热回收循环技术在建筑节能系统中的应用研究

胡毅（合肥学院，安徽 合肥 230601）

热回收循环技术在建筑节能系统中的应用研究

胡毅
（合肥学院，安徽 合肥 230601）

针对热回收技术在建筑节能系统中的应用现状与发展前景，分析了热回收技术的主要影响因素，阐明了复合型热回收循环新模式在空调系统工程中与新能源与传统能源结合降低能耗、提高能源利用率的作用，并指出了热回收技术仍存在的一些现实问题，为我国在建筑节能环保领域推广新型节能技术的设备提供一些参考。

热回收；冷却媒循环；水冷热泵；复合型冷凝器

在中国古代的思想家传统价值观中，一直提倡能源节俭，反对统治者大兴土木，主张“天人合一”的思想，大到城市、小到建筑构件都需要因地制宜，草木植物动物粪便亦可以回收利用。这种天，地、人之间相互依存，循环往复的系统在古罗马建筑家维特鲁威的《建筑十书》提出：“在选择基地与城镇规划时防止南向太阳辐射及避免潮湿的理念；住宅的建筑形式应适应气候的多样性，比如在北方，房屋应向南，前面应需要有遮蔽。”按照中国古代的风水理论，建筑的朝向讲究背山面水，负阴抱阳。背山可以阻挡北风的寒冷的侵袭；面水可以迎接夏季来自东南面经水面降温的凉风也可方便用水及战略防御；抱阳可以争取到建筑良好的日照。这种风水理论所倡导的朴素的建筑节能生态学思想体现了人与自然的谐统一指导思想，这种可持续发展的借鉴意义也是早年人们对绿色生态建筑营造低碳环保的渴求。

一、节能技术完善绿色生态建筑

绿色建筑首先关注的是健康、舒适和安全，这些是保证人们最佳工作和生活环境的建筑要素。“利用现有的科学技术、根据人体工程学，最大限度的发展清洁可再生能源是建设和谐社会的目标，管理好建筑活动产生的生态环境效应以及打造有机建筑环境已满足建筑与大自然可持续发展。［1］”我们强调的绿色节能，如果是以牺牲人们的舒适度和人们的工作环境为代价，则是毫无意义的。建筑节能系统的构建是指能源利用效率的提高，能源利用方式的理念转变。比如倡导利用太阳能、潮汐能、地热能等可再生清洁能源，在满足同等照度的前提下使用新型节能灯具，采用蓄能空调平均使用电能时间，以及本文所研究的热回收循环技术。

二、节能技术应用的必要性和迫切性

随着全球能源紧缺和环境污染问题的不断加剧，节能、环保成为时代对建筑发展指导的大趋势。建筑能耗中的大部分是传统家用暖通空调系统的运行所消耗的，统计表明在发达国家中暖通空调能耗占建筑总能耗的65%；国家的经济和科技越发达，人体舒适度的标准越高，建筑能耗占社会能耗的比例相对较大，现在发达国家建筑用能一般占到全国总能耗的30%～40%；中国的采暖用能占全国总能耗的9.6%，因此关注暖通空调系统的节能对于解决国家能源危机的作用是可观的。［2］随着人民生活水平的日益提高，采暖能耗占的比重逐年加大，最明显的表现就是空调的应用迅速增加，改进传统暖通空调系统中的节能技术是营造节能环保建筑的诉求。热回收循环技术是目前暖通空调系统节能中最为迫切革新的技术。

三、节能回收利用技术应用分析

改进单位能源的利用率这一重要研究课题对打造环保低碳建筑有着切实意义。解决好传统最为耗电的空调系统，做好建筑节能可以利用热回收循环技术，即在原有的制冷技术之上增加了热回收功能，使原本需要通过进入冷却塔或排放到大气的废热能量加以回收利用，既节约了能源又减少了排放，具有很大的市场化经济价值。二十一世纪以来，中国家庭大多逐渐开始使用采用分体式家用空调。然而，分体式空调新风补给不足，关上窗子通风明显不足，室内空气质量令人担忧。不仅如此，分体式空调的热能源也大量被直接排放到了室外大气中造成的巨大的浪费。空气的热回收技术在上世纪70年代初已被发达国家提上研究日程，世界能源产生危机影响着每个国家的经济发展，如今一些工业发达国家早已将空气的热回收技术作为空调行业的节能措施之一，复合型热回收循环新模式在空调系统工程中的地位日显突出。中国人口众多，建筑总体量大，目前研发热交换系统技术正逐步走入民用领域，我们广泛使用的家用空调其冷凝热回收技术、冷凝水能量利用系统的研制改进已成果转化已迫在眉睫。

