热回收空调系统风机的匹配特性及选型

李红民



热回收空调系统风机的匹配特性及选型

李红民

（中南大学能源科学与工程学院 长沙 410083）

热回收空调系统具有自动化程度高，节能环保等优点，能够显著减少空调系统的能耗。对不同情况下热回收空调系统风机的运行工况进行了研究。结果表明，采用一台风机取代全热换热器和空调器中的两台风机能够大幅度提升风机的运行性能。本研究可为热回收空调系统在空调行业的推广和应用提供参考。

热回收空调系统；风机；运行工况

0 引言

现代空调系统中，如何以较低的能耗获得新风已成为暖通空调领域研究的热点[1-3]。近年来，热回收空调系统以其节能环保、运行费用低等优点引起了国内外越来越多专家学者的关注，热回收空调系统是一种将空调器与全热换热器联用的空调系统，通过增设全热换热器，向室内输入新风并回收排风中的热量，能够显著减少空调系统的能耗，对于改善室内空气品质、提高能源的利用效率具有非常重要的意义[4]。由于空调器和全热换热器是两个不同的产品，它们往往是各自独立运行的。如果只是将两者简单组合联用，将导致送风系统中全热换热器送风风机和空调器送风风机短距离串联，严重影响全热换热器及空调器的性能[5-8]。针对这种情况，本文对全热换热器与空调器在不同组合情况下风机的运行工况进行了研究，并通过实际案例分析了如何确定热回收空调系统风机的型号。本文的研究可为热回收空调系统在空调行业的推广和应用提供参考。

1 简单串联运行

将全热换热器与空调器进行简单的串联是热回收空调系统当前较为普遍的应用形式，该空调系统通常有全热换热器单独运行、空调器单独运行、全热换热器与空调器联合运行三种运行模式。通过在全热换热器出风口、空调器进风口、回风口安装阀门，在热回收空调系统工作时，分别调节这三个阀门就能对全热换热器与空调器的联用模式进行切换，以达到不同的工作目的。

当全热换热器单独运行时，其风机运行工况如图1所示，其中F1为全热换热器送风风机的特性曲线，G1全热换热器自身阻力和连接管道的管道阻力曲线，M1点为全热换热器送风风机的实际工况点。由图可知，此模式下风机的运行状况良好。

当空调器单独运行时，其空调器送风风机运行工况如图2所示，其中F2为空调器送风风机的特性曲线，G2为包括空调机蒸发器空气侧的阻力以及连接管道的管道阻力曲线，M2点为空调器送风风机的实际工况点。由图可知，该模式下风机的运行状况良好。

图1 全热换热器送风风机运行图

图2 空调器风机运行图

当全热换热器与空调器联合运行时，风机的运行工况如图3所示，其中F1为全热换热器送风风机的特性曲线，F2为空调器送风风机的特性曲线，F´为串联后风机的综合特性曲线。因管路布置的原因可能有三种不同的管道阻力曲线a、b和c，分别与风机综合特性曲线F´相交于工作点Ma、Mb和Mc。由图可知，在工作点Mb时，其风量和压力与风机F1单独工作时相同，风机F2处于空转状态。在工作点Mc时，其风量和压力反而比风机F1单独工作时要小，此时风机F2只起到增加阻力和节流的作用，其操作上可靠性很差。因此，在简单串联时要着重于管道的布置情况，以避免风机在运行效果较差的工况点运行。

图3 联用后风机系统运行图

2 改进串联运行

由1可知，在简单串联情况下，全热换热器与空调器在联合运行时风机在操作上可靠性较差，这一点在管道阻力曲线越平缓时越明显。针对这种情况，本文通过合理布置管道，并采用一台风机F来代替全热换热器风机F1与空调器风机F2工作（如图4所示），此时风机的运行工况如图5所示，其中F为风机的特性曲线，G为管道阻力曲线，M为风机的实际工况点。由图可知，与简单串联相比，风机的性能大大提高。

图4 全热换热器和空调机联用示意图

图5 联用后风机F运行图

3 风机选型实例

由2可知，采用一台风机F来代替全热换热器风机F1与空调器风机F2工作能够大幅度提高热回收空调系统风机的工作性能。在只采用一台风机运行时，为保证空调效果，该台风机F所提供的风量不能减小，所提供的压头也要能克服全热换热器、空调器及其连接管道的阻力之和。因此风机的选型变得尤为重要。

本节以北京地区某家庭安装的热回收空调系统为例，设计风量为500m3/h。管道长5m，采用断面尺寸为250mm×160mm的胶合板标准矩形风管。全热换热器进气侧的阻力为：ΔP=1978.951.998，送风风机F1的选型参数为：1=525m3/h，1=110Pa；空调器蒸发器空气侧的阻力为：ΔP=2003.8781.7，空调器风机F2的选型参数为：2=525m3/h，2=140Pa。

