热回收效率对排风热回收式热泵性能的影响研究

石峰豪 卢 军

热回收效率对排风热回收式热泵性能的影响研究

石峰豪 卢 军

（重庆大学 重庆 400045）

排风热回收式热泵因具有结构紧凑，节能环保等优点，在北欧等国家得到一定的推广。排风热回收式热泵主要分为单级和双级热回收式热泵，而热回收装置作为双级热回收式热泵的重要部件，其热回收效率会影响到整个热泵系统的性能。通过TRNSYS对双级热回收式热泵在重庆冬季的运行情况进行了模拟，并与常规空气源热泵和单级热回收式热泵进行了对比。结果表明，双级热回收式热泵机组的性能系数随着热回收的效率升高而降低，且介于单级热回收式热泵和常规空气源热泵的性能系数之间，而双级热回收式热泵系统的性能系数则随热回收的效率升高而升高，在热回收效率为0.6的情况下，系统的性能系数为5.262，相较单级热回收式热泵和常规空气源热泵的性能系数，能效分别提升了31.29%和83.22%。

热回收式热泵；双级热回收；热回收效率；性能系数

0 引言

近年来，资源和环境问题已经成为制约中国经济发展的重要因素，节能减排对于我国的可持续发展有着重要的意义。调查显示，我国建筑能耗约占社会总能耗的30%；空调系统能耗约占建筑能耗的40%～60%，而新风负荷约占空调总负荷的30%～50%[1]，因此，降低新风引入的能耗对于社会节能减排意义重大。

排风热回收能够对新风预热（预冷），提高（降低）送风温度，避免室内人员有冷（热）吹风感，进而减少了新风冷（热）负荷。根据相关研究，当热回收装置显热效率达到70%时，建筑供暖能耗将会减少近一半[2]，因此，排风热回收是解决保证室内空气质量和减少建筑能耗之间矛盾的有效途径。目前排风热回收多用在公共建筑的一次回风系统中[3]。随着我国经济的发展，家用空调的普及率也越来越高，而这些多半是单元式空调器，并且大多没有加入新风系统，这就导致所处理的空气质量下降。为此，有些学者提出排风热回收式热泵，该系统不仅具有较好的节能效果，而且还具有保证室内空气品质的优点，目前在瑞典、德国等北欧国家已有一定的普及，并取得了不错的社会效益[4]。

1 排风热回收式热泵的原理

关于排风热回收式热泵的形式，主要分为两类：单级热回收式热泵和双级热回收式热泵[5]，分别如图1和图2所示。双级热回收热泵的原理以冬季为例：空气源热泵和热回收装置集成到一个系统中，室外的新风与室内的排风通过热回收装置，进行热交换后，分别进入热泵机组的冷凝器和蒸发器，最后经处理后送入室内和室外。而对于单级热回收式热泵，其工作原理与双级热回收式热泵的区别主要在于新风和排风进入热泵机组之前，没有热回收装置进行热交换。

热回收装置作为双级热回收式热泵重要的部件，其热回收的效率首先影响着新风和排风的换热效果，进而影响到热泵的能效。所以，研究热回收装置的热回收效率对于热回收式热泵的影响具有重要的意义。排风热回收装置有多种形式，按照回收排风中能量的不同，常用的排风热回收装置可分为显热回收装置和全热回收装置[6]。全热回收装置通常有转轮式换热器以及板翅式换热器等；显热回收装置有中间热媒式换热器、板式显热换热器和热管式换热器等[7]。两种类型的热回收装置各有利弊，其中，全热回收装置的热回收效率比较高，但是它的设备尺寸也相对较大，运行费用也较为昂贵，并且设备布置的灵活性较差[8]；而显热回收装置的热回收效率虽然比全热回收装置低，但是由于其占用空间小、无转动部件、运行安全可靠，在实际工程中应用也较为广泛[9]。另外，显热回收装置相较于全热回收装置，还有一个较大优点在于其新风和排风不混合，不存在交叉污染的风险。因此，对于某些空气品质要求较高且场地环境受限的地方比较适宜采用显热回收装置。

