热泵式排风热回收式新风机在工程中的应用

张 鹏

(山西中创建筑设计有限公司，山西 太原 030024)

热泵式排风热回收式新风机在工程中的应用

张 鹏

(山西中创建筑设计有限公司，山西 太原 030024)

阐述了排风热回收对空调系统建筑节能的意义，结合工程实际重点介绍了热泵式排风热回收新风机在某报告厅建筑中的应用情况，并对其节能和经济性进行了分析介绍，以供参考。

排风热回收，空调系统，节能，建筑能耗

0 引言

随着我国现代化进程的加快，建筑能耗已经占到我国总能耗的30%左右。而在建筑能耗当中，建筑物采暖、通风和空调的能耗占建筑能耗的20%～40%[1]，因此，排风热回收是建筑节能的重要手段，空调系统中处理新风所需的冷热负荷占建筑物总冷负荷的比例很大，为有效减少新风冷热负荷，应当尽量采用排风热回收装置回收空调排风中的冷量和热量[2]。我国的建筑节能相关标准和措施中[3，4]，对于设置排风热回收的条件也做了规定，即当建筑物内设有集中排风系统且符合下列条件之一时，建议设计热回收装置：1)当直流式空调系统的送风量不小于3 000 m3/h，且新、排风之间的设计温差大于8 ℃时。2)当一般空调系统的新风量不小于4 000 m3/h，且新、排风之间的设计温差大于8 ℃时。我国的工程设计中也在大力推广和使用排风热回收，在许多工程案例中都有所使用[5-10]。本文，将就排风冷凝热回收在现代分析测试中心工程中的应用进行介绍。

1 排风热回收方式概述

热回收系统就是把建筑物内外的余热(冷)或废热(冷)回收

作为供热(冷)或其他加热(制冷)设备的热(冷)源加以利用的系统[11]。在空调系统中的排风热回收系统按照处理方法可分为两类：1)无源换热法，仅通过各种热交换设备，外界不增加任何可促进转换的能源，将排风中的冷热量进行回收；2)有源热回收法，利用热力循环原理，加入少量电能或机械能，将排风的冷热量进行回收；按照回收能量的性质可以分为显热回收和全热回收；按照换热器的类型可以分为板式、转轮式、热管式、中间热媒式和热泵式等。排风热回收系统的形式非常多，要根据实际的工程情况综合技术、经济分析比较，才能合理确定适合的方式。例如板翅式适用于住宅，小型办公楼，通常适用于1 000 m3/h风量以下，当排风中有有害物质的时候不宜选用，过渡季节或冬季使用新风供冷时在新风和排风管道上分别设置旁通风道，安装风阀，让空气绕过换热器；热管式适用于2 000 m3/h～30 000 m3/h风量，通常在各类中小规模公共建筑中比较常见，尤其适用于医院、游泳池等排风中含尘量不多的情况，使用时应考虑积灰等因素对使用效率的影响；转轮式和分离式一般用于大型公共建筑如商厦、候机楼、体育馆等建筑，风量不小于30 000 m3/h，适合排风不带有害和有毒物质的情况使用，严寒低温区设计时应特别考虑转轮上会不会结霜、结冰的情况；热泵式则适用于1 000 m3/h～10 000 m3/h风量，适用于分层设置热回收装置的办公楼，单独设置冷热源的情况，无集中冷热源的中小规模项目。

2 工程应用实例

2.1 工程简介

某现代分析测试中心项目为新建项目，位于山西省太原市某大学校园内。本工程总建筑面积41 760 m2，全部建于地上。依据设计任务书要求，本工程为以办公、实验、教研为主的包括机电工程学院、化工与环境学院、信息与通信工程学院、分析测试中心、学术交流中心、地下目标毁伤中心以及学术交流中心等功能的建筑群。其中学术报告厅空调面积947.78 m2(450人容量)，空调系统采用变冷媒流量空调系统加新风系统。

2.2 负荷分析

夏季室外设计参数：室外空气干球温度tw=31.5 ℃，相对湿度Φ=58%，室外空气焓hw=75.2 kJ/kg；室内设计参数：室内空气干球温度tn=26 ℃，相对湿度Φ=60%，室内空气焓hn=58.6 kJ/kg，人员新风量20 m3/(人·h)。新风量为Gw=20 m3/(人·h)×450人=9 000 m3/h，新风负荷按式(1)计算：

Qw=Gwρ(hw-hn)

(1)

