转轮式排风热回收型空调系统的节能性分析

2012-09-13靳贵铭

制冷 2012年2期

罗绒,黄翔,靳贵铭

(西安工程大学,陕西西安710048)

1 前言

目前,建筑能耗已占到全国能源消耗的近30%,建筑节能不仅是经济问题,而且是重要的战略问题。建筑能耗中采暖和空调的能耗比重约占50%。空调系统在改善人类生产、工作和生活环境的同时,也在消耗着大量的矿物燃料,全球气候变暖和大气臭氧层破坏等环境问题都与空调及制冷行业有关,由此可见:空调节能技术是建筑节能中的一个重要组成部分,也是 “十二五”节能减排工作的一个重要的 “节能”方向,采用环保的空调技术也是促进 “减排”工作中的一个组成部分。

空调系统耗能特点之一是系统同时存在供热 (冷)和排热 (冷)的处理过程,如果能将需排掉的热 (冷)量移向需热 (冷)的地方,即热能回收,就能有效地利用能源[1],减少对城市的热污染;用排风中的余冷与余热来预处理新风,就可以减少处理新风所需的能量,降低机组负荷[2]。本文通过利用转轮式显热热回收器回收空调系统排风中的热(冷)量来处理新风,达到节能的目的。

2 转轮式热回收器的结构及工作原理

在空调系统负荷中,新风负荷所占比例比较大,一般占空调总负荷的20%～30%。为保证室内的新风要求,空调运行时要排走室内部分空气,必然会带走部分能量,而同时又要投入能量对新风进行处理。如果在系统中安装转轮式显热热回收装置,用排风中的能量来处理新风,就可减少处理新风所需的能量,降低机组负荷,提高空调系统的经济性[3]。

转轮式热回收器是一种外形似圆盘,内部装填一定数量的蜂巢状芯材 (铝箔)的转动式空气-空气换热器,如图1。排风由转轮一侧的入口吸入,将所含的部分冷量 (热量)传递给转轮,而新风从转轮的另一侧吸入,转轮以0.01～10r/min的速度旋转,将积蓄在转轮上的冷量 (热量)传递给新风[4]。

图1 转轮式热回收器工作原理图

3 建筑概况及空调要求

南京市某高级办公楼,空调面积4000m2,房间要求的最大送风量为6000m3/h;夏季空调要求:房间空调要求为温度 tNx=26℃,相对湿度 ψx=50%,显热负荷15kW,潜热负荷0.0013kg/s,送风温度为tOx=19℃;冬季空调要求:房间空调要求为温度tNd=20℃,相对湿度 ψd=50%,显热负荷-4.8kW,潜热负荷0.0013kg/s,送风温度为tod=27℃;则夏季和冬季空调要求的最大送风量为 qm=6000×1.2=7200kg/h=2kg/s。

4 节能性分析计算

图2是转轮式排风热回收型空调系统工作原理图。从空调房间出来的空气一部分经过转轮式热回收器与新风进行换热,从而对新风进行预热 (冷)处理,换热后的排风以废气的形式排出,经过预处理后的新风与回风混合后再被处理到送风状态送入室内。

图2 转轮式排风热回收型空调系统图

当室内外温差小,就没有必要使用排风热回收,因而在新风的入口处设置了一个旁通管道,在过渡季节时打开使用。

图2中的1,2,3,4,5点分别代表新风入口,新风经转轮式显热热回收器新风侧预处理后的出口,回风,排风经过直接蒸发冷却段2处理后进入转轮式显热热回收器回风侧入口,排风出口五个状态点。转轮式热回收器的热效率如下[4]:

显热效率:

冬季

夏季

式中:

tg1—室外新风的初始温度,℃;

tg2—新风经热回收器后的温度,℃;

tg1′—排风进入热回收器之前的温度,℃

本文对江苏省南京市某办公楼夏季和冬季热回收情况进行节能分析,数据采用的是中国建筑热环境分析专用气象数集中的典型气 (设计典型)年逐时参数[5],夏季7月份和冬季1月份的日平均温度曲线图,如图3和4所示。

4.1 转轮式热回收器的显热热回收

本文将转轮式排风热回收型空调系统应用于江苏省南京市某办公楼为实例分析对象,仅对最热月7月和最冷月1月进行了初步分析,其中夏季运行时间为31天,冬季运行时间为31天,运行方式为全新风方式,且新风量与排风量相等;假设夏季在室外温度大于28℃时开始供冷,冬季在室外温度小于10℃时开始供暖。

设定转轮式热回收器的显热热回收效率 ηt=70%,室外温度为 T1,经过转轮式热回收器后的温度为T2,室内排风温度为T3,经过直接蒸发冷却段2后的温度为 T4,其中T3是恒定的值,T1,T2是时间的函数。根据转轮式热回收器的热效率公式 (1)和 (2)和图3、4的室外温度变化曲线T1,可以得到经过转轮式热回收器预冷 (热)后T2的表达式:

夏季: