广州地区空调系统排风热回收的节能性分析

摘要：本文通过介绍热回收在空调系统中的使用原理以及夏热冬暖地区气候特征，分析了广州地区不同气象参数条件下办公楼的空调负荷；同时对各类排风热回收装置进行了浅述，并提出空调排风热回收系统节能性分析的方法。

关键词：排风热回收节能装置

中图分类号：TE08文献标识码： A

1 前言

能源问题是当今社会关注的热点问题，降低能耗、提升资源的可利用性成为很多企业与部门研究的重要内容。空调系统为人们创造了舒适的环境，但同时消耗大量的能源。发达国家的空调系统耗能占总耗能的40%～50%，我国空调耗能已经达到建筑能耗的60%以上[1]，其中广东、上海、北京也高达30%以上。

空调系统在满足室内热舒适的同时必须保证良好的室内空气品质，所以必须要考虑引入室外新风，同时，排出部分室内混浊空气，但新风量增加的同时也造成了空调系统能耗的增加，因此需要采用排风热回收技术。排风热回收技术利用能源回收装置，可以将废热与余热收集起来，加以回收利用，创造巨大的经济效益。

2 排风热回收系统原理

排风热回收装置利用排风中的能量来处理新风，可以降低主机负荷以及其他辅助设备的能耗(冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、锅炉等)，达到节能的目的。然而增加热回收装置的同时，也会相应地增加一些辅助设备(溶液热回收系统的循环泵等) 能耗。因此，在对实际工程项目进行节能及经济性分析时，要注意这部分能耗情况。图中所示为一个典型空调排风热回收系统的原理图[2]。从图1中可以看出，从空调房间出来的空气一部分经过热回收装置与新风进行换热，从而对新风进行预热(冷)，换热后的排风以废气的形式排出，经过预处理的新风与回风混合并进一步处理后送入室内。该系统充分利用了排风中的能量，降低了空调系统的总能耗，同时也对减缓城市“热岛”现象有积极意义。

排风热回收工作原理图

3 空调负荷分析与排风热回收装置选择

我国地域面积宽广，气候区域根据建筑热工设计分区可分为5个部分，即: 严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区。广州属于夏热冬暖地区, 夏季高温、高湿、多雨,空调系统全年主要以夏季制冷为主, 冬季一般无需供热。由于该地区夏季长而炎热，最热月平均温度大于28℃，空调系统能耗在建筑能耗中所占比例较大, 因此在这一地区空调系统中采用节能技术是实现建筑节能目标的关键。

3.1 夏热冬暖地区负荷特征分析

以广州地区某办公楼为例, 引入M-BIN法分析夏热冬暖地区公共建筑空调负荷特征[3]。该办公楼为10层,空调系统运行时间为8:00～18:00, 共10h,空调室内设计参数为25℃,相对湿度55%;冬季不供热,仅采用自然通风运行;每层空调面积700m2,层高3.5m；按7m2/人计算,全楼共有1000人上班, 新风量30m3/(h・人)；照明及办公设备用电分别为11W/m2 和20W/m2 ,办公设备同时使用系数取0.5。该建筑物围护结构如下: 南、北墙面积1650m2 , 东、西墙面积280 m2 , 外墙240mm砖墙,外20mm水泥砂浆内20mm白灰粉刷,传热系数为1.96W/(m2・℃);顶棚为现浇钢筋混凝土板, 上有70mm厚沥青膨胀珍珠岩保温层, 传热系数为0.778W/(m2・℃);南、北窗面积800m2 , 东、西窗各70m2,窗为单层5 mm普通玻璃铝合金窗, 传热系数为5.507 W/( m2・℃) , 窗上有中间色窗帘。

表1 不同气象参数条件下办公楼的空调负荷结果

由表1可以看出, 在不同室外气象条件下, 新风冷负荷比通过围护结构得热引起的冷负荷要大。对于公共建筑空调系统节能来说, 采用新风节能措施,比采用围护结构节能措施投资少, 节能效果更加明显。

