排風(fēng)熱回收系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析.docx

文章編號 :167422974 (2009) 12201032063排風(fēng)熱回收系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析楊昌智 ,陳丹(湖南大學(xué) 土木工程學(xué)院 ,湖南 長沙 410082)摘 要 :以某空調(diào)系統(tǒng)為例 ,利用新風(fēng)換氣機(jī) 轉(zhuǎn)輪全熱換熱器 風(fēng)冷熱泵等余熱回收 技術(shù) ,針對新風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造 ,回收排風(fēng)中的能量 . 對熱回收系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析 ,這三種能 量回收裝置均適用于排風(fēng)熱回收系統(tǒng) ,運(yùn)行費(fèi)用比原空調(diào)系統(tǒng)節(jié)約了 33 %35 %. 其中 ,風(fēng) 冷熱泵排風(fēng)熱回收系統(tǒng)從整體分析 ,略優(yōu)于其他兩個方案 .關(guān)鍵詞 :熱回收 ;新風(fēng)換氣機(jī) ;轉(zhuǎn)輪換熱器 ;熱泵系統(tǒng) ;經(jīng)濟(jì)性分析中圖分類號 : tu 831文獻(xiàn)標(biāo)識碼 : aeco no mic a nal ysi s o n heat reco ve r y syst e ms f ro m ex ha ust er ai rya n g cha ng2zhi ,c h en da n( college of civil engineering , h una n u niv ,changsha , h una n 410082 ,china)abstract : three heat reco ve r y syst e m s f ro m e xha u st er ai r by f re sh ai r e xcha nger , ro t a r y w heel e x2cha nger , a nd ai r so urce heat p u mp were p re se nt ed , w hich were re built f ro m a f re sh ai r syst e m at h una n p ro vi nce . the eco no mic a nal ysi s o n t he se heat reco ver y syst e ms p ro ve s t hat t he se device s a re app lica ble fo rheat reco ver y f ro m e xha u st er ai r , a nd t he r unni ng co st a re decrea sed a bo ut 33 %35 % t ha n t hat of t he o2rigi nal sy st e m. ai r so urce heat p ump i s wo rt h to be reco mme nde d fo r heat reco ve r y f ro m e xha u st er ai r be2ca u se it i s sup e rio r to o t he r device s.key words :heat reco ver y ; f re sh ai r e xc ha nge r ; ro t a r y w heel e xcha nger ; heat p ump syst e m s ; eco no mic a nal ysi s近 年 來 , 病 態(tài) 建 筑 綜 合 癥 ( sb s ) 、軍 團(tuán) 菌 、sa r s 的出現(xiàn)和爆發(fā) ,引起了社會對中央空調(diào)系統(tǒng) 的廣泛關(guān)注 ,也使得室內(nèi)空氣品質(zhì)影響人體的舒適 和健康的觀念深入人心. 