(jié)能方面來(lái)考慮，轉(zhuǎn)輪式熱回收器效率最高，且為全熱回收，對(duì)夏季濕負(fù)荷大的地區(qū)效果更明顯，但因體積大，初投資高，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較多，回收年限長(zhǎng)等缺點(diǎn)，所以顯得不十分經(jīng)濟(jì)。從節(jié)能和經(jīng)濟(jì)兩方面綜合考慮，熱管的初投資、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用及回收年限等因素都較為合理，但據(jù)市場(chǎng)反饋的信息得知熱管的使用壽命短，一般為十年左右，遠(yuǎn)不及其他類型。板翅式熱回收器是工程上較為常用的類型，而且由于技術(shù)比較成熟，價(jià)格低廉而深受廣大消費(fèi)者的青睞。從衛(wèi)生角度來(lái)考慮，在中國(guó)經(jīng)歷了非典的恐懼后，人們對(duì)空氣品質(zhì)的要求越來(lái)越嚴(yán)格，雖然全熱回收更有利于節(jié)能，但交叉污染，空氣質(zhì)量很難保證，這也是影響全熱熱回收器發(fā)展的重要障礙。以上三種中，除轉(zhuǎn)輪式為全熱交換，其他均有顯熱交換。均可保證衛(wèi)生要求。從結(jié)構(gòu)上看，熱管式和板翅式的結(jié)構(gòu)緊湊，接管靈活且體積?。欢D(zhuǎn)輪式體積龐大,需占較大的空間，不利于安裝。中間冷媒式熱回收設(shè)備因?yàn)樾实停ǖ陀?0％）且消耗動(dòng)力能源比較大在實(shí)際工程中應(yīng)用的比較少，這里不做分析。6萬(wàn)達(dá)綜合體項(xiàng)目投資與節(jié)能分析萬(wàn)達(dá)城市綜合體中，萬(wàn)達(dá)物業(yè)管理的商業(yè)面積約8~10萬(wàn)m2，冷指標(biāo)平均按180~200w/m2計(jì)，總冷量約4860冷噸，按照1100冷噸3臺(tái)離心機(jī)+1臺(tái)460（450RT）冷噸螺桿機(jī)匹配，既能滿足夜間負(fù)荷不足開(kāi)啟螺桿機(jī)，又能避免離心機(jī)喘振的管理需求。下面就針對(duì)萬(wàn)達(dá)物業(yè)管理部分的制冷站按加變頻器（方案一）和不加變頻器（方案二）2種方案進(jìn)行投資與運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比。7投資回收期分析1100TR離心式冷水機(jī)組的變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置2008年招標(biāo)價(jià)格為28萬(wàn)元，則收回期限為：28萬(wàn)/（31.5萬(wàn)/5）=4.4個(gè)月，即1100冷噸裝機(jī)容量的機(jī)組，空調(diào)投入使用4.4個(gè)月后，可收回變頻驅(qū)動(dòng)裝置的投資，對(duì)于不同型號(hào)的機(jī)組，投資回收期可能會(huì)不同，兩個(gè)制冷季均可回收投資。對(duì)于萬(wàn)達(dá)城市綜合體而言，這樣一個(gè)體量和規(guī)模大約要使用三到四臺(tái)冷水機(jī)組，利用變頻技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的節(jié)能減排和經(jīng)濟(jì)效益都是十分明顯的。8排風(fēng)熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要注意的問(wèn)題雖然排風(fēng)熱回收具有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于空調(diào)設(shè)計(jì)中不僅要考慮人員最小新風(fēng)量，還要考慮室內(nèi)正壓等許多具體問(wèn)題，我們也要看到它在應(yīng)用中的局限性，經(jīng)過(guò)技術(shù)分析，滿足排風(fēng)熱回收系統(tǒng)設(shè)置有兩個(gè)必要條件：1）、向室內(nèi)補(bǔ)充的新風(fēng)量大于所要保持的室內(nèi)正壓值，即存在有組織的排風(fēng)；2）、房間應(yīng)有可供回收的熱量，沒(méi)有熱量付出就談不上能量回收。進(jìn)一步可以說(shuō)，當(dāng)房間有可供回收的熱量且有攜帶這些熱量的有組織排風(fēng)才是設(shè)計(jì)排風(fēng)熱回收系統(tǒng)的必要條件，而新風(fēng)量和總風(fēng)量的大小不能作為判定條件。