冷凝排风热回收一体机在杭州地区应用的经济性分析

潘祖栋，王志毅，杨松杰，汪新民

（浙江盾安人工环境股份有限公司，浙江诸暨311835）

冷凝排风热回收一体机在杭州地区应用的经济性分析

潘祖栋，王志毅，杨松杰，汪新民

（浙江盾安人工环境股份有限公司，浙江诸暨311835）

冷凝排风热回收新风一体机利用建筑排风的冷热量作为空调机组的冷热源来处理新风，具有很高的机组效率。以杭州某办公楼为例，分析了在冷热源采用空气源热泵冷热水机组的系统中引入冷凝排风热回收新风一体机对系统能耗的影响；计算得到设备使用年限内静态和动态投资回收期。在类似的系统中采用冷凝排风热回收新风一体机具有较好的应用前景。

排风；热回收；空气源热泵；投资回收

0 引言

伴随着人们对于空气品质的重视，新风的大量使用带来空调系统的能耗问题。新风负荷在空调负荷中所占的比例很大，在空调系统设计中采取排风热回收措施在“GB 50189-2015公共建筑节能设计标准”中被提出。传统的新风空调机组直接处理室外空气，一般采用大焓差表冷器，同时需要辅助冷热源，能耗很大，同时冷热源效率不高[1]；空气-空气热交换器排风热回收装置回收排风中的冷(热)能对新风进行预处理。可以是显热回收和全热回收。由于其热回收效率在70%左右，经过空气-空气热交换器排风热回收装置处理的新风和回风混合后仍然需要加热（或冷却）处理后送进室内。如果能够对空调排风中的余热加以充分利用，相应降低新风处理的能耗，减小与之相关的冷热源、输配系统及管道的容量，可以降低空调系统的和运行费用，提高整个系统的经济性[2-5]。

1 冷凝排风热回收新风一体机

冷凝排风热回收新风一体机是利用建筑排风作为空调机组冷凝风的一体型全新风空调机组。

冷凝排风热回收新风一体机将空调新风机组和热泵系统相结合（如图1所示），充分利用建筑物的排风能量，通过部分混合新风，冬季提高进入热泵机组蒸发器入口的温度，通过换热回收排风的能量，利用热泵冷凝器加热引入室内的新风。

图1 冷凝排风热回收新风一体机系统流程

制冷时机组利用低温的建筑排风与新风混合作为机组的冷源，因为低温的房间排风，可以有效降低机组的冷凝温度，压缩机功耗减少，提高了能效比。

制热时机组利用高温的建筑排风和新风混合作为机组的热源，回收房间的排风，提高了蒸发温度，提高了制热量，降低了结霜温度，扩大了机组的运行范围。杭州四季分明，受冬、夏季风交替控制，天气状况会发生明显的季节性变化，形成春天阴雨、夏天潮热、秋天干爽、冬天湿冷的四季室外气象参数变化，空气源热泵冷热水机组空调是杭州地区常见的空调形式。本文的冷凝排风热回收新风一体机应用分析基于杭州地区。

1.2 对空调系统的影响

在空气源热泵冷热水机组系统中引入冷凝排风热回收新风一体机后，系统通过热泵技术回收排风中的能量，减少了新风负荷。空调系统冷热负荷的减少相应减少了空气源热泵冷热水机组系统的能耗，不过冷凝排风热回收新风一体的引入增加了排风风机的风量引起能耗以及压缩机的能耗。

冷凝排风热回收新风一体机带来的能耗增加分为两部分:一是排风经过换热器增加的阻力，二是使用一部分新风与排风混合带来的风量增加，同时压缩机也带来了一部分能耗。

冷凝排风热回收新风一体机回收的冷热量:

式中GF，a—新风量，kg/s；

hin—进机组的空气焓值，kJ/kg；

hout—出机组的空气焓值，kJ/kg。

排风机的能耗增加为:

式中ηFan—风机全压效率；

GEx—空调系统排风量，m3/h；

GMix—室外混入风量，m3/h；

ΔPEx—制冷剂换热器存在增加的阻力，kPa；

PMix—室外混入风量需要风机克服的阻力，kPa。

空气源热泵冷热水机组的能耗减少:

式中COP—空气源热泵冷热水机组性能系数。

冷水循环水泵的节能计算:

式中HChw，p—冷冻水泵扬程，Pa；

ΔtChw—冷冻水供回水温差，℃；

cChw—冷冻水比热容，kJ/（kg·K）；

ηChw，p—冷冻水泵全压效率。

热水循环泵的节能计算:

式中Hhw，pump—热水循环泵扬程，Pa；

Δthw—热水供回水温差，℃；

chw—热水比热容，kJ/（kg·℃）；

ηhw，p—热水泵全压效率。

2 实际工程应用分析

2.1 工程概述

杭州某办公楼，建筑面积1.4万m2，空调面积为1.21万m2。按照使用功能，分为占75%的办公区域和25%的公共区域。建筑层高为3.6m，建筑层数为10层，建筑体型系数为0.3，窗墙比为0.4，没有设计外遮阳，内遮阳采用浅色百叶窗，遮阳系数为0.51。围护结构的传热系数等性能参数见表1。

