商業(yè)綜合體排風熱回收在空調系統(tǒng)中的應用摘要：闡述了排風熱回收系統(tǒng)的重要意義，介紹了不同類型的熱回收設備，通過具體工程實例的分析來說明排風熱回收的經(jīng)濟性，并且比較了各種熱回收設備的經(jīng)濟效益和社會效益。1前言目前空調耗能已經(jīng)達到建筑能耗的60％以上，空調系統(tǒng)所消耗的能源總量已超過我國一次能源總量的20％[1]。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，空調能耗必將對我國的能源消耗造成長期的、巨大的影響。為保證能源的可持續(xù)發(fā)展，空調節(jié)能起著十分重大的意義。目前，萬達商業(yè)綜合體已發(fā)展到第三代，無論從體量和業(yè)態(tài)來看都是以前沒有經(jīng)歷過的，每家主力店業(yè)態(tài)都在近萬平米經(jīng)營面積。這樣大的規(guī)模帶來的是空調能耗的大幅增加，各系統(tǒng)的排風量也很大。如何利用好這些排掉的能量為萬達第三代商業(yè)綜合體創(chuàng)造更好的經(jīng)濟效益和社會效益就成為本文討論的重點。2排風熱回收的重要意義所謂熱回收系統(tǒng)既是回收建筑物內外的余熱(冷)或廢熱(冷)并把回收的熱(冷)量作為供熱(冷)或其他加熱設備的熱源而加以利用的系統(tǒng)。據(jù)調查，空調工程中處理新風的能耗大致要占到總能耗的25％～30％，對于高級賓館和辦公建筑可高達40％[2]?？梢姡照{處理新風所消耗的能量是十分可觀的。而空調房間排風中所含的能量更是相當可觀，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。但在實際工程中，業(yè)主及業(yè)內人士往往單純地從經(jīng)濟效益方面來權衡熱回收裝置的設置與否，而忽略了熱回收裝置帶來的節(jié)能效益和環(huán)境效益。為了真正意義的節(jié)能，我國在2005年4月發(fā)布的《公共建筑節(jié)能設計標準》中，明確提出了設計在技術經(jīng)濟分析合理時應優(yōu)先考慮采用排風能量的熱回收，并強制規(guī)定了一些必須采用熱回收裝置的系統(tǒng)。3各種熱回收設備常見的熱回收設備有轉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，可同時回收顯熱和潛熱。顯熱換熱器用沒有含吸濕作用的材料制作，只有傳熱，沒有傳濕能力，只能回收顯熱。3.1全熱回收裝置3.1.1轉輪換熱器轉輪式換熱器是通過排風與新風交替逆向流過轉輪來傳遞熱量的。轉輪中的轉芯是用噴涂氯化鋰溶液的鋁箔或浸漬過氯化鋰溶液的特殊紙張或合成纖維制作而成的。排風由轉輪一側的入口吸入，將所含的部分冷量（或熱量）傳遞給轉輪；而新風從的另一側吸入，轉輪以15～20r/min的速度旋轉，將積蓄在轉輪上的冷量（或熱量）傳遞給新風。轉輪中間有清洗扇,本身對轉輪有自凈作用,對轉速控制,能適應不同的室外空氣參數(shù),而且能使效率達到70%～80%以上[3]。但是轉輪式換熱器是兩種介質交替轉換,不能完全避免交叉污染,因此流過的氣體必須是無害物質,另外設備裝置較大,占有較多面積和空間,接管固定,帶傳動設備,消耗一定的動能。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，并對其表面進行特殊處理后制成單元體粘結在隔板上。當隔板兩側的氣流之間存在溫度差和水蒸氣分壓力差時，兩股氣流之間將產(chǎn)生傳熱和傳濕過程，從而進行全熱交換。板翅式換熱器結構簡單，運行安全、可靠，無傳動設備，不消耗動力，無溫差損失，設備費用較低。但是設備體積大，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產(chǎn)生相態(tài)變化和吸液芯多孔材料的毛細作用而進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，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，而后重新凝結成液體，液體再沿多孔材料靠毛細作用流回蒸發(fā)端。如是循環(huán)，熱量可以源源不斷的傳遞。熱管式換熱器，無需動力消耗，借助另一介質的相變來傳遞熱量傳遞效率較低。3.2.2中間冷媒換熱器在新風和排風側，分別使用一個氣液換熱器，排風側的空氣流過時，對系統(tǒng)中的液體進行加熱或冷卻；而在新風側被加熱或冷卻的冷媒再將熱量或冷量傳遞給進入的新風，液體在泵的作用下不斷地循環(huán)。