上海某高层办公建筑热管热回收系统性能分析

0 引言

随着人们对生活、办公环境的要求不断提高，建筑能耗随之不断增长，统计数据显示

，我国建筑能耗约占全国能耗总量的27．5%，在建筑能耗中供暖空调系统的能耗约占50%，冷、热源的能耗则占空调系统能耗40%以上。

在建筑的空气调节系统中，新风系统能耗所占的比例较高，甚至达到30%以上

。新风系统的能耗主要包括：对新风进行冷热处理所消耗的冷热源主机及其媒介循环的能耗；提供空气输送动力的能耗两个方面。

排风热回收装置是伴随着节能和环保的要求而产生的，可以有效地回收排风中的冷热量，并对室外新风进行一定的预处理，这样既保证了建筑物内的环境空气质量，也做到了节能减排

。

本文针对上海某新建高层办公建筑，拟设计采用排风热回收系统，回收办公平衡排风中的热（冷）量对新风作预处理，综合分析其节能性和经济性，并初步探讨该热回收系统在夏热、冬冷地区的适用性。

1 排风热回收系统的类型及主要特点

热回收系统根据不同换热器的结构、传热机理及适用条件，大致可分为转轮式、板翅式、盘管式、热管式。

1.1 热回收系统主要类型

1）转轮式热回收器

根据上文的表述，目前国内高管薪酬各个部分的比例不当，缺乏长期的激励，这容易引起高管人员的短期行为和利己行为，对于企业长期健康的发展十分不利。而恰当有效的长期激励不仅可以使高管人员注重于企业和个人的双赢发展，也可以使高管人员在风险管控方面更加谨慎、仔细。

通过轴线转轮的转动，使室外新风与室内排风轮流经过吸湿、吸热材料制成的转轮，实现对显热或潜热回收的目的（如图1所示）。

胖子取了钱，双方交易已毕。老道还不忘再三嘱咐，回去以后，要把玉器四散在宅府各地，按照老道画给他的图谱摆放，切不可简单随意供奉，免得多生事端。胖子唯唯诺诺，点头称是，抱着大半袋子玉器回家去了。

2）板翅式热回收器

室外新风与室内排风交叉进入由特殊材料加工而成的板翅式换热芯体，隔层的新、排风交错通过芯体，芯体内部的特殊材质从排风中吸收热、湿能量，将其传递给新风（如图2所示）。

培育壮大新动能有利于应对激烈国际竞争。随着经济总量成为世界第二后，中国面临着日益激烈的国际竞争。国际竞争主要表现在经济竞争、人才竞争和制度竞争等方面。培育壮大新动能为应对这些国际竞争提供了有力的支撑。

3）盘管式热回收器

用管道及配件，将两个换热器、循环泵、膨胀箱等组合成一套独立的闭式循环系统，将室内排风热量通过盘管传递给新风（如图3所示）。

4）热管式热回收器

热管热回收系统由蒸发段、绝热段、冷凝段三个主要部分组成。当热管中的介质在蒸发段受热后，吸收外界热量迅速汽化，在极小压差作用下经绝热段流至热管冷凝段，向外放出热量，同时介质相变回液体状态，借助于贴敷金属网的毛细抽吸力回到原蒸发段，接受再一次的受热汽化，实现无动力循环（如图4所示）。

1.2 热回收系统主要特点

各热回收系统的主要特点如表1所示。

2 热管热回收系统技术经济分析模型

从前文各类热回收系统的对比分析可以发现，不同类型的换热器在形式上各有优劣，适合使用场合也各不相同。例如，可实现全热回收的转轮式换热器和板翅式换热器，其可以最大限度地回收排风中的显热及潜热能量，交换效率高，但是热回收过程中新、排风的直接接触限制了其可适用的范围。空调系统应最大限度地避免交叉感染。当服务区域的排风中可能含有污染物或有害气体时，原则上不应采用全热回收方式。

在当前全球疫情的大背景下，空调系统的安全健康运行显得尤为重要，采用显热回收系统，即盘管式和热管式热回收装置，在保证空气质量的同时，可实现节能减排。本文所针对的甲级高层办公楼，可作为对空气质量要求较高的典型代表，选用热管式热回收系统，对其进行技术经济性分析，探讨其节能潜力和投资回收期。