除了控制室內(nèi)污染源 、凈化 室外空氣等方法 ,增大新風(fēng)量對室內(nèi)空氣進(jìn)行稀釋 , 也是改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的一種行之有效的方法 1 . 在建筑物的空調(diào)負(fù)荷中 ,新風(fēng)負(fù)荷占相當(dāng)大的比例 . 例如 ,辦公大樓建筑大約可占到空調(diào)總能耗的 17 %23 % 2 . 為保證房間室內(nèi)空氣品質(zhì) ,不能以削減新 風(fēng)量來節(jié)省能量 ,但增加新風(fēng)量的供應(yīng) ,處理新風(fēng)所需要的能耗也必然會增大. 同時 ,新風(fēng)量大的空調(diào)房間要從室內(nèi)排出等量的空氣 ,排風(fēng)中所含的大量能 量如果就直接排放到大氣中 ,會造成極大的浪費(fèi) . 因 此 ,利用能量回收設(shè)備從排風(fēng)中回收能量預(yù)處理新 風(fēng) ,成為有效增大新風(fēng)量 、保證室內(nèi)空氣品質(zhì) 、大大 降低處理新風(fēng)能耗的手段.在眾多的能量回收設(shè)備中 ,板翅式全熱換熱器 和轉(zhuǎn)輪全熱換熱器以具有較高的全熱回收效率的優(yōu) 勢 ,成為常用的排風(fēng)熱回收設(shè)備 3 ,而熱泵技術(shù)也為 排風(fēng)熱回收的研究提供了新的思路 . 本文以湖南常3收稿日期 :2009 - 03 - 16基金項目 :湖南省建設(shè)廳項目 ( 20066337059)作者簡介 :楊昌智 ( 1963 - ) ,男 ,湖南寧遠(yuǎn)人 ,教授 ,博士生導(dǎo)師 通訊聯(lián)系人 , e2mail : ya ng0369 126 . co m104湖南大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版)2009 年表面積均對轉(zhuǎn)輪換熱器的換熱效率有影響 4 - 7 .德某辦公綜合樓的空調(diào)系統(tǒng)為例 ,利用余熱回收技術(shù) ,針對其獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造 . 排風(fēng)熱回收有 3 個方案 ,其中兩個方案分別采用了新風(fēng)換氣機(jī)與轉(zhuǎn) 輪換熱器 ,另一個方案則利用風(fēng)冷熱泵回收排風(fēng)能 量 ,并由熱泵承擔(dān)系統(tǒng)的新風(fēng)負(fù)荷 .11 3全熱換熱器的熱交換效率 ho1 - ho2夏季 :=( 1),ho1 -he1 ho2 - ho1.冬季 : h = h( 2)- he1 o1式中 , ho1 , ho2 分別為新風(fēng)進(jìn) 、出全熱交換器的比焓 ,kj / kg ; he1 為排風(fēng)進(jìn)入全熱交換器的比焓 , kj / k g.公式 (1 ) 和 ( 2) 表示的是全熱換熱器的全 熱 效 率 ,或稱焓效率 . 如果式中改用溫度表示 ,則為換熱 器的顯熱效率 ;若改用含濕量表示 ,則為換熱器的潛 熱效率 .11 4 熱泵回收排風(fēng)中的冷量熱泵的工作原理是通過從蒸發(fā)器吸熱 ,冷凝器 放熱 ,把熱量從低溫?zé)嵩磦鬟f到高溫?zé)嵩?,即它可以將排風(fēng)中的能量傳遞給新風(fēng). 文獻(xiàn) 2 介紹了熱泵熱回收系統(tǒng) :它由壓縮機(jī) 、節(jié)流機(jī)構(gòu) 、兩臺分別放置在 排風(fēng)系統(tǒng)和新風(fēng)系統(tǒng)中的空氣/ 制冷劑換熱盤管 ,以及四通換向閥組成 . 在夏季工況 ,新風(fēng)側(cè)的盤管為蒸 發(fā)器 ,系統(tǒng)從新風(fēng)中提取熱量 ,排風(fēng)側(cè)的盤管為冷凝器 ,充分利用了排風(fēng)的冷量 ,同時達(dá)到冷卻新風(fēng)的效 果. 