新風與排風不會產(chǎn)生交叉污染,供熱側與得熱側之間通過管道連接,管道可以延長,布置靈活方便,但是須配備循環(huán)泵,存在動力消耗,通過中間液體輸送,溫差損失大,換熱效率較低,一般在40％～50％之間。圖1板翅式空調機組原理圖4熱回收系統(tǒng)設計實例4.1項目概況與空調設計方案以北京某11層的商貿大廈實際空調設計為例，進行熱回收討論與分析，并以冬季空調工況來分析安裝熱回收設備的節(jié)能情況。該工程主要是集商場、餐飲及娛樂為一體的多功能大廈；總建筑面積達142847.46㎡，地上十一層，地下兩層?？照{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）。冬季室外設計參數(shù)：室外干球溫度tw=12℃，相對濕度φ=45%，焓值i=-11KJ/Kg；室內設計參數(shù)：干球溫度℃，相對濕度，焓值；冬季總熱負荷為8650kw，總送風量為2，000，000kg/s，新風比為20％，總新風量為134.8kg/s。本工程采用板翅式空調機組（見圖1），通過回收排風的熱量對新風進行預熱。現(xiàn)以冬季空調為例進行分析：板翅式熱回收器的效率為60％，則經(jīng)熱回收器后的送風溫度可根據(jù)以下公式確定[4]：其中，求得：℃新風負荷計算公式：采用熱回收的情況，新風負荷；若不采用熱回收的情況，新風負荷；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，室外新風經(jīng)過與排風的換熱，從狀態(tài)點W吸收顯熱量升溫到W′，再與室內回風N混合到C′，經(jīng)處理后達到送風狀態(tài)點O，而后送入室內。若不經(jīng)過熱回收，則新風與回風的混合點將落在C點，所以由于對排風的合理熱回收，使我們節(jié)省了的熱量（大廈主體功能為商場與餐飲，空調機組內無加濕裝置）。圖2冬季空氣處理過程焓濕圖4.2節(jié)能情況分析本工程以熱泵作為冷熱源，總風量為2,000,000m3/h，選用風量為40000m3/h板翅式熱回收型空調機組51臺，現(xiàn)把冬季回收的熱量折算成熱泵運行時消耗的電量，總新風量為400000m3/h，節(jié)約新風負荷2614kw，節(jié)省電力（按COP=2.5計算）：1045.6kw；北京市平均電價為0.72元/kw·h，則每小時節(jié)省753元；按冬季每天8小時，共120天計算：共節(jié)省運行費用772，719元；依以上算法計算，夏季（按每天8小時，共120天計算）可節(jié)省運行費用161，741元，則全年可節(jié)省費用884，460元；一臺40000m3/h的板翅式熱回收型空調機組較同種規(guī)格的常規(guī)空調機組增加投資40，000元，則該項目所增加的初投資為：2，040，000元；通過計算得回收年限為：2.31年。由此可見，排風的能量回收不僅可以節(jié)省能耗，在經(jīng)濟效益和社會效益上也是很可觀的。5各種熱回收器節(jié)能經(jīng)濟性比較當采用不同形式的熱回收器時，經(jīng)濟分析如下表：表一熱回收設備類型 初投資（元/年） 機組效率（％） 風機運轉電費（元/年） 年維護費用（元/年） 年節(jié)省費用（元/年） 回收年限（年）板翅式 2，040，000 60 0 0 884，460 2.31轉輪式 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)能方面來考慮，轉輪式熱回收器效率最高，且為全熱回收，對夏季濕負荷大的地區(qū)效果更明顯，但因體積大，初投資高，運行維護費用較多，回收年限長等缺點，所以顯得不十分經(jīng)濟。從節(jié)能和經(jīng)濟兩方面綜合考慮，熱管的初投資、運行和維護費用及回收年限等因素都較為合理，但據(jù)市場反饋的信息得知熱管的使用壽命短，一般為十年左右，遠不及其他類型。板翅式熱回收器是工程上較為常用的類型，而且由于技術比較成熟，價格低廉而深受廣大消費者的青睞。從衛(wèi)生角度來考慮，在中國經(jīng)歷了非典的恐懼后，人們對空氣品質的要求越來越嚴格，雖然全熱回收更有利于節(jié)能，但交叉污染，空氣質量很難保證，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。從結構上看，熱管式和板翅式的結構緊湊，接管靈活且體積??；而轉輪式體積龐大,需占較大的空間，不利于安裝。中間冷媒式熱回收設備因為效率低（低于50％）且消耗動力能源比較大在實際工程中應用的比較少，這里不做分析。