要让谣言没有生存空间，提高民众的谣言识别能力还需要一个过程。目前，我国有一些学术团体正在做科普宣传相关工作，但与百姓需求相比还有差距。

2.1 办公建筑的新、排风设计工况

按现行相关规范要求

，办公建筑的人员最小新风量取值为30 m

/（h·人），办公区域各楼层的新风由屋顶或设备层的新风机组集中处理后，通过竖向井道送至各个楼层空调机房内，与全空气空调机组的回风混合后送入人员活动区域。室内维持微正压状态，多余的空气通过风机排至室外。由于热管换热属于显热换热，新风和排风不作接触，所以卫生间的排风可与其它排风一并与新风进行热交换。

2.2 热管热回收系统的技术分析

（2）热管产生的气流阻力损失按150 Pa考虑，新、排风机分别计一次压力损失。

经历了连续超过两周的低迷行情后，尿素价格终于止跌维稳。这一波行情触底，还要归功于国际方面。11月19日，印度中标180万吨，其中中国货源中标93万吨，这无疑为国内行情注入了一剂强心剂。受此影响，山东、河北等地尿素厂家出口新单明显增多，11月20日各地尿素企业预收款情况也明显好转，尿素价格随着新单跟进和厂家有意挺价之下也基本持稳。考虑当前已进入11月下旬，未来短期内尿素市场需求将有所回暖，价格也再难有跌幅。

经热管换热后的排风再通过对应的风机排至室外，排风机设置在热管的气流下游。经冷、热处理达到送风状态的新风经过送风机送至室内，送风机也设置在热管的气流下游。

1）显热回收效率

（%）：

式中：

为室外新风温度（℃）；

为经过热回收器换热后的新风温度（℃）；

为室内排风温度（℃）。

在计算分析模型中，对应参数的取值作如下梳理：

（3）排风机前端新增用于保护热管的G4过滤器，初阻力60 Pa/终阻力150 Pa，平均运行阻力按120 Pa计。

3）因热回收装置而产生的额外能耗，即为因送、排风风机克服热管、过滤器的阻力Δ

而增加的耗电量Δ

（W），送、排风机需要分别计算。

式中：

为新、排风量（m

/s）；Δ

为新、排风机增加的静压（Pa）；

1为风机的全压效率（%）；

2为风机的电机效率（%）。

4)因风机静压增大导致风机散热增多，而产生的气流温升增量Δ

（℃），转化为热量为

'（kW）：

式中：Δ

为新、排风机增加的静压（Pa）；

1为风机的全压效率（%）；

2为风机的电机效率（%）；其余参数定义同前文。

2.3 热回收节能效果判定

1)从图5可见，新风先经过热管以后再经过风机，送风机设置在热管的气流下游，所以，公式（5）中对应的风机温升增量

'，在新风侧需要考虑。排风机设置在热管的气流下游，排风机的温升发生在热回收完成以后，所以排风侧的

'在节能分析过程中可不作考虑。故下文所提及的

'均仅代表新风侧。在夏季工况下，热量

'对整个热回收系统产生负面影响，抵消了热回收装置回收的部分净冷量；在冬季工况下，热量

'对整个热回收系统产生正向影响，额外增加了热回收装置回收的净热量。

（4）风机的全压效率

1=70%、风机的电机效率

2=85．5%。

保持其他反应条件不变，母液（补充至第1次加入溶剂的量）循环套用，对产品收率和产品含量的影响如表3所示。

比如说，李军目前读在职研究生，他既可以选择自己每年扣除4800元，也可以选择让还未退休的父母按子女教育标准，每年扣除12000元，但不能同时扣。

3）通过假定的冷、热源侧综合

将对应的热回收的热量换算为电耗。夏季冷源为电制冷机组，综合

值取3．0；冬季热源为燃气锅炉，锅炉的热效率按93%，对应的燃气发电效率取35%，综合换算系数也可按3．0考虑。

综上分析，并通过冷热源侧综合

将对应的热回收的热量换算为电耗，热管热回收系统在夏、冬季工况下的能耗分析如表2所示。

2）热回收装置实际回收热量

（kW）：

（1）根 据《热 回 收 新 风 机 组》（GB/T 21087-2007）要求，显热回收效率不低于60%（夏季）/65%（冬季），在最新版规范中已对热回收效率各提高5%，但由于本文分析的项目案例不执行新版规范，故仍按旧版规范要求的热回收效率进行分析。