在冬季工況 ,四通換向閥使制冷劑流向改變 ,這 時排風(fēng)側(cè)的盤管為蒸發(fā)器 ,系統(tǒng)從排風(fēng)側(cè)吸熱 ,新風(fēng)側(cè)的盤管為冷凝器 ,達(dá)到了加熱新風(fēng)的目的. 當(dāng)系統(tǒng) 中排風(fēng)和新風(fēng)的冷量不平衡時 ,可設(shè)置輔助冷熱源 對新風(fēng)補(bǔ)充冷卻或加熱 .本文借鑒了這一回收原理 ,沿用原空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)機(jī)組 ,增設(shè)排風(fēng)管路和風(fēng)冷熱泵 ,對排風(fēng)進(jìn)行熱 回收. 即按實(shí)際的排風(fēng)量設(shè)計排風(fēng)管路 ,配置相應(yīng)的風(fēng)冷熱泵 ,排風(fēng)經(jīng)過熱泵的風(fēng)側(cè)換熱器 . 而熱泵的水 側(cè)換熱器出來的冷凍水或熱水 ,則與新風(fēng)機(jī)組相連 , 形成水循環(huán) ,為新風(fēng)機(jī)處理新風(fēng)提供冷熱量.11 5 排風(fēng)熱回收系統(tǒng)方案本文以湖南省常德市某辦公綜合樓的新風(fēng)系統(tǒng) 為例進(jìn)行改造設(shè)計 ,擬定 3 種排風(fēng)熱回收方案 a ,b和 c. 在原新風(fēng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上 ,利用上述設(shè)備進(jìn)行熱回收 ,分析這幾種熱回收設(shè)備的節(jié)能潛力 ,并進(jìn)行經(jīng) 濟(jì)性分析 .圖 1 是綜合樓 14 層辦公室的建筑平面圖. 圖中 以粗線簡單地表示原新風(fēng)系統(tǒng)的新風(fēng)機(jī)組以及新風(fēng) 管路的布置 . 下面以 14 層的新風(fēng)系統(tǒng)為例 ,依次介紹三種熱回收方案的布置.熱回收方案 a 和 b 分別采用新風(fēng)換氣機(jī)與轉(zhuǎn) 輪換熱器進(jìn)行排風(fēng)熱回收 ,如圖 2 所示 . 這兩種方案利用余熱回收技術(shù)的排風(fēng)熱回收系統(tǒng)111 1 新風(fēng)換氣機(jī)新風(fēng)換氣機(jī)是常用的熱回收設(shè)備中的一種 ,所 采用的換熱器為靜止式換熱器. 例如板式顯熱換熱器和板翅式換熱器 ,而板翅式全熱換熱器能同時回收排風(fēng)中的顯熱和潛熱 ,優(yōu)于板式顯熱換熱器 ,因而 廣泛用于新風(fēng)換氣機(jī) .板翅式全熱換熱器由若干個波紋板交叉疊置 ,其波紋板是用經(jīng)過特殊處理的多 孔 纖維 性材 料制 作. 多孔纖維性材料具有一定的傳熱性能和透濕性能 ,當(dāng)新風(fēng) 、排風(fēng)之間 存 在溫 差和 水 蒸汽 風(fēng)壓 力差時 ,則在新風(fēng) 、排風(fēng)之間進(jìn)行熱濕交換 ,從而達(dá)到傳 熱傳質(zhì)的作用. 板翅式全熱換熱器的換熱效率與迎 面風(fēng)速 、新排風(fēng)量比等因素有關(guān) ,國產(chǎn)板式全熱換熱器的全熱效率平均值一般在 52 %72 %之間 4 - 6 .新風(fēng)與室內(nèi)空調(diào)排風(fēng)分別呈正交叉方式流經(jīng)板 翅式全熱換熱器 ,進(jìn)行傳熱傳質(zhì)的全熱交換過程 . 因 此 ,夏季時 , 新風(fēng)從排風(fēng)獲得冷量 , 降溫降濕 ; 冬季 時 ,新風(fēng)則從排風(fēng)中獲得熱量 ,增溫增濕 . 通過這一能量回收過程 ,大大降低了系統(tǒng)的新風(fēng)負(fù)荷 ,即降低 了系統(tǒng)的總負(fù)荷.11 2 轉(zhuǎn)輪式全熱換熱器轉(zhuǎn)輪換熱器屬于旋轉(zhuǎn)式換熱器 ,主要由轉(zhuǎn)輪 、驅(qū) 動電機(jī) 、箱體和控制部分組成 ,轉(zhuǎn)輪換熱器轉(zhuǎn)輪中間部分由分隔板把排風(fēng)側(cè)和新風(fēng)側(cè)分開. 