浅谈排风热回收系统设计

【摘要】 随着国家的发展，建筑行业需要大量的能源资源,每年能耗达国家总能耗的20%,空调系统消耗能源,而大量余热的产生造成资源浪费,为了能使这部分资源得到可靠的利用，本文对空调排风的热回收系统进行研究,对热回收系统进行介绍,希望能提升系统经济性,不断降低能耗,提高资源利用效率。

【关键词】空调系统；排风热回收；设计

中图分类号：TB657文献标识码： A

空调系统作为建筑物的主要能耗之一，其节能性和经济性已越来越收到相关部门和人们的重视。随着经济的不断发展，人们对室内空气品质也越来越重视，而提高空气品质的主要手段是增大新风量。在空调系统冷热负荷中新风负荷占的比例很大，有的系统新风负荷能占到40%。如果把排风中的余热余冷来预处理新风，就可减少处理新风的能量，降低机组负荷。

热回收系统就是回收建筑物内的余冷（热）或废冷（热），并把回收的冷（热）量作为供冷（热）或其它设备的冷（热）源而加以利用的系统。

《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）明确规定：设有集中排风的建筑，新风排风之间的设计温差大于8℃时；新风量大于或等于4000m3/h空调系统或送风量大于或者等于3000 m3/的直流式空调系统，以及设有独立新风和排风的系统时，宜设置排风热回收装置。并规定排风热回收装置的额定热回收效率不小于60%。

1 设置热回收系统的意义

空调能耗是建筑物能耗的重要组成部分，约占建筑总能耗的30~60%，而空调系统中新风负荷又占总负荷的20~30%。由此可见，有效降低新风系统的能耗对节约能源有重要意义。

（1）、对新风进行预处理，减少空调运行负荷，节约运行费用。

（2）、减少空调系统的最大负荷，减小机组型号，节省初投资。

（3）、在节省能源的同时加大室内的新风比，提高空气品质。

（4）减少对环境的污染，减少室温气体的排放，保护环境，保护地球。

虽然使用排风热回收系统也会增加一定的风机能耗，但是回收系统本身节约的能源要远远大于这一部分的能耗。有关数据显示，当显热热回收装置回收效率达到70%，可以使冬季空调能耗降低40~50%。

2 设置排风热回收的条件

（1）、当直流式空调系统的送风量大于或者等于3000M3/h，且新风，排风之间的设计温差大于8摄氏度时；

（2）、当一般空调系统的新风量大于或等于4000m3/h,且新风、排风之间的设计温差大于8摄氏度时；

（3）、设有独立新风和排风的系统时；

（4）、过渡季节较长的地区，当新风、排风之间实际温度的度时数大于1000时。

3热回收装置的种类及特点

3.1 热回收装置分类

按风量分：小型，即名义新风量L≤250m³/h;

中型，即名义新风量250m³/h≤L≤5000 m³/h;

大型，即名义新风量L≥5000 m³/h;

按能量回收类型分：全热型，即通过传热与传质过程，同时回收排风中的显热与潜热。

显热型，即通过表面传热，回收排风中的显热。

按工作状态分：静止式和旋转式。

按热交换器类型分：转轮式、液体循环式、板式、板翅式、溶液回收式、热管式。

热回收装置分全热回收装置与显热回收装置。

常用的全热热回收装置有：转轮式、翅板式。

常用的显热热回收装置有：转轮式、翅板式、热管式、中间热媒式。

3.2常用 热回收装置及其特点：

⑴转轮式热回收装置

分显热回收和全热回收两种。显热回收转轮的材质一般为铝箔，全热回收转轮的材质为具有吸湿表面的铝箔材料或其它蓄热吸湿材料。转轮作为蓄热芯体，新风通过转轮的一个半圆，而同时排风通过转轮的另一半圆，新风与排风以相反的方向交替流过转轮。新风和排风存在温度差和湿度差，转轮不断的在高温高湿侧吸收热量和水分，并在低温低湿侧释放，来完成热交换。转轮在电动机的驱动下以10r/min的速度旋转，排风从热交换器的上侧通过转轮排到室外，在这个过程中，排风中的大部分全热保存在转轮中。新风从转轮的下半部分进入，通过转轮，吸收转轮保存的能量，然后供给室内。当转轮低于4r/min的转速时，效率明显下降。转轮热回收器的优点是结构紧凑、占地面积小、节省空间、热回收效率高、单个转轮的迎风面积大、阻力小。适合用于风量较大的空调系统中。

