近零能耗建筑新风热回收效率测试及节能分析

丑雪松，韦新东，陶 进

（1：吉林建筑大学市政与环境工程学院，吉林 长春 130118；2：吉林建筑科技学院市政与环境工程学院，吉林 长春 130114）

0 引言

如今随着人们生活水平的提高，对建筑已经不仅是为了遮风挡雨、御寒保暖等一些基本要求，除此之外对所居住的建筑室内空气品质也有着极高的要求，这加剧了空调系统的消耗。而在空调系统的能源消耗中，新风负荷却占据了30%以上[1]。在严寒地区，冬季室内的排风中存在着大量的热能，如果全部排到室外会浪费掉很多能源。所以对室内排风中的热能进行再回收显得尤为重要。对此，我们选择通过实际工程——对吉林建筑科技学院近零能耗建筑中的新风热回收效率进行实测，并分析所得到的数据计算节能效果。

1 测试地点简介

此次研究地点位于吉林省长春市，长春市位于东经125 °35 ′，北纬43 °88 ′，地处严寒地区。该近零能耗建筑位于长春市吉林建筑科技学院校内东部，是学校工程训练实训中心的附属建筑。该建筑是一所集多项建筑节能关键技术和清洁能源及可再生能源利用技术的多能互补型建筑，共2 层，总面积为1 180 m2。建筑新风系统为室内工作区域提供新风量，房间内送风方式采用上送下回以此满足室内人员的新风需求[2]。

2 新风热回收测试

2.1 测试系统简介

本建筑所用的热交换器为全热交换器，它既可以回收室内排风中的显热，也可以回收排风中的潜热。温度低的新风与室内排出的高温度排风在换热器的同一侧，两股气流由于温度差及蒸汽分压差的原因，在经过换热器的芯体时产生全热交换过程。新风回收室内排风中的部分能量从而提高自身，使得用相对较少的电能即可将新风加热到足以向室内送风的状态，从而达到节能的效果。

由于本次测试在严寒地区的供暖期内，所以新风温度的控制极为重要，经调查，严寒地区工程都会将新风预热到5 ℃左右[3]，在室外新风温度高于5℃时，采用如图1 的处理方式。

图1 冬季新风热回收流程图

而在室外新风达不到5 ℃时，尤其当室外温度低于0 ℃时，我们将开启电辅助系统，先将室外新风预热到5 ℃左右，再将预热后的新风送入热交换机，从而与室内排风在交换机内进行热交换。流程如图2 所示。

图2 冬季电预热新风热回收流程图

2.2 测试方法

2.2.1 新风量测试

根据《公共建筑节能检测标准》对其新风量采取风管、风量检测方法进行检测。由于此次试验测试的风管断面尺寸皆为0.5 m×0.5 m。所以在矩形截面纵横比小于1.5 的情况下，在风管上采取5 个测点，测点位置分布如图3 所示。

图3 风管测试点

图中A 代表风管的边长，依据此项目中风管的边长为0.5 m，对新风管进行测点布置，测试前，关闭新风机组空气处理系统，即加湿、加热、风机等。并将机组内部旁通风阀关闭。采用数字式风速仪对风管断面风速进行测量并取得算数平均值。经测试，新风管内平均风速为1.8 m/s，室内排风管内平均风速为3.7 m/s。

2.2.2 热回收效率测试

在开始测试前，同样关闭新风机组空气处理系统，即加湿、加热、风机等。并将机组内部旁通风阀关闭。工作完成后开启全热回收机，进行对交换效率的测试。在每天开始测试前，需将新风风机运行30 min，并在其稳定运行后，将具有自动记录功能的4 个WSZY—1 温湿度自记仪分别安置在全热回收机前后的新风管、送风管、回风管及排风管内部。各个位置的温湿度测试频次为1 次/min，测试时间为30 min，共30 次测量。

2.3 测试结果

热回收效率是评价一个热回收装置换热性能的重要指标[4]。根据《近零能耗建筑测评标准》可知，近零能耗建筑新风热回收机组的交换效率在热量回收的工况下，要求显热交换效率≥75%，全热交换效率≥70%。其计算公式如下：

式（1）中：ηwd，ηh分别为显热交换效率和全热交换效率，%；toA，tsA和tRA分别代表新风干球温度、送风干球温度及室内回风干球温度，℃；hoA，hsA，hRA分别代表新风焓值、送风焓值及室内回风焓值，kJ/kg。本次选取了长春市冬季供暖期期间的 10 d（2019.12.31—2020.01.09）进行新风热回收效率的测试。测试结果如图4 所示。

图4 交换效率

由上述试验得到的管内风速可计算得出：新风热回收机组的新风量为1 620 m3/h。室内排风量为3 330 m3/h。并通过计算得到热回收新风机组新风单位风量耗功率为0.4 W/（m3/h）。根据李雪华[5]所做的试验可知，迎面风速对于热回收效果影响很大。由于本次测试期间风管内平均风速在合理的迎面风速范围内，所以通过图4 的测试结果可以看出，测试期间该建筑新风热回收系统显热交换效率平均为75%，全热回收效率平均为73%。完全满足《近零能耗建筑测评标准》中热回收新风机组的交换效率要求。

3 节能分析

该近零能耗建筑冬季运行模式主要为地源热泵供暖，其次为太阳能光热供暖。在满足太阳能光热供暖的条件下，优先使用太阳能。试验期间皆为地源热泵供暖，每日8 h 的供暖时间，且室内设计温度为26 ℃。对此进行全热回收的节能测试。热回收量计算公式如下：

式中，E 为热回收能量，kW；G 为新风风量，m3/h；ρ为空气密度，kg/m3；η 为热回收效率，%。根据式（3）计算所得测试结果见表1。

表1 热回收量测试结果

经测试及计算，试验期间总热回收量为618.12 kW·h，由热泵机组向室内提供的热量为1 261 kW·h，在新风机组运行期间，新风所消耗的能量为280 kW·h。因此，在试验期间严寒地区冬季新风热回收率为26.8%。长春市冬季供暖期为168 d，通过上述测试，供暖期间新风热回收机组总回收热量约为10 384.4 kW·h，并可以为建筑实际节约近5 680.4 kW·h 的能量。按照长春市学校用电每度电0.525 元来计算。供暖期期间可节省约2 982.21 元。

4 结语

1）该近零能耗建筑冬季显热回收效率为75%，全热回收效率为73%。二者均满足《近零能耗建筑测评标准》的要求。

2）测试期间，试验实际总热回收量为338.12 kW·h，热回收率为26.8%。整个供暖期可以为建筑节约5 680.4 kW·h 的能量，并节省约2 982.21 元。

通过测试结果及分析来看，在严寒地区这类受环境因素影响较大的地区，新风热回收机组的使用前景还是非常可观的，并在不断的改进与完善，严寒地区新风热回收机组在以后会有更广阔的推广价值。同时为后期如何提高严寒地区机组换热效率及提高机组热回收率等方面提供了新的研究方向。