为使计算简便，首先作如下假设：

（1）假定管道只有一个送风口；

（2）风机及设备所占的管道长度忽略不计；

（3）除送风口外，其他部件处的面积均假设为管道面积。

已知胶合板标准矩形风管管道摩阻系数＝0.06，管道的实际面积A=0.04m2。管道送风口面积A=0.07m2。夏季北京地区的空气密度值为1.136kg/m3。管道送风口局部阻力系数取1.0，进风口局部阻力系数取0.9，阀门及其它局部阻力系数之和取1。

根据已知信息，计算得到k＝3088.714。将其代入（2）式，可得管道阻力的计算式。

单安装全热换热器时管道的阻力：

1=3088.7142+1978.951.998（3）

单安装空调器时管道的阻力：

2=3088.7142+1973.8781.7（4）

两台设备联用时管道的阻力：

=3088.7142+1978.951.998+1793.8781.7（5）

在设计风量=500m3/h下，1=97.91Pa，1=122.15Pa，=160.47Pa。

同时风机的风量与风压，考虑一定安全裕度为

=1.05×500=525m3/h （6）

=1.1×160.47=176.52Pa（7）

由于当地大气压为99860Pa，温度为33.2℃，与标准条件不符，风压需进行换算。标准条件下的风压：

由于风机在民用空调系统中工作，考虑到噪声要求，风机F可选用FGD系列方接口低噪声管道风机，FGD-I No.40-20M风机满足要求。根据式（3）～（5），可做出管道特性曲线，得到风机实际运行曲线，如图6所示（由于篇幅所限，只列出两台设备联用时的风机选型结果图）。联用后，风机F的工作参数（即图上M点坐标）为：=518.50m3/h，=171.83Pa。

图6 风机F运行工况图

Fig.6 Operation diagram of blower F

4 结论

本文对不同情况下热回收空调系统风机的运行工况进行了研究，得到的结论如下：

（1）全热换热器和空调器作为两个独立的产品，将两者进行简单串联使用时，应注意合理布置管道，以避免风机在操作性很差的工况点运行；

（2）当全热换热器与空调器联合运行时，应该采用一台风机取代全热换热器和空调器的两台风机，使其运行效率最大，同时满足全热换热器及空调机的性能要求；

（2）在采用一台风机取代两台风机工作时，应选择合理的风机型号，在选择该台风机时应遵循的原则为：风量保持不变，风压为原来两台风机风压之和的0.5～1倍，如果风机实际工作环境与标准条件不一样，还应进行性能参数换算。

[1] 钟珂,亢燕铭,黄璞洁.板翅式空气全热交换器热回收效率的实验研究[J].暖通空调,2007,37(2):62-67.

[2] 吴丽.浅谈空调系统中的排风热回收[J].建筑节能,2009, 37(5):43-46.

[3] 刘正清,蒲隽.地下KTV场所通风排烟设计问题探讨[J].制冷与空调,2017,31(2):184-187.

[4] 郭建,华泽钊,陶乐仁,等.空调系统排风热回收换热器的试验研究[J].可再生能源,2006,21(5):65-70.

[5] 刘师多,丁慧玲,师清翔,等.横流风机与离心风机串联特性的试验[J].农业机械学报,2006,37(7):74-77.

[6] 王荣先,师清翔,姬江涛,等.横流风机与离心风机串联吸气特性的试验研究[J].太原理工大学学报,2008,39(4): 336-339.

[7] 丁慧玲,刘师多,倪长安,等.两横流风机串联排气特性试验分析[J].中国农机化,2006,23(4):72-76.

[8] 陈华,杨亚星.直接蒸发式与串联式独立新风空调系统性能实验研究[J].热科学与技术,2007,16(4):330-337.

Matching Performance and Selection of Blower for Heat Recovery Air Conditioning System

Li Hongmin

( School of Energy Science and Engineering, Central South University, Changsha, 410083 )

Heat recovery air conditioning system can significantly reduce the energy consumption of air conditioning systems and it has the merit of highly automatic, energy saving and environmental. In this paper, the blower operating conditions of heat recovery air conditioning system were studied under different situation. The results show that the use of a single blower to replace the two blower of heat recovery ventilator and air conditioner can greatly improve the performance of the blower. The research in this paper can provide a reference for the promotion and application of heat recovery air conditioning system in air conditioning industry.

heat recovery air conditioning system; blower; operation condition

1671-6612（2018）06-595-04

TK091

A

李红民（1969-），男，研究生，实验师，E-mail：19057407@qq.com

2018-01-11