为了保证回收效率，要求新风排风的风量基本要求相等，最大不超过1:0.75。如果实际工程中新风量很大，多出的风量可通过旁通管旁通。转轮两侧气流入口处，宜装空气过滤器。特别是新风侧，应装设效率不小于30%的粗效过滤器。

在冬季室外温度很低的严寒地区，设计时必须校核转轮上是否会出现结冰结霜现象，必要时应在新风进风管上设空气预热器或在热回收装置后设温度自控装置；当温度达到霜冻点时，发出信号关闭新风阀门或打开预热器。

使用于排风不带有害物或有毒物质的情况。一般情况下，最好布置在负压段。

（2）翅板式热回收装置

分显热回收和全热回收两种。显热交换器的基材为铝箔等导热性能好的金属，使新风与排风之间在温差的作用下进行显热交换。全热交换器以特殊纸张做基材，并对其表面特殊处理后制成单元体粘贴在隔板上，当隔板两侧的气流之间存在温度差和湿度差时，两股气流之间就会产生传热和传湿过程，从而进行全热交换。

其特点是构造简单、过滤尘埃、双向换气、无相互串气、热效率高、机体内无运动部件、安全、可靠、设备费用较低，适用于一般民用空调工程。

对显热回收器来说，当室外温度较低时，应根据室内空气含湿量来却确定排风侧是否结霜或结露。一般来讲，新风温度不宜低于-10摄氏度，否则排风侧会出现结霜。当排风侧可能出现结霜或结露时，应在热回收装置前设置空气预热器。新风进入热回收装置之前，必须先经过过滤净化。排风进入热回收装置之前，也应装过滤器；但当排风较干净时，可不装。

对全热回收器来说，当排风中含有有害成分时，不宜选用。实际实用时，在新风侧和排风侧宜分别设有风机和粗效过滤器，以克服全热回收装置的阻力并对空气进行过滤。当过渡季或冬季进行新风供冷时，应在新风道和排风道上分别设旁通风道，并装密闭性好的风阀，使空气绕过热回收装置。

（3）中间热媒式换热装置(液体循环式)

为显热回收装置。

采用盘管式热回收机，利用水泵使水作为介质在两个热回收机内循环，将排风中的热（冷）量传递给新风，从而实现热能的回收。中间热媒通常为水。为了降低水的冰点，一般在水中加入一定比例的乙二醇。

使用中间热媒式换热器，新风与排风不会产生交叉感染。供热侧与吸热侧通过管道连接，对距离没有限制，布置方便灵活。缺点是须配置循环水泵，消耗动力；由于应用中间热媒，存在温差损失，换热效率较低。

换热盘管的排数宜选择6~8排，迎面风速宜选择2m/s，作为中间热媒的循环水量，一般可根据水汽比µ确定：当n=6排时，µ=0.3；当n=8排时，µ=0.25；当供热侧与得热侧风量不相等时，循环水量应按数值大的风量确定。

为了防止热回收装置表面结霜，在中间热媒的供回水管之间宜设置电动三通调节阀。

4 空调排风热回收装置的选择设计

4.1空调排风热回收装置的选型原则

根据各种换热器的不同的特点和优缺点，以及在换热效率、设备费用、维护保养、辅助设备、占用空间、交叉感染、自身能耗、接管灵活性、抗冻能力等多角度的比较下，总结出各种换热器的适用条件。

转轮式换热器：适用于风量大于30000 m³/h的空调系统，如商场、候机楼、体育馆、电影院等大型公建项目。

板翅式换热器：适用于风量小于1000 m³/h的空调系统，如住宅、小型办公楼、分层或分区域设置热回收装置的办公楼等。

热管式换热器：适用于风量范围2000~30000 m³/h的空调系统，如各种集中设置热回收装置的中小规模公共建筑，特别是医院、游泳馆。

中间热媒换热器：适用于风量大于30000 m³/h的空调系统，如大型及特大型公共建筑。

4.2空调排风热回收装置的设计计算

热回收装置按回收能量类别，一般分为全热回收型和显热回收型两类，在新风与排风质量流量相同的前提下，其换热效率按下列公式计算：

显热回收效率 (4-1)