表1 围护结构性能参数

2.2 设计参数与负荷计算

杭州室外设计计算温度及室内空调设计计算温度见表2、表3。

空调使用时间为周一到周五，8:00-20：00。负荷计算数据见表4。

表2 杭州室外设计计算温度

表3 室内空调设计计算温度

表4 负荷计算数据

空调系统采用空气源热泵冷热水机组，制冷时间为5-9月，制热时间为12、1、2月，空调运行方式为室外温度低于20℃开始制热，室外温度高于26℃开始制冷。新风量为每人30m3/h，计算新风量为33810m3/h。

办公楼的设计冷负荷为1021kW，采暖负荷为590 kW。

项目选用空气源热泵冷热水机组5台，性能参数见表5。

表5 空气源热泵冷热水机组性能参数

根据新风量33810m3/h，冷凝排风热回收新风一体机的额定风量为7000m3/h，选用5台。

在运行期间测得夏季新风进出口焓值分别为89.31，59.84kJ/kg；冬季新风进出口焓值分别为18.52，41.92kJ/kg。由公式（1）计算得到夏季新风冷量回收为343.40kW，冬季新风回收热量为263.72kW。在空气源热泵冷热水机组空调系统中采用冷凝排风热回收新风一体机的年运行能耗的变化根据公式（1）-（5）计算，结果见表6。

表6 增加冷凝排风热回收新风一体机后空调系统能耗变化

2.3 经济性分析

采用的系统进行经济性分析计算，得到投资回收期来判断其经济价值。

空调冷热源初投资的减少值:

式中CPr1，CPr2—使用冷凝排风热回收新风一体机前后空调冷热源的初投资。

Q—空调系统的设计冷热负荷，kW；

ηx—空调系统新风负荷与空调系统设计负荷的比值，%；

pt—空气源热泵冷热水机组造价（元），按照700元/kW。

冷凝排风热回收新风一体机的初投资为:

式中pe—单位风量价格，按照1000元/m3/h。空调冷热源的年运行费用:

式中Ns—空气源热泵机组耗电量，kW；

ηi—空调系统实际负荷与设计负荷的比例，%；

T—空调系统的全年运行时间，h；

λi—各种空调负荷下运行的时间比例，%；

pd—电价，取1元/kW·h。

冷热源节省的年运行费用:

式中C02—使用冷凝排风热回收新风一体机前后空调系统空气源热泵的年运行费用；

ΔNs—使用冷凝排风热回收新风一体机后空调系统设备减少的功率，kW；

冷凝排风热回收新风一体机的静态投资回收期:

代入数据，计算得到冷凝排风热回收新风一体机应用于办公楼的静态回收期为3.8a。

动态投资回收期计算可以为4.7a。

折现率i可以考虑行业折现率或者社会折现率，不能低于银行贷款利率，取8%。

3 结语

冷凝排风热回收新风一体机利用建筑排风冷热量作为空调机组冷凝风，运行高效、节能:冷凝器设计在排风通道中，对排风进行热回收，提高了设备COP值。夏季制冷工况时，利用回风进行冷凝，降低机组冷凝温度，改善机组运行工况，提高了设备的可靠性。以杭州某典型办公楼为例，利用回收期的公式和相关数据计算得到静态投资回收期为3.8a，动态投资回收期为4.7a，应用于类似地区具有较好的收益和价值。

[1]马力双，杨洁，张旭.板式空气全热交换器在上海地区的应用性分析[J].建筑节能，2011，39（8）:16-18.

[2]吴字红，梁江.空调排风热回收系统设计应用浅析[J].暖通空调，2010，38（12）:60-64.

[3]S.B.R iffat，C.G illott.Perform ance of a novel m echanical ventilation heat recovery heat pum p system Applied Therm al Engineering，2002，（22）:839-845.

[4]吴毅平，叶勇军，寇广孝.基于空调排风的空气源热泵的节能特性分析[J].制冷空调与电力机械，2004，26（5）:26-28.

[5]潘际淼.一种基于热力循环（热泵）的全热式新排风热回收空气处理机的分析与改进[J].建筑节能，2010，38（12）.

Economic Analysis of Condensing Exhaust Air Heat Recovery Fresh Air All-in-one Unit in Hangzhou Area

PAN Zu-dong，WANG Zhi-yi，YANG Song-jie，WANG Xin-min
（Zhejiang Dun’an Artificial Environmental Co.，Ltd，Zhuji 311835，China）

Condensing exhaustair heatrecovery fresh air all-in-one unitdeals fresh air with the heatof building exhaustairascold orheatsource and hasvery high unitefficiency.In thispaper,energy consum ption influence ofcondensing exhaustairheatrecovery fresh airall-in-one unitintroduce to the office building ofairsource heatpum p system isanalyzed. Equipm entis calculated using static and dynam ic payback period ofinvestm entin fixed num berofyear.In a sim ilarsystem condensing exhaustairheatrecovery airm achine hasvery good application prospects.

exhaust air；heat recovery；air source heat pum p；investm ent payback

TU 83

B

2095-3429（2017）02-0065-04

2016-12-19

修回日期:2017-02-13

潘祖栋（1976-），男，浙江天台人，硕士，高级工程师，技术总监，从事制冷空调产品研发管理工作。

D O I:10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.02.015