为了分析系统(9)—(10)的稳定性,首先由投影算子的非扩张性及常微分方程解的可延拓性,得到如下引理。

排风机与新风机组并排布置（也可采用分离式热管换热器，实现远距离水平传热），通过中间的热管换热器将室外新风与排风进行显热交换，对新风进行预冷（热）处理，然后再经过对应的冷热盘管进一步处理至送风状态点（如图5所示）。

式中：

为空气的比热容，单位为kJ/（kg·℃）；

min为新、排风较小者的风量（m

/s）；

为

min对应的空气密度（kg/m

）；

为热管的显热回收效率（%）。

2）由于热管热回收装置（以及辅助的为保护热管而设置的初效过滤器）的存在，导致风机需要克服的阻力增加，由此而产生的额外电耗，在新风侧、排风侧均需要考虑。

（5）结合公式（1）（2）（3）（4）（5），可计算出：

研究区出露地层较为简单，以下石炭统大干沟组及上三叠统鄂拉山组地层为主，沿山麓沟谷地带分布有第四系(图1)。

京港澳高速公路涿州(京冀界)—石家庄段运营20 a以来，交通量迅速增长，服务水平已趋于饱和。因此，扩建本段高速公路是十分必要的。依托京港澳高速公路涿州(京冀界)—石家庄段双向四车道对称加宽为双向八车道改扩建工程，选取某典型断面进行计算，路基填高为5.0 m，路面宽度为26 m加宽至42 m，边坡斜率均为1∶1.5。根据地质勘查资料，地面以下土层分别为4.5 m粉土，5.7 m淤泥质粉质黏土，11.3 m粉质黏土。

●夏季工况下：当Δ

Δ

时，|

-

|=3．1℃，即当新、排风温差小于3．1℃时，热回收的能量Δ

＜因此新增的能耗量Δ

。

●冬季工况下：当Δ

Δ

时，|

-

|=2．5℃，即当新、排风温差小于2．5℃时，热回收的能量Δ

＜因此新增的能耗量Δ

。

综上所述，当新、排风温差Δ

达到夏季3．1℃/冬季2．5℃时，热管换热器的节能经济性才开始体现，并且随着温差的不断加大，节能的正值不断提高。

自动化的机械设计制造意味着工作人员可以利用数字化技术把生产、设计所需要的图像、声音转换成不同的数字化，以此为基础就能实现对产品的模拟，并以更先进的方式完成产品制造，数字化应用模式与自动化并行，相辅相成发展。

3 案例节能经济性分析

上海市某高层办公建筑，建筑高度约22 0 m，除裙房部分外，上部共包含34个办公楼层，通过设备层划分为4个区段，办公层单层建筑面积约3 000 m

，平面如图6所示。办公新排风系统设计选用分体式热管回收系统，核心筒的右上角、左下角空调机房内各设置一组集中新、排风立管，每根新风立管在设备层对应一套热回收系统。选取其中一个区段的一套热回收系统进行研究，分析热管热回收系统的节能效果及其经济性。

此外，肠道微生物的生长环境与胃肠黏膜联系密切，与肠上皮细胞紧密相连，并对胃肠黏膜的生理功能有一定的调节作用。回肠末端和结肠的L细胞在特定营养物和消化产物的诱导下分泌PYY和GLP-1[63-64]。L细胞也受肠道微生物发酵产生的短链脂肪酸(乙酸、丁酸、丙酸)的影响，提高血浆PYY和GLP-1的水平[65]。L细胞释放的PYY和GLP-1不仅抑制胃运动，改善葡萄糖稳态，还引起饱腹感和行为改变。

3.1 案例介绍

热管热回收系统示意见图7，热管热回收装置、排风机、新风机组均设置于14 F设备层的新风机房内，设备服务楼层为15～18 F（单个系统只服务约一半办公面积），系统总新风量为18 280 m

/h，总排风量为11 800 m

/h。夏季空调室内设计温度为25℃，冬季空调室内设计温度为20℃。

选用上海市典型气象年8 760 h气象参数，分别提取了其中夏季、冬季不同月份的参数，运行时间设为8:00-18:00，大楼设置集中的BAS系统，根据|

11-

21|的温差对旁通阀门进行控制，只有当满足一定的温差条件时才启用热回收装置（夏季3．1℃/冬季2．5℃），其余时间对热回收装置作旁通处理。送、排风机均为变频控制。