同時(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)還要注意以下問(wèn)題：8.1設(shè)置旁通在過(guò)渡季節(jié)，最節(jié)能的方法是使用新風(fēng)，因此在配置換熱器時(shí)應(yīng)設(shè)置旁通管，使新風(fēng)能不經(jīng)過(guò)回收裝置而直接進(jìn)入室內(nèi)。但設(shè)置旁通管會(huì)使系統(tǒng)接管相對(duì)復(fù)雜和困難，尤其是在機(jī)房空間有限的情況下。8.2新風(fēng)、排風(fēng)口布置滿足衛(wèi)生要求為了使新風(fēng)和排風(fēng)匯集到換熱裝置上，新風(fēng)口和排風(fēng)口位置往往很接近，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者應(yīng)注意新風(fēng)口的布置，既要滿足衛(wèi)生要求又要符合規(guī)范的規(guī)定。熱回收系統(tǒng)必要條件是新風(fēng)與排風(fēng)集合到一處，這就要求設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)系統(tǒng)劃分，風(fēng)道布置，送回風(fēng)機(jī)，熱回收裝置的設(shè)備等統(tǒng)籌考慮，使系統(tǒng)趨于合理。8.3熱回收設(shè)備尺寸問(wèn)題熱回收設(shè)備本身尺寸比較大，僅就處理15000m3/h風(fēng)量的熱回收裝置及風(fēng)道占用建筑尺寸就在5.1×6.8m左右，很顯然配置熱回收裝置有很大困難，所以選擇新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按建筑規(guī)模等級(jí)，遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選取最小新風(fēng)量。對(duì)于大負(fù)荷的熱回收系統(tǒng)，當(dāng)風(fēng)量超過(guò)15000m3/h時(shí)，應(yīng)組成若干個(gè)小系統(tǒng)，有利于設(shè)備、風(fēng)道布置。8.4設(shè)置空氣過(guò)濾器為使設(shè)備在高效率工況下運(yùn)行，進(jìn)入裝置新風(fēng)和排風(fēng)應(yīng)設(shè)空氣過(guò)濾器。對(duì)于北方寒冷地帶冬季不能直接選用熱回收裝置，應(yīng)對(duì)冷空氣進(jìn)行預(yù)熱-5℃以上，設(shè)置溫度自控裝置。新風(fēng)與排風(fēng)管道在與裝置相連接處設(shè)旁通風(fēng)道，以保證裝置非正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)空調(diào)系統(tǒng)能正常使用。8.5防止轉(zhuǎn)輪換熱器交叉污染轉(zhuǎn)輪式換熱器缺點(diǎn)就是存在交叉污染，為發(fā)揮扇形器自凈作用，應(yīng)當(dāng)使系統(tǒng)新風(fēng)壓入，排風(fēng)吸出，保證新風(fēng)壓力大于排風(fēng)壓力，壓差控制在200Pa左右，這樣可以提高空氣品質(zhì)，達(dá)到系統(tǒng)最大限度的清潔性。8.6設(shè)計(jì)和配置自控裝置在設(shè)置熱回收裝置的空調(diào)系統(tǒng)里，要想得到有效的熱量回收，宜設(shè)計(jì)和配備必要的自控裝置，以確?；厥障到y(tǒng)在合理的狀態(tài)下工作。8.7因地制宜選擇全熱或顯熱交換方式為降低空調(diào)能耗而采用排風(fēng)熱回收裝置時(shí)，不同氣候地區(qū)的選擇原則亦不相同，這是由于新風(fēng)中顯熱和潛熱能耗的比例構(gòu)成不同所致。因此，需要因地制宜進(jìn)行選擇。一般來(lái)說(shuō)，在南方夏熱冬冷地區(qū)，夏季潛熱負(fù)荷所占的比例很高，使用空氣全熱交換器時(shí)，對(duì)排風(fēng)能量的回收效果遠(yuǎn)好于顯熱交換器，而冬季盡管潛熱能耗不大，使用全熱交換器的熱回收效率較夏季稍差，但仍有明顯效果。因此，就全年使用情況而言，這類地區(qū)應(yīng)選用全熱交換器；在北方嚴(yán)寒地區(qū)，與顯熱交換器相比，顯熱負(fù)荷所占的比重較大，全熱交換器的節(jié)能優(yōu)勢(shì)不大，兩種排風(fēng)熱回收裝置的熱回收效率并無(wú)明顯差異，故在這類城市，選擇顯熱交換器即可滿足需要。9小結(jié)經(jīng)過(guò)上述的分析和對(duì)比，使我們充分認(rèn)