四、热回收循环打造节能建筑

1.热回收循环理念

在一些发达国家，利用新风换气机进行空气能量交换已在工业领域使用多年，此技术较为成熟。北京建筑设计研究院学者邵宗义认为：空调系统的能量回收设备节约能量消耗需要通过计算分配新风量与回收风量的比值，保证室内空气质量的同时将空调机制冷与恒温换气设备完美有机结合利用空调的风系统或制冷系统、供热系统完成空调系统一定比例的能量回收。［3］伴随着我国节能、环保政策的实施，我国学者已通过试验表明利用制冷设备的冷凝余热制备生活热水切实可行，根据我国不同的地区环境特点研发空调新风系统中有针对性设计热回收装置的重要性越来越显现。［4］中原工学院学者周光辉认为：在采光条件不是特别充分的地区完全可以利用太阳能或者电加热在空调冷凝热热回收系统中设置一定容量的蓄热水箱，不仅可以仅仅通过从热回收器与冷凝器的单冷凝器型组合方式供热还赋予智能采用部分稳定性好的辅助热源为生活热水系统，这样最大限度的回收了多余冷凝热量难也同时降低了机组的满负荷率，如此一来，一般普通用户全年对热水需求最少的损耗能量就降低到了最小。［5］此外，改造室内人居环境、降低大气污染也可以通过水冷热泵热回收循环系统机械法加湿结合滤纸物理过滤的方式进而可以促进室外pm2.5的物理特征作用进行去除，在此过程中完全不产生化学污染。

2.热回收循环的研究进展

目前，一般利用预热或者预冷室外空气的方法来减少建筑能耗，就是利用冷却器或者加热器与新风入口相连，因此新风在进入空调系统或者热菜系统之前首先经过预热或预冷以降低新风负荷。［6］我们利用不同形式的冷却器或加热器，充分利用自然能源或者热回收能源，达到预热或者预冷新风的目的，使得最大化的利用自然能源满足室内良好的人居环境。研究新风预处理和热回收设备研究试验研究基本途径是运行相关设备得出不同因素在影响空调系统处理后的室内温度的比值。如Abd El-Baky和Mohamed已经在试验中使用热管换热器及传感器对新风进行处理并分析出不同新风温度和流量大小对室内空气温度和能耗的改变，从而得出不同室外环境空调的能效比效率；Li及其合作人员通过改变新风的湿度以提高热管换热器的工作效率，制成了热电新风机等试验设备。［7］

3.热回收循环的推广应用的制约因素

伴随着热能形式转换过程中的墙体及玻璃外围护结构的热传导损失，当然这是目前建筑材料技术所不可避免的一种能源的浪费。我们通过在热系统循环中找到节能途径，根据能量守恒定律尽量减少循环体系中能量的损失可以最大化的节能，利用现有技术减少热排放，加大能量的循环利用，利用液体循环式显热回收装置工作原理结合建筑通风系统完成换气量的同时做好热回收。［8］在空调制冷的同时，必将产生大量的热能，我们通过装置将这部分热风吸回来加热蓄水已供家庭使用，在将排放到大自然中的热风回收加热水源，这就是水冷热泵热回收系统的基本原理。然而，进出风口风量的计算与新风量温度对系统的影响，太阳能与热能储存转化，湿度与风量不同影响人体舒适度的参数与控制方法，这都需要试验分析出它们之间的相互联动关系。

空调与暖通循环系统完成热回收利用能量推广利用探讨需要最小的使用期运行成本（LCC）是从其热工性能和经济性能都是暖通空调热回收系统实际应用的要考虑的切实第一大问题，按照目前我们中国能接受的热回收系统的回收可接受期是3到5年来看，运营单位可以接受的回收期（PP）是工艺设计更是要解决的实际问题。能源费用与可利用的废热量主要决定了热回收系统的经济性能。