3.2 热回收系统运行节能性分析

根据公式（1）至（5）以及表2，通过计算整理后得出的汇总数据见表3。通过对比分析可以发现，在白天办公时段：夏季工况下，达到热管回收器启用温差的小时数占整个计算时段的56．9%；而冬季工况下，达到热管回收器启用温差的小时数占整个计算时段的92．6%。

在夏季运行周期内，通过热管热回收器回收的能量经综合折算出的节省电耗Δ

与风机增加的电耗Δ

的比值约为6．6。在冬季运行周期内，Δ

与Δ

的比值约为12，冬季热回收设备的利用率更高，室内外温差更大。

3.3 热回收系统经济性分析

结合表3数据，通过计算夏、冬季用电与用气费用，可计算出热管热回收系统的静态回收周期。

［本刊讯］2012年上海市护理学会团体与个人会费缴纳工作已于本月启动。入会人员需将“会员信息一览表”按样张格式采用Excel电子文档统一录入信息，并在缴纳会费时将电子版与纸质打印版会员信息一并上交备案。集中办理时间:2012年3月27日—28日上午9:00—11:00，下午1:30—3:30，地点:上海市胶州路358弄1号605室。凡交纳2012年个人会费者可享受会员免费讲座2次。逾期未缴纳者，请于2012年4月1日—4月30日内每周二至上海市护理学会(北京西路1623号203室)办理。咨询电话:021－62580348。

商业用电价单价按1元/kWh计算。天然气热值为8 600 kcal/m

=36 000 kJ/m

，商业用天然气价格按4．5元/m

计算，燃气锅炉效率为93%。热回收装置折算年收益见表4。

热回收系统的初投资可分为设备相关费用、安装相关费用，主要包含：热管热回收装置的采购及安装费用；送、排风机的机外静压增加而产生的采购及安装费用增量；管路系统安装费用增量3个部分。此外，热管热回收装置还需要占用机房面积，但由于占用的是商业价值较低的设备层空间，故此部分不作经济上的考虑。回收期计算见表5。

需要注意的是，表3至表5中热回收系统节能数据计算时，考虑的前提是热回收装置的旁通阀门通过BAS系统根据|

11-

21|的温差进行准确控制，当气候条件不满足控制条件时将热回收装置进行旁通，风机则通过变频器降低转速以节省运行电耗。但在实际运行时，通常需要考虑一定的故障率或控制失准率，实际节能效果会打一定折扣，回收周期应会更长一些。

4 结论

本文根据热管式热回收系统的节能运行原理，并结合案例进行分析，得出以下主要结论：

1）热管热回收的空气-空气热回收技术，冬季供暖周期长、室内外温差大，这两个因素，在衡量热回收经济节能性方面起到了决定性的作用。在供热工况下热回收的能量远远大于供冷工况下冷量回收的能量，冬季使用热管热回收装置经济节能性更好。

2）热回收工况并非全覆盖夏、冬季的所有时间段，只有当新、排风温差达到一定大小时，切换阀门让新、排风通过热回收装置才能达到节能效果。而上述最小温差的取值受到热管及过滤器阻力的影响，阻力越小，最小温差的取值就可越小，适用的时间段就更广，所以对热管及过滤器的定期维护保养，对提升热回收系统的节能经济性有一定的帮助。

3）结合上海某办公楼案例进行节能性及经济性分析，静态回收周期约为3．3年。实际运行时通常需要考虑一定的故障率或控制失准率，节能效果会打一定折扣，回收周期应会更长一些。

［1］中华人民共和国住房和城乡建设部.公共建筑节能设计标准GB50189-2015［S］.北京：中国建筑工业出版社，2015．

［2］刘纯青，徐玉党.夏热冬冷地区新风能耗分析［J］.制冷与空调，2005（5）:54-57.

［3］陈灿.夏热冬冷地区新风能耗特性及其处理方式研究［D］.南京理工大学，2012.

［4］徐胡清.夏热冬冷地区空调排风热回收节能性分析［D］.合肥工业大学，2010.

［5］柯莹，王鑫，袁旭东.空调系统排风热回收的生命周期成本分析［J］.制冷与空调，2007（5）:29-32.