热回收新风机组风量优化控制的研究

何冠成 刘大为 施 慧 郑 帅

（1.威凯检测技术有限公司 广州 510663； 2.江苏黑森林环保科技有限公司 苏州 215631；3.嘉兴威凯检测技术有限公司 嘉兴 314000）

引言

热回收新风机组具有高效、节能的特点，其热回收率一般为（55～70）%，也就是说机组会把（30～45）%的热量带入建筑内。由于建筑的新风需求量是随着人员、空气质量而变化的，如果热回收新风机组不能根据这些因素来自动调节新风量，一直维持在高风档，就会为建筑带来不必要的热负荷，空调系统除去这些热负荷又需要消耗更额外的电能，而且高风档下机组的噪声比较大，用户体验差。

本文研究热回收新风机组工作原理及风量控制技术，通过实验反映风量与噪声、热负荷、新风-空调系统功率的关系，并验证在热回收新风机组与空调器配合使用情况下，风量自适应控制的可行性与优越性，为热回收新风装置风量控制的优化提供实证。

1 热回收新风机组

热回收新风机组是以显热或全热回收装置为核心,通过风机驱动空气流动实现新风对排风能量的回收和新风过滤的设备[1]。热回收新风机组进行室内、外空气交换的过程分为两个：其一，室内空气经排风管排除，通过过滤器向室外进行排放；其二，室外新鲜空气通过风口进入机组，途径过滤器进行过滤后，再通过机组风扇吹向室内。相同的送风、回风量不但保证了室内外空气再不断的更新，同时，也可以进行室内、室外的冷热交换，保证了室内温度舒适。新风热回收机组一般会与空调系统配合使用，应用于大型人员密集场所，可增加室内空气的新鲜度，保持室内空气的温、湿度指标，减少空调负荷、降低空调设备的容量和日常运行费用，以达到空气净化和节能的双重目的。

热回收新风机组的热回收率一般为（55～70）%，意味着机组会带来把（30～45）%的热量带入建筑内，这部分热负荷需要空调系统来平衡。由于建筑的新风需求量是随着人员、空气质量而变化的，如果热回收新风机组不能根据这些因素来自动调节新风量，而一直维持在高风档，会有以下不良影响：①为建筑带来额外的热负荷，增加空调系统的能耗；②噪声比较大，用户体验不好；③降低热回收新风机组的热回收率。因此有必要对新风热回收装置风量控制进行优化，以提高产品的实用效果。

2 风量控制技术

目前热回收新风机组的风量控制方式主要分为三种，开关式控制、多挡调速控制和自适应调速控制。开关式控制通过控制风扇电机的启停，实现热回收新风机组的开启和关闭，使用过程中风扇电机保持同一个速度，风量不会变化。多挡调速控制一般采用3～4个挡位，用户可以手动调整风量，如房屋刚装修时，为了降低室内甲醛、苯类、VOC浓度，增加室、内外空气交换次数，可将挡位调至高风挡位，夜晚睡眠时间，新风量需求降低，为了获得较低的噪音，可将挡位调至低风挡位。自适应调速型控制，可实现热回收新风机组的风量自动调节，根据室内空气污染情况、温度情况自动调整风扇电机的转速、或整机的运行模式，从而控制风量，三种控制方式接线原理如图1所示。显然具有自适应调速控制风量的热回收新风机组更符合智能、节能的需要。

图1 风量控制方式

黑森林ERV系列的热回收新风机组使用了自适应调速风量控制技术，具有运行模式分为，智能、手动、内循环、睡眠、单送风、单排风等多种模式，产品配备HK-G6控制系统及直流变频无刷电机，通过控制系统设置7个VSP电压值，将电机运行挡位设定为7个挡位，接近无极调速。控制系统可根据不同运行模式依据不同的逻辑调整VSP实现自适应调速风量控制。在智能模式下，通过传感器的实时检测与反馈，可根据过滤后的室外温度值、运行时间、PM2.5浓度值及CO2浓度值四个因素，自主运行调整至合适的挡位。以ERV-350QDJ-HD-L-N（BO）型号（风量350 m3/h）为例，不同自适应控制逻辑下，机组的运行状态如表1所示。

