乙二醇热回收系统在甲类厂房空调中的应用

徐子晶

（中国电子系统工程第四建设有限公司，河北石家庄 050051）

0 引言

在火灾危险性为甲类的厂房中，空调系统能耗一直是值得关注的问题。为了确保安全和遵守法规，甲类厂房的空调必须采用全新的风系统。如果不对排风的能量进行回收利用而直接排放，将会导致巨大的能源浪费。传统的热回收装置（如转轮式、板式等），其新、排风空气在热交换的过程中会存在一定的物质交换，污染物有可能从排风系统泄漏到新风送风中。因此，传统的热回收装置并不适合应用于甲类厂房中。乙二醇热回收系统由于仅通过中间媒介进行新、排风的热交换，不存在新、排风交叉污染的问题，适合应用于甲类厂房中。

1 乙二醇热回收系统

1.1 常规乙二醇热回收系统工作原理

乙二醇热回收系统是以乙二醇水溶液为中间媒介，通过流体输送泵，将排风中的热量转移到新风中，从而降低新风处理的能耗，达到节能的目的。

乙二醇热回收系统结构组成：排风机组热交换盘管、新风机组热交换盘管、流体输送泵、定压补液装置、闸阀、温度计、排气阀、排污阀等。工作原理如图1所示。

图1 乙二醇热回收系统

夏季工况时，乙二醇水溶液通过泵输送至排风机的热回收盘管，在与排风空气进行换热的过程中，乙二醇水溶液温度被降低。之后，乙二醇水溶液进入空调机组表冷器前的新风预处理盘管。此时，由于室外空气温度高于乙二醇水溶液的温度，因此新风温度被降低，降温的新风进入表冷器被进一步冷却。新风在进入表冷器前已预先被降温，减少了表冷器的冷负荷。如此循环往复，排风处的能量被新风回收利用，从而降低能量消耗。

冬季工况时，乙二醇水溶液仍通过泵进行循环，温度较高的排风将能量转移至温度较低的新风，新风温度提高，减少了空调加热器的负荷。

1.2 改进措施

从图1 常规乙二醇热回收系统中可以发现，乙二醇水溶液的温度只能在排风温度和新风温度的区间内变化。若设计的排风温度和室外新风温度的差值较小，则乙二醇盘管与空气侧的换热温差就会变得很小，从而影响换热效率。此外，夏季工况时，由于乙二醇水溶液温度较高，新风预处理盘管只能处理显热负荷，即该回收方式只能进行显热回收，无法进行潜热回收。再者，乙二醇热回收系统还会消耗动力。相关资料显示，常规的乙二醇热回收系统对排风的显热效率只有30%～40%[1]。

由此可见，夏季工况时，若是能够降低进入空调机组新风预处理侧的乙二醇水溶液温度，使新风温度被降低的幅度更大，并能够处理潜热负荷，将大大地提升热回收系统的节能效果。

基于上述思考，将常规的乙二醇热回收系统进行改进，改进后的系统工作原理如图2 所示。

图2 改进后的乙二醇热回收系统

在空调机组的热水再热段盘管之前新增乙二醇再热段盘管，并通过乙二醇新风预处理段和乙二醇再热段之间的电动三通阀进行冬、夏季工况切换。

夏季工况时，乙二醇水溶液仍然通过泵输送至排风机的热回收盘管，在与排风空气进行换热的过程中，乙二醇水溶液温度被降低。之后，乙二醇水溶液先进入空调机组热水再热段盘管之前的乙二醇再热盘管。由于乙二醇再热盘管位于表冷器之后，表冷器出风温度通常较低，这样，乙二醇水溶液在与表冷器出风换热之后，温度被进一步降低。之后，乙二醇水溶液再进入空调机组表冷器前的新风预处理盘管。如此，乙二醇水溶液和新风之间的温度差变小，从而增强乙二醇新风预处理段的换热能力，达到更好的热回收效果。此外，由于乙二醇水溶液在进入乙二醇再热盘管时，提前对低温空气进行再热，从而减少了热水再热段盘管的再热负荷。

冬季工况时，电动三通阀切换成冬季热回收模式。乙二醇水溶液不经过乙二醇再热段，其热回收原理与常规乙二醇热回收系统工作原理相同。

2 工程应用

2.1 工程案例

安徽某甲类厂房空调采用全新风系统，通过组合空调机组送新风、排风机排风的方式实现。

夏季室外空调计算干球温度tW=35 ℃，室外空调计算湿球温度28 ℃，根据焓湿图可得室外空气比焓hW=89.4 g/kg。冬季室外空调计算干球温度tW′=-4 ℃。