湿交换效率 (4-2)

全热交换效率 (4-3)

式(4-1)~(4-3)中，t、d、h分别表示空气的温度(℃)、含湿量(g/k g)和比焓(kJ/kg)，下标1、2、3分别表示新风、送风和回风状态点，如图4-1所示。

图1 热回收装置室内外状态

热回收装置热回收量按下式计算：

显热回收量(4-4)

全热回收量(4-5)

式(4)、(5)中，G为排风量(kg/s)，为空气的重量比热(kJ/kg・℃)

由热平衡可以计算排风状态点4的参数：

排风温度 (4-6)

排风焓值 (4-7)

式(4-4)和(4-5)表示出计算热回收量的主要影响因素，其中室内外空气的温度差或焓差是选择热回收装置的基本条件，它决定了采用热回收系统方案的可行性，但是室内外空气的温度差或焓差是随着室外气象参数波动而变化的，因此在空调季节热回收装置的热回收量也是随时都在变化的。换热效率是热回收装置的重要指标，同等条件下，热回收装置的换热效率越高，则热回收量越多，节能效果越显著。热回收量与空调排风量成正比，排风量越大，热回收量也越多。以上是影响热回收装置热回收量的基本因素。另外空调系统热回收装置的节能性和经济性还与其他许多因素有关，如空调系统的运行时间，能源和热回收装置的价格，冷热源设备的运行效率等，影响因素比较复杂。

4.3空调排风热回收系统的一些应用问题

（1）关于全热回收装置与显热回收装置的选择：全热回收装置与显热回收装置相比，夏季工况时全热回收型节能效果更突出，冬季工况二者差别不大；采用全热回收装置冬季可减少空调加湿系统的费用，对湿度要求不高的场合可以不用加湿。但是，全热回收装置也存在一些不足：首先是新风被排风污染的忧患，尤其是在经过较长时间的使用之后，产品密封工艺水平对交叉感染的程度起着决定性的影响，而在一些对新风卫生要求比较高或湿度较大的场所都不宜使用全热回收装置。另外，性能较好的全热回收装置的滤芯基本上是进口产品，因而在价格和后期维护费用上都高于国内生产的显热回收装置，所以在投资经济性上需要详细比较。

（2）进排风口：由于热回收装置集送排风于一身，因此在设计时应注意使室外新风口与排风口保持一定的距离和朝向分开。

（3）控制与调节：热回收装置与各层的新风机组或空调机组串联运行，则其风机宜设调速装置，便于按运行层数的需要调节风量的大小，进一步减少通风能耗。另外，宜对送排风机分别控制，使运行更灵活。

4.4根据多年设计实践经验，提出以下观点：

(1)全热回收装置，在回收热量的同时回收了湿量，对冬季以排除室内湿负荷为主，增大进风含湿量会影响室内相对湿度的场所，不应选择全热回收装置。游泳池就是典型代表。

(2)根据卫生要求，新风与排风不允许直接接触的系统，为防止交叉污染，不应选择新风与排风有直接接触的全热回收装置。

(3)实例分析表明，全热回收量远大于显热回收量，在一般情况下，宜选择全热回收装置。

(4)热回收装置的节能量与冷热源设备的制冷、制热效率有关，回收相同的能量，冷热源设备效率越低，节约能量越多。

(5)装置运行时间越长，设备得到充分利用，回收热量越多，经济效益越好。

(6)确定热回收装置所回收的热量时，应扣除热回收装置所增加的耗电量。

(7)对于在过渡季节需要利用室外天然冷源的空调系统，热回收装置宜设置旁通管，以免产生负面影响。

(8)确定热回收装置方案时，在考虑经济效益的同时，还必须考虑节能效益和环境效益，不能单纯追求投资回收期的长短。

结束语

本文首先提出了设置热回收装置的重要意义和常用热回收装置的种类和型式，讨论了选型原则、全热回收量及显热回收量的计算及热回收系统的一些应用问题。最后结合平时实践经验，给出了热回收装置的设计过程及节能量。

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