6萬達綜合體項目投資與節(jié)能分析萬達城市綜合體中，萬達物業(yè)管理的商業(yè)面積約8~10萬m2，冷指標平均按180~200w/m2計，總冷量約4860冷噸，按照1100冷噸3臺離心機+1臺460（450RT）冷噸螺桿機匹配，既能滿足夜間負荷不足開啟螺桿機，又能避免離心機喘振的管理需求。下面就針對萬達物業(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種方案進行投資與運行費用對比。7投資回收期分析1100TR離心式冷水機組的變頻調速驅動裝置2008年招標價格為28萬元，則收回期限為：28萬/（31.5萬/5）=4.4個月，即1100冷噸裝機容量的機組，空調投入使用4.4個月后，可收回變頻驅動裝置的投資，對于不同型號的機組，投資回收期可能會不同，兩個制冷季均可回收投資。對于萬達城市綜合體而言，這樣一個體量和規(guī)模大約要使用三到四臺冷水機組，利用變頻技術所實現(xiàn)的節(jié)能減排和經(jīng)濟效益都是十分明顯的。8排風熱回收系統(tǒng)設計需要注意的問題雖然排風熱回收具有很多優(yōu)點，但由于空調設計中不僅要考慮人員最小新風量，還要考慮室內正壓等許多具體問題，我們也要看到它在應用中的局限性，經(jīng)過技術分析，滿足排風熱回收系統(tǒng)設置有兩個必要條件：1）、向室內補充的新風量大于所要保持的室內正壓值，即存在有組織的排風；2）、房間應有可供回收的熱量，沒有熱量付出就談不上能量回收。進一步可以說，當房間有可供回收的熱量且有攜帶這些熱量的有組織排風才是設計排風熱回收系統(tǒng)的必要條件，而新風量和總風量的大小不能作為判定條件。同時，在設計時還要注意以下問題：8.1設置旁通在過渡季節(jié)，最節(jié)能的方法是使用新風，因此在配置換熱器時應設置旁通管，使新風能不經(jīng)過回收裝置而直接進入室內。但設置旁通管會使系統(tǒng)接管相對復雜和困難，尤其是在機房空間有限的情況下。8.2新風、排風口布置滿足衛(wèi)生要求為了使新風和排風匯集到換熱裝置上，新風口和排風口位置往往很接近，在實際工程設計中，設計者應注意新風口的布置，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)必要條件是新風與排風集合到一處，這就要求設計時對系統(tǒng)劃分，風道布置，送回風機，熱回收裝置的設備等統(tǒng)籌考慮，使系統(tǒng)趨于合理。8.3熱回收設備尺寸問題熱回收設備本身尺寸比較大，僅就處理15000m3/h風量的熱回收裝置及風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，所以選擇新風量標準應按建筑規(guī)模等級，遵循國家標準選取最小新風量。對于大負荷的熱回收系統(tǒng)，當風量超過15000m3/h時，應組成若干個小系統(tǒng)，有利于設備、風道布置。8.4設置空氣過濾器為使設備在高效率工況下運行，進入裝置新風和排風應設空氣過濾器。對于北方寒冷地帶冬季不能直接選用熱回收裝置，應對冷空氣進行預熱-5℃以上，設置溫度自控裝置。新風與排風管道在與裝置相連接處設旁通風道，以保證裝置非正常運行狀態(tài)時空調系統(tǒng)能正常使用。8.5防止轉輪換熱器交叉污染轉輪式換熱器缺點就是存在交叉污染，為發(fā)揮扇形器自凈作用，應當使系統(tǒng)新風壓入，排風吸出，保證新風壓力大于排風壓力，壓差控制在200Pa左右，這樣可以提高空氣品質，達到系統(tǒng)最大限度的清潔性。8.6設計和配置自控裝置在設置熱回收裝置的空調系統(tǒng)里，要想得到有效的熱量回收，宜設計和配備必要的自控裝置，以確保回收系統(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能耗而采用排風熱回收裝置時，不同氣候地區(qū)的選擇原則亦不相同，這是由于新風中顯熱和潛熱能耗的比例構成不同所致。因此，需要因地制宜進行選擇。一般來說，在南方夏熱冬冷地區(qū)，夏季潛熱負荷所占的比例很高，使用空氣全熱交換器時，對排風能量的回收效果遠好于顯熱交換器，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)應選用全熱交換器；在北方嚴寒地區(qū)，與顯熱交換器相比，顯熱負荷所占的比重較大，全熱交換器的節(jié)能優(yōu)勢不大，兩種排風熱回收裝置的熱回收效率并無明顯差異，故在這類城市，選擇顯熱交換器即可滿足需要。9小結經(jīng)過上述的分析和對比，使我們充分認