室内设计温度：夏季tn=23±3 ℃，相对湿度45%～65%，冬季tn′=20±3 ℃；空气密度ρ=1.2 kg/m3，比热容c=1.01 kJ/（kg·K）；空调机组送风量L=50 000 m3/h，制冷工况送风温度to=18 ℃，制热工况送风温度to′=26 ℃；排风机排风量Lp=52 000 m3/h，排风温度tp=tn；30%乙二醇水溶液平均密度近似取值ρ液=1045 kg/m3，比热容近似取值c液=3.65 kJ/（kg·K）。

乙二醇再热段前（同时也是表冷器后）的空气温度设定为tL=13 ℃，相对湿度95%，根据焓湿图可得乙二醇再热段前（同时也是表冷器后）的空气比焓hL=35.5 g/kg。即：乙二醇新风预处理段后的出风温度为ty，乙二醇再热段后的出风温度为tz。

以下按3 种情况分别讨论。

2.1.1 不采用热回收系统

2.1.2 采用常规乙二醇热回收系统

（1）夏季：常规乙二醇热回收系统的显热回收效率为40%。则，公式变形后得：ty=tW-η（tW-tP）=30.2 ℃；则热回收量；表冷器冷量QL=898-80.8=817.2 kW；再热量

（2）冬季：由于室外空气和排风之间的温差更大，冬季热回收量要高于夏季[2]。目前产品基本能做到冬季工况下热回收效率达到60%，则：，公式变形后得；热回收量=242.4 kW；加热器加热量Qh=262.6 kW。

2.1.3 采用改进后的乙二醇热回收系统

（1）夏季：用试算法，通过验算各换热盘管处乙二醇水溶液的流量是否一致来判断数据的可行性，再根据换热盘管气液两侧的平均温差来校核其换热能力能否满足要求。系统各部分设定参数见图3。

图3 乙二醇热回收系统设定参数

经查焓湿图得乙二醇新风预处理段后的出风比焓hy=79 g/kg。由图3 可知，进入乙二醇新风预处理盘管的乙二醇溶液温度t3小于室外空气的露点温度，因此，该部分不仅有显热交换还有潜热交换。由此可得乙二醇新风预处理段的冷却量；乙二醇再热段的加热量=84 kW；排风机换热盘管的换热量

根据热量平衡求出各换热盘管处乙二醇水溶液的流量。乙二醇新风预处理段：乙二醇再热段：；排风机换热盘管:；其中，t1是乙二醇水溶液在新风预处理段出口、排风机入口处的温度；t2是乙二醇水溶液在排风机出口、乙二醇再热段入口处的温度；t3是乙二醇水溶液在乙二醇再热段出口、新风预处理段入口处的温度。

由于流量qy、qyh和qp基本一致，由此可判断试设定的参数可行。

进行换热盘管换热能力校核。对于空气换热盘管，冷媒的进口温度，应比空气的出口干球温度至少低3.5 ℃[3]，因此以乙二醇水溶液的进口温度和换热盘管空气出口干球温度的温差大于3.5 ℃作为基准，校核换热盘管的换热能力。从图3 可得，乙二醇新风预处理段Δt=ty-t3=6 ℃；乙二醇再热段Δt=t2-tZ=8.5 ℃；排风机换热盘管Δt=t1-te=4 ℃。以上温差均大于3.5 ℃，因此换热能力可以满足要求。

最后，求出表冷器冷量QL=725 kW。由于乙二醇再热段几乎可以“免费”将送风温度加热至需要温度，因此再热负荷Qz基本为0。

（2）冬季：热回收量同常规乙二醇热回收系统，Qy′=242.4 kW；加热器加热量Qh=262.6 kW。

2.2 节能分析

通过计算得出3 种情况下各盘管冷热量的消耗情况（表1、表2）。

表1 夏季各盘管冷热量的消耗情况

表2 冬季各盘管冷热量的消耗情况

3 结论

（1）由表1、表2 可知，夏季时采用常规的乙二醇热回收系统有一定的热回收效果，但是节能率比较低；而采用改进后的乙二醇热回收系统，由于再热负荷的大幅降低和新风预处理能力的增加，使得该系统的节能率大大增加。冬季由于新、排风间的温差较大，热回收量要高于夏季，节能率十分可观。

（2）采用乙二醇热回收系统能较好地应用于甲类厂房，解决了传统热回收系统新排风交叉污染的问题。通过对乙二醇热回收系统的改进，可以进一步降低甲类厂房空调系统的能耗。