轉(zhuǎn)輪內(nèi)的填 料為蓄熱體 ,排風(fēng)和新風(fēng)逆向流過轉(zhuǎn)輪時 ,蓄熱體將 排風(fēng)中的能量存儲起來 ,然后再釋放給新風(fēng). 如果轉(zhuǎn) 輪用吸濕材料制作 ,回收顯熱的同時還可以回收潛 熱 ,即為轉(zhuǎn)輪式全熱換熱器 .轉(zhuǎn)輪以 810 r/ mi n 的速度緩慢轉(zhuǎn)動 ,利用轉(zhuǎn) 輪材料和空氣之間的溫度差和水蒸氣分壓力差進(jìn)行 熱濕交換 ,從而在排風(fēng)與新風(fēng)之間轉(zhuǎn)移熱量和濕量 . 冬季 ,轉(zhuǎn)輪從排風(fēng)側(cè)吸熱吸濕 ,轉(zhuǎn)到新風(fēng)側(cè)時 ,對新 風(fēng)加熱加濕 ;夏季與之相反 ,對新風(fēng)降溫降濕. 轉(zhuǎn)輪有較高的熱回收效率 , 一般可達(dá)到 70 % 80 % , 調(diào) 節(jié)轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)速度可調(diào)節(jié)熱回收效率 ,能適應(yīng)不同 的室 、內(nèi)外空氣參數(shù). 空氣流動速度 、轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速和比 1994-2013 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 105第 12 期楊昌智等 :排風(fēng)熱回收系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析中 ,可用新風(fēng)換氣機(jī)或轉(zhuǎn)輪換熱器直接替代原新風(fēng)系統(tǒng)的新風(fēng)機(jī)組 ,不需重新設(shè)計新風(fēng)系統(tǒng) ,只需加設(shè) 排風(fēng)管路 .排風(fēng)熱回收系統(tǒng)的能耗與經(jīng)濟(jì)性分析221 1 工程概況常德市位于北緯 2903, 東經(jīng) 11141, 屬于夏 熱冬冷地區(qū) . 夏季空調(diào)室外設(shè)計溫度為 35 . 3 ,濕球溫度 為 28 . 3 , 相對 濕度 為 75 % , 室 外 風(fēng) 速 為2 . 1 m/ s ;冬季空調(diào)室外設(shè)計溫度為 - 3 ,相對濕 度為 79 % ,室外風(fēng)速為 1 . 9 m/ s. 夏季室內(nèi)設(shè)計溫度為 26 2 , 相對濕度為 60 10 % , 風(fēng)速小于 0 . 3 m/ s. 冬季室內(nèi)設(shè)計溫度為 18 2 ,相對濕度大于35 % ,風(fēng)速小于 0 . 2 m/ s.湖南省 常 德 市 某 辦 公 綜 合 樓 , 總 建 筑 面 積 為31 372 m2 ,由塔樓和裙樓組成 , 其中塔樓為 24 層 ,裙樓 4 層 ,地下一層. 該綜合樓的中央空調(diào)系統(tǒng) ,采 用電制冷螺桿式冷水機(jī)組 + 燃?xì)馐綗崴仩t的空調(diào) 方式 ,空調(diào)布置采用風(fēng)機(jī)盤管或吊頂風(fēng)柜 + 新風(fēng)機(jī) 的方式 . 新風(fēng)系統(tǒng)先將新風(fēng)處理到室內(nèi)空氣參數(shù)的 焓值與 = 95 %的交點(diǎn)處 ,然后通過新風(fēng)管道直接 送入室內(nèi) ,再與處理過的回風(fēng)混合.21 2 系統(tǒng)的新風(fēng)量 v o 及新風(fēng)負(fù)荷 q查閱文獻(xiàn) 8 中公共建筑主要空間設(shè)計新風(fēng)量(表 3 . 0 . 2) 以及不同類型房間人均占有的使用面積 (表 b . 0 . 