表1 智能模式控制逻辑及运行状态

自适应调速风量控制技术通过直流无刷电机本身的高效率及良好的调速性，将手动调挡控制方式精细化、自动化，风量挡位由原来的3挡调至8挡，结合多位传感器的监测、反馈数据，实时管理运行模式，按需工作，从而降低了热回收新风机组的能耗，减少室内热负荷。

3 试验方案与结果分析

3.1 试验方案与结果

为了分析风量控制系统在不同新风需求下的应用特性设计试验，测试热回收新风机组在不同的新风需求下，机组的热负荷、噪声、新风与空调系统耗电量。本文采用ERV-350QDJ-HD-L-N（BO）型号为试验样机，热回收新风机组的性能参数如表2所示。

表2 热回收新风机组性能参数

3.1.1 风量-热负荷试验方案与结果

有研究[2]表明，新风机组为房间提供新鲜空气同时会增加房间热负荷，依据标准GB/T 21087-2020《热回收新风机组》（下文简称《标准》）安装样机，使用《标准》附录F中F.1.3两室法进行风量测试，热负荷通过下公式（1）计算：

式中：

C—热负荷，W；

qhm—换风量（取送风质量流量与回风质量流量中较大者），kg/s。

风量-热负荷测试的结果如表3所示。

表3 制冷工况下风量-热负荷试验结果

风量-热负荷关系曲线如图2所示。

图2 风量-热负荷关系图

3.1.2 风量-噪声试验方案与结果

参考《标准》附录I对样机的进行噪声测试，测试在焓差实验室进行，测试环境本底噪声为43.5（dB（A））

风量-噪声测试的结果如表4所示。

表4 制冷工况下风量-噪声试验结果

风量-噪声的关系曲线如图3所示。

图3 风量-噪声关系图

3.1.3 风量-系统消耗功率试验方案与结果

试验采用ERV-350QDJ-HD-L-N（BO）型热回收新风机组与名义制冷量为5 900 W的落地式房间空气调节器组成新风与空调系统，落地式房间空气调节器的性能参数如表5所示。

表5 制冷工况下风量-系统消耗功率试验结果

使用10 HP空调器焓差试验室的两个间室分别模拟室外环境、室内环境进行风量-系统消耗功率测试。新风与空调系统的安装方式如图4所示。

图4 新风与空调系统试验布置图

测试期间室外侧开启空气调节装置，新风与空调系统的进风干/湿球温度控制在35/24 ℃, 室内侧不开启空气调节装置，模拟热负荷的输入功率调节与空调器的名义制冷量一致。挂壁式房间空气调节器以制冷模式运行，温度设置为26 ℃，风档为自动档，其他功能不开启。热回收新风机组以不同的风量状态分别进行测试，调节风量后，稳定30 min后，开始记录新风与空调系统耗电量、空调器室内侧回风温度等参数，记录约30 min的数据，取各数据的算术平均值作测试结果。

风量-系统消耗功率测试的结果如表5所示。

风量-系统消耗功率的关系曲线如图5所示。

图5 风量-系统消耗功率关系图

3.2 结果分析

试验结果表明：

1）自适应调速风量控制技术在热回收新风机组的应用可行有效,风量调节精度可达30 m3/h。

2）新风量对热负荷有明显影响，并呈线性关系。随着新风量的增加，热回收新风机组的热负荷从438 W上升至1 482 W。

3）新风量与噪声的关系明显，随着新风量的减少，自适应调速风量控制可降低热回收新风机组的噪声9.3 dB（A）

4）新风量对新风-空调系统的消耗功率有明显影响，在新风需求小的情况下，自适应调速风量控制最多可降低新风-空调系统15.6 %的消耗功率。

4 结束语

本文通过实验验证了热回收新风机组的新风量与热负荷、噪声的关系。控制热回收新风机组的风量，可有效提高焓交换效率，降低噪声，降低新风与空调系统的功率。使用热回收新风机组时，建筑通风工程往往按照会最大新风需求来选型，而在建筑实际新风需求小于设计值的情况下会造成资源浪费。根据新风需求对热回收新风机组的风量进行优化控制是可行与有益的，本文为热回收新风机组风量控制的优化提供实证。