图2 双级热回收式热泵

2 排风热回收式热泵的性能评价指标

3 排风热回收式热泵的性能评价指标

3.1 排风热回收式热泵模型的建立

TRNSYS软件是模块化的动态仿真软件，软件认定所有系统均由若干个小的模块组成，不同的模块可实现不同的功能，因此，在对系统进行模拟分析时，只要调用实现这些特定功能的模块，给定输入条件，就可以对系统进行模拟分析。TRNSYS软件中的TESS部件有专门针对暖通空调系统的各种模块，其中有空气—空气热交换器模块和空气—空气热泵机组模块，通过对这两种模块的组合可以得到排风热回收式热泵的模型。

为更好的探究热回收装置对双级热回收热泵的影响，本文还选取了常规空气源热泵和单级热回收式热泵作为对比，对这三种类型的热泵在冬季运行情况进行了模拟，模型如图3所示。选择重庆地区作为研究对象，参数设置依照《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736-2012中对于室内外设计参数的规定：空气调节室外计算干球温度2.2℃，相对湿度为83%，室内设计干球温度为20℃，室内空气的相对湿度按照50%。三种热泵的机组均按照TRNSYS中给定的额定风量进行设置。对于双级热回收式热泵，按照热回收效率从0.1至0.9分别对双级热回收式热泵的性能进行了模拟，由于TRNSYS没有针对双级热回收式热泵系统的输出部件，因此还添加了系统性能的计算器。

图3 三种热泵的Trnsys模型

3.2 模拟结果分析

图4 不同热回收效率下的双级热回收热泵的性能系数

图5 不同热回收效率下的新风温度

图6 不同热回收效率下的排风温度

4 结论

[1] 清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2017[M].北京:中国建筑工业出版社,2017.

[2] 袁旭东,柯莹,王鑫.空调系统排风热回收的节能性分析[J].制冷与空调,2007,7(1):76-81.

[3] 丁云飞,赵运超,周孝清.夏热冬暖地区公共建筑空调排风热回收模式探讨[J].建筑科学,2007,23(12):30-34.

[4] Fehrm M, Reiners W, Ungemach M. Exhaust air heat recovery in buildings[J]. International Journal of Refrigeration, 2002,25(4):439-449.

[5] Nguyen A, Kim Y, Shin Y. Experimental study of sensible heat recovery of heat pump during heating and ventilation[J]. International Journal of Refrigeration, 2005,28(2):242-252.

[6] 严卫东,童矗,韩旭,等.新型转轮全热回收新风机组实验研究与节能分析[J].制冷与空调,2018,32(2):85-90.

[7] 李宏,连慧亮,李靖.热回收系统的经济性及应用[J].制冷与空调,2010,24(5):97-100.

[8] 王瑾,李振,袁瑗,等.液体除湿与排风热回收相结合的新风处理系统[J].暖通空调,2013,43(1):109-112.

[9] 邵征宇,刘敏,李莹,等.夏热冬冷地区某卷烟厂制丝工艺排风余热回收[J].暖通空调,2013,43(2):87-90.

[10] 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.

Study on the Effect of Heat Recovery Efficiency on the Performance of Exhaust Heat Recovery Heat Pump

Shi Fenghao Lu Jun

( Chongqing university, Chongqing, 400045 )

Exhaust air heat recovery heat pump is extended to the Nordic countries because it has the advantages of compact structure and energy conservation. Exhaust air heat recovery heat pump is divided into single stage and double stage heat recovery heat pump. Heat recovery plant as an important part of the double stage heat recovery heat pump, its heat recovery efficiency affects the performance of the whole heat pump system. The operational aspect of double heat recovery heat pump in Chong Qing during wintertime was simulated by TRNSYS in this paper, and it was compared with conventional air source heat pump and single stage heat recovery heat pump. The result showed that the COP of the double stage heat recovery heat pump unit decreased with the increase of heat recovery efficiency an it was between the COP of single stage heat recovery heat pump and conventional air source heat pump unit. But the COP of the double stage heat recovery heat pump system increased with the increase of heat recovery efficiency. When the heat recovery efficiency is 0.6, the COP of the double stage heat recovery heat pump system is 5.262, and it respectively increased 31.29% and 83.22% than single stage heat recovery heat pump and conventional air source heat pump unit.

Heat recovery heat pump; Double stage heat recovery; Heat recovery efficiency; The coefficient of performance

TU831.7

A

1671-6612（2020）01-006-04

石峰豪（1995.01-），男，在读硕士研究生，E-mail：1964951277@qq.com

卢 军（1966.10-），男，博士，教授，E-mail：1181367768@qq.com

2019-06-11