6 - 1) ,可由公式 (3) 確定系統(tǒng)新風(fēng)量. 也可 以根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 、依照建筑物用途 ,按室內(nèi) 換氣次數(shù)計算空調(diào)房間所需的新風(fēng)量 ,如公式 (4) .圖 1 原新風(fēng)系統(tǒng)平面布置圖fig. 1 the st r uct ure schematic diagra m of f re sh air system圖 2 方案 a 、b 熱回收系統(tǒng)平面布置圖fig. 2 the st r uct ure schematic diagram of system a a nd b熱回收方案 c 采用風(fēng)冷熱泵進(jìn)行排風(fēng)熱回收 ,如圖 3 所示. 增設(shè)的排風(fēng)風(fēng)管與風(fēng)冷熱泵相連 ,原有 的新風(fēng)系統(tǒng)沒有變動 . 只是原新風(fēng)系統(tǒng)中新風(fēng)機(jī)的 冷 熱水管與空調(diào)系統(tǒng)的供回水管相連 ,而在熱回收方案中 ,新風(fēng)機(jī)的冷 熱水管與風(fēng)冷熱泵的水側(cè)換熱 器相連 ,新風(fēng)機(jī)組處理新風(fēng)所需的能耗不再由空調(diào) 系統(tǒng)的主機(jī)承擔(dān) ,而是直接由風(fēng)冷熱泵供給.q = 人均設(shè)計新風(fēng)量 房間人數(shù) ,q = 換氣次數(shù) n 1 . 5 有效容積.( 3)( 4)夏季 , 空調(diào)新風(fēng)冷負(fù)荷按公式 ( 5) 計算 , 冬季 , 空調(diào)新風(fēng)熱負(fù)荷按公式 ( 6) 計算 :v o ( ho - hr )( 5)qc =,3 600v o ( to - t r )qh =( 6).3 600式中 , qc 指夏季新風(fēng)冷負(fù)荷 , k w ;為空氣密度 ,夏季取 1 . 13 kg/ m3 ,冬季取 1 . 235 kg/ m3 ; v 是系統(tǒng)o的新風(fēng)量 ,m3 / h ; h 指室外空氣焓值 ,查焓濕圖得常o德夏季室外空氣焓值為 91 . 357 kj / k g ; hr 指室內(nèi)空氣焓值 ,查焓濕圖得 58 . 358 kj / kg ; qh 指空調(diào)新風(fēng) 熱負(fù)荷 ,k w ; to 指冬季空調(diào)室外空氣計算溫度 , ;t r 指冬季空調(diào)室內(nèi)空氣計算溫度 , .該空調(diào)系統(tǒng)的計算新風(fēng)量為 101 650 m3 / h ,計 算新風(fēng)冷負(fù)荷為 1 052 . 893 k w ,計算新風(fēng)熱負(fù)荷為735 . 965 k w.圖 3 方案 c 熱回收系統(tǒng)平面布置圖fig. 3 the st r uct ure schematic diagram of system c 1994-2013 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 106湖南大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版)2009 年21 3 排風(fēng)熱回收系統(tǒng)方案的確定原空調(diào)系統(tǒng)采用分層設(shè)置水平式新風(fēng)系統(tǒng) ,每 層均按各層房間的新風(fēng)量及新風(fēng) 負(fù) 荷配 置新 風(fēng)機(jī) 組. 空調(diào)房間的空氣處理設(shè)備只承擔(dān)室內(nèi)冷負(fù)荷 ,新 風(fēng)負(fù)荷則由新風(fēng)機(jī)組承擔(dān) ,但房間的空氣處理設(shè)備也要承擔(dān)部分新風(fēng)濕負(fù)荷 . 