4.新型热回收循环模式的探索

在传统冷凝器型空调冷凝热热回收系统的热回收器增加温度控制传感装置，通过微电脑控制系统来改变压缩机出口的过热蒸汽进入热回收器的流量，这样可以实现利用过热蒸汽循环加热2级水箱，直至全部冷凝热量的利用，该系统属于复合型水冷热泵空调冷凝热回收系统，系统工作原理图如图1所示水冷热泵热回收机组+辅助电锅炉+太阳能热水器。当阳光足够充分时1级水箱水通过太阳能板加热可以供室内直接用热水；当温度不够时通过温度传感器感应循环至水冷热泵回收机组加热，而水冷热泵回收机组直接参与空调与暖通循环系统这一大循环，当空调与暖通循环系统排除的能量不足以加热满足2级水箱水温时，通过温度传感器计算出能量差额并运用电加热辅助加热系统加热满足，这样可以基本满足全天候室内用热水需要。这样不仅循环利用了能量，还一举多得通过对空调系统设备降温改善了设备使用环境、增加了设备使用寿命。［9］

五、结语

图1 水冷热泵热回收机组+辅助电锅炉+太阳能热水器系统原理图

暖通空调的节能热循环技术的应用一直是科研工作者近年来研究的热门课题，建立建筑内能量循环利用的体系，打造不同季节的不同循环体系，最大化减少热能损耗实现最大化的能量回收，大幅降低了建筑内能源系统的消耗，利用整体大循环促进建筑节能，为可持续发展建筑的节能减排提供一种科学的创新模式。［10］

辩证全面的来观察我国目前现状，由于暖通空调系统中热回收设备的使用需要增加产品制造成本，此外产品数据计算控制传感器的链接对产品的数控及制造工艺都提出了更高的要求标准，目前这些的设备的成本维护尚成本还需根据建设规模其社会普及情况确定；此外，热回收的换热设备目前只是在一些外资的工业领域中使用，还没有在民用暖通空调系统中得到普及的应用，缺少实际加工使用管理经验。热回收设备成本回收周期较长也是制约国民接受其因素之一，我们相信随着空调节能技术的发展和人们节能意识的提高，热回收技术的前景必将十分广阔。［11］

针对“绿色建筑”倡导的合理利用资源、可持续发展的理念，细化推进可再生能源利用解决方案，将节能管理、环境管理融入千家万户的生活之中，积极融合太阳能、中水处理再利用等绿色新能源技术应用到“热回收循环利用体系”中，发展制冷机组冷凝热回收的换热设备的使用率以综合降低建筑能源消耗是我们下一步的目标。

［1］吕爱民.应变建筑——大陆性气候的生态策略［M］.上海：同济大学出版社，2003.125.

［2］张谷，戴石良.热回收技术在排风系统中的应用［J］.制冷与空调，2008，22（6）.45.

［3］邵宗义.空调系统能量回收技术将促进空调节能的发展［J］.中国建设信息供热制冷，2007，（12）：16.

［4］吴照，赵新红，陈雷田，常凯，徐新恒.上海某工厂空调系统热回收综合节能改造［J］.建筑节能，2014，42（4）：91.

［5］周光辉.空调冷凝热热回收技术发展趋势［J］.中国建设信息供热制冷，2007，（12）：16.

［6］张文军.基于热泵的排风热回收系统实验研究［J］.铁道工程学报，2014，6（6）：114.

［7］刘娣.室内空气逆时间反演与通风热回收［D］.长沙：湖南大学，2010.

［8］赵丽.液体循环式显热回收在严寒地区的使用［J］.暖通空调，2014，44（6）：16.

［9］匡芳.热泵热回收技术在空调系统中的应用［J］.有色金属设计，2008，35（1）：55.

［10］Physical Properties of Secondary Coolants（Brines）［M］. ASHRAE Handbook of Fundamentals，1997.191.

［11］Chenvidyakarn T，Woods A.Top-down precooled natural ventilation［J］.Building Services Engineering Research and Technology，2005，26（1）；181-193.

Research on the Application of Heat Recovery in Building Energy-saving System

Hu Yi
（Hefei University，Hefei Anhui 230601，China）

The application status and developing prospect of heat recovery technology in building energy saving system are introduced in this paper.It also analyzes the main factors which affect the heat recovery technology，illustrates the new cycle model of heat recovery which combined with new energy and traditional heat source in the air conditioning system engineering which can reduced energy consumption and improve energy utilization，puts forward some problems in the field of heat recovery technology and provides some references for the promoting of equipment of new energy-saving technology in the field of energy-saving building and environmental protection in our country.

heat recovery；the cooling medium circulation；water-cooled heat pump；compound condenser

TU111.19+5

A

1672-0547（2015）02-0102-03

2014-12-23

胡 毅（1980-），男，安徽合肥人，合肥学院建筑工程系讲师，硕士，研究方向：建筑设计及其理论。

合肥学院土木工程重点建设学科项目（2014xk04）。