3.2 排风热回收装置

热回收装置是在新风和排风之间进行热交换的设备，作用是回收排风中的热量，从而节省空气处理的能耗。热回收装置通常由送排风机、换热芯体及过滤装置组成。其换热芯体按照工作原理可分为：转轮式换热器、板式和板翅式换热器、热管换热器等几种常见的形式。

1、转轮式换热器。转轮热交换器主要有转轮、驱动马达、机壳和控制部分组成,是通过排风与新风交替流过转轮而实现全热交换的装置。其热回收率一般能达到60%以上。转轮由复合纤维制成，具有蓄热和吸湿作用。排风由转轮一侧的入口吸入，而新风从转轮的另一侧吸入（图1）。转轮式换热器的优点是换热效率高，能同时回收显热、潜热，并具有除湿功能。缺点是体积较大，需要占据较大的空间，因为转轮转动需要消耗一定的电力。所以转轮式换热器一般用在大型空调系统，特别是湿度较大，需要除湿的场合。

2、板式和板翅式换热器。板式和板翅式换热器属于静止式空气-空气热回收装置。排风与新风交替逆向流过换热隔板，热湿交换的动力是新风与回风的温差和湿差（图2）。静止式热回收装置因为结构简单，无需动力推动转动设备，所以在酒店、宾馆及其他民用建筑中应用更为广泛。其缺点是所占体积比较大，并且难以清洗，易滋生细菌导致空气品质下降。

3、热管换热器。热管是一种具有高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管壳内工质的蒸发与凝结来传递热量（图3），具有良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变等一系列优点，且新排风部分不会交叉感染，目前已广泛应用于冶金、化工、锅炉、空调等行业中，也可应用于排风有污染的场所。其缺点是传热效率较低，一般只有60%左右，且不具备回收潜热的能力；

图1图2图3

4 节能分析方法

分析空调排风热回收系统的节能性，需要综合考虑众多因素。室内外温度差是影响系统节能性的重要原因之一，测定空调排风热回收系统的节能性，需要准确的测定室内外温度差。如果能利用函数中的参数变化计算回收系统的节能性，计算过程相对简单。利用函数估算，只需要得到某个时间段较为准确的参数值即可[4]。虽然参数取值一般选取很多年的平均值，但随着气候变化的趋势，平均值也不尽然准确。测定参数时，需要对近几年的气温变化进行总结，综合估计，取得最佳参数值。空调的一般使用季节是冬季和夏季，考虑到季节的变化，需要设定几个参数，对空调区域的温度与湿度进行预先设定。依据适当的参数，采用合适恰当的空气处理方式，就可以得到满足条件的湿度、温度等大小的值。在各种空调系统参数值已知的情况下，只需要将性能参数带入，就可计算出理论的节能量的大小。从宏观角度进行分析，为了形象的表示节能的基本原理，需要通过数学原理结合图表进行表示，依据具体工程的实际状况，对其进行量化分析，将季节变化考虑其中，进行全局性的节能分析。

5 总结

本文以广州地区为例，通过分析夏热冬暖地区公共建筑空调负荷特征，得出新风节能措施比围护结构节能措施投资少且节能效果明显的结论。此外，本文还分析了各类换热器性能特点，并提出空调排风热回收系统节能性分析的方法，对不同广州地区各类建筑空调系统的设计和选型具有一定的指导意义。

参考文献：

[1]李宏，连慧亮，李靖. 热回收系统的经济性及应用［J］.制冷与空调,2010 (5)

[2]袁旭东，柯莹，王鑫.空调系统排风热回收的节能性分析[J].制冷与空调，2012（1）。

[3]苏芬仙，苏华. BIN法能耗计算中频数间隔分析及选用[J]，低温建筑技术，2001（3）

[4]倪小静，周赵凤，等.变频技术空调的节能分析－热回收型多元VRV空调系统[J].浙江树人大学学报， 2004,（3）.