其中，ρ为空气密度，夏季取1.1 kg/m3。计算得到新风负荷为45.65 kW。

2.3 排风热回收系统选择

本工程中的报告厅，新风量非常大，为了减少新风负荷，设置排风热回收，可以有效减少新风负荷，达到节能的目的。本工程中新风量为9 000 m3/h，根据以上的分析，适合选用热泵型排风热回收新风系统，系统图见图1。热泵型排风热回收新风系统是由压缩机、节流机构、两台放置在排风系统和新风系统中的空气—制冷剂换热盘管和四通换向阀组成。

在夏季工况，排风侧的盘管为冷凝器，新风侧的盘管为蒸发器，从而达到冷却新风的目的，并充分利用了排风的冷量；在冬季工况，四通转向阀使得制冷剂流向发生改变，这时排风侧的盘管为蒸发器，新风侧的为冷凝器，系统从排风吸热从而达到加热新风的目的[13]。本次设计对该报告厅采用的是单冷型冷凝排风热回收系统，主要回收夏季的排风冷量。供货商提供的性能参数如下：风量10 000 m3/h，制冷量80.8 kW，制冷COP值为3.96。

3 节能效果和经济效益

在设计工况下，如果不采用热回收装置，采用直接蒸发式新风机组，按照COP=2.8计算，针对新风负荷需要消耗的电量为每小时16.3 kW。采用热泵式排风热回收新风机组，COP=3.91，此时新风负荷所需要消耗的电量为每小时11.67 kW。每小时节省4.63 kW。按照平均电价0.7元/kWh计算，每小时节省费用3.241元。夏季按照每天运行10 h，运行120 d计算，可以节省3 889.2元。除此之外，由于蒸发器和冷凝器是彻底分开的，所以不存在细菌或污染气体的交叉污染，室内与室外为一体化结构，无需冷媒管连接，仅需连接风管就能运行，因此也节约了安装和运行当中的费用。

4 结语

本文结合工程实际，阐述了排风热回收对空调系统建筑节能的意义，介绍了热泵式排风热回收新风机在某报告厅空调新风系统的应用情况。通过分析表明，热泵式排风热回收新风机利用品位较高的排风冷量，可以减少新风冷负荷的能量消耗，具有较高的COP值。此外，由于蒸发器和冷凝器是彻底分开不存在细菌或污染气体的交叉污染，室内与室外为一体化结构无需冷媒管连接，具有良好的节能和经济效益。

[1] 卢 钧，连之伟.热回收装置在空调工程中的应用[J].制冷空调与电力机械,2007,116(4):82-85.

[2] GB 50736—2012，民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].

[3] GB 50189—2005，公共建筑节能设计标准[S].

[4] 全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇暖通空调·动力[M].北京：中国计划出版社，2007.

[5] 杨昌智，陈 丹.排风热回收系统的经济性分析[J].湖南大学学报(自然科学版),2009(S2):103-108.

[6] 杨治国，刘顺波，黄志刚，等.国防地下工程排风热回收技术经济性分析[J].制冷与空调(四川),2012,26(2):173-176.

[7] 陈 灿，张少凡，张建忠.排风热回收技术在夏热冬冷地区居住建筑中的应用研究[J].暖通空调,2012,42(3):55-59.

[8] 王新华，彭颖婷，刘泽华，等.工业建筑排风热回收方案研究[J].洁净与空调技术,2013(1):8-11.

[9] 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,2014,31(6):114-117.

[10] 瞿 超，刘成刚.制药厂实验区空调系统排风热回收方案分析[J].建筑科学,2014,30(8):90-93.

[11] 赵建成，周 哲.排风热回收系统在工程中的应用[J].建筑科学,2006,22(6)：39-40.

[12] 吴宇红，梁 江.空调排风热回收系统设计应用浅析[J].暖通空调,2008,38(9):60-63.

[13] 陆亚俊，马最良，邹平华.暖通空调[M].北京：中国建筑工业出版社,2002.

The application of heat pump type exhaust air heat recovery fresh air machine in engineering

Zhang Peng

(ShanxiZhongchuangArchitecturalDesignLimitedCompany,Taiyuan030024,China)

This paper introduced the meaning of exhaust air heat recovery to air conditioning system building energy consumption, combining with the engineering practice emphatically introduced the application situation of heat pump type exhaust air heat recovery fresh air machine in a building lecture hall, and introduced and analyzed its energy saving and economy, for reference.

exhaust air heat recovery, air conditioning system, energy conservation, building energy consumption

2014-12-11

张 鹏(1980- )，男，工程师

1009-6825(2015)06-0123-02

TU831

A