原空調(diào)系統(tǒng)中部分新風(fēng) 量小的房間 (如客房) 沒有設(shè)置排風(fēng) ,對于會議室 、宴 會廳 、歌舞廳等新風(fēng)量大的房間 ,則按該房間的新風(fēng) 量配置排風(fēng)風(fēng)機(jī) ,并維持室內(nèi)正壓 .在熱回收方案 a 中 ,新風(fēng)換氣機(jī)替代了原新風(fēng)系統(tǒng)的新風(fēng)機(jī)組 ,可省去原系統(tǒng)中新風(fēng)機(jī)所需的冷 水/ 熱水管路 、以及排風(fēng)風(fēng)機(jī) ,但需增加排風(fēng)管路 . 同 理 ,熱回收方案 b 以轉(zhuǎn)輪全熱換熱器代替原新風(fēng)系 統(tǒng)的新風(fēng)機(jī)組 ,也可省去新風(fēng)機(jī)所需的冷水/ 熱水管 路 、以及排風(fēng)風(fēng)機(jī) ,但需增加排風(fēng)管路. 而熱回收方 案 c 則保留原新風(fēng)系統(tǒng)的新風(fēng)機(jī)組 ,但為新風(fēng)機(jī)提 供冷量或熱量的不是空調(diào)冷水機(jī)組或鍋爐 ,而是風(fēng) 冷熱泵 . 此方案可省去排風(fēng)風(fēng)機(jī) ,但需重新設(shè)計新風(fēng) 機(jī)所需的冷水/ 熱水管路 ,也需增加排風(fēng)管路 .原新風(fēng)系統(tǒng)方案以及熱回收方案 a ,b 和 c 中 新風(fēng)機(jī)組 、新風(fēng)換氣機(jī) 、轉(zhuǎn)輪全熱換熱器 、熱泵的參數(shù)列于表 1 .表 1 新風(fēng)系統(tǒng)中設(shè)備主要參數(shù)表tab. 1 parameter values of devices in f resh a ir systems(計算系統(tǒng)冷負(fù)荷 - 計算新風(fēng)冷負(fù)荷 60 %) 1. 1(7) (計算系統(tǒng)熱負(fù)荷 - 計算新風(fēng)熱負(fù)荷 60 %) 1. 1(8)熱回收方 案 b 中 , 轉(zhuǎn) 輪 換 熱 器 的 全 熱 效 率 為80 % ,機(jī)組選型按公式 (9) , (10) 計算 : (計算系統(tǒng)冷負(fù)荷 - 計算新風(fēng)冷負(fù)荷 80 %) 1. 1(9) (計算系統(tǒng)熱負(fù)荷 - 計算新風(fēng)熱負(fù)荷 80 %) 1. 1(10)熱回收方案 d 中 ,機(jī)組選型按公式 ( 11) , ( 12)計算 :(計算系統(tǒng)冷負(fù)荷 - 熱泵提供的制冷量) 1. 1 (11) (計算系統(tǒng)熱負(fù)荷 - 熱泵提供的制熱量) 1. 1 (12)21 5空調(diào)系統(tǒng)初投資空調(diào)系統(tǒng)中各設(shè)備價格與費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)列于表 2 .表 2 空調(diào)系統(tǒng)中采用的設(shè)備價格標(biāo)準(zhǔn)與所需費(fèi)用表tab. 2 prices of devices adopted in a ir conditioning system項目名稱價格項目名稱價格1000 元/ k w螺桿式冷水機(jī)組( 按制冷量)鍋爐 ( 按制熱量)450 元/ k w200 元/ k w征 容 費(fèi)電燃?xì)?500 元/ ( m3 h)風(fēng)冷熱泵( 按制冷量)1000 元/ k w機(jī)房土建費(fèi)1500 元/ m2方形冷卻塔( 按冷卻水流量) 250 元/ ( t h) 新風(fēng)機(jī) ( 按風(fēng)量)18 元/ ( m / h)3風(fēng)量/設(shè)備提供 ( 回收)功率/ k w方案設(shè)備/ %新風(fēng)換氣機(jī)( 按風(fēng)量)轉(zhuǎn)輪換熱器( 按風(fēng)量)15 元/ ( m3 / h)( m3 h - 1) 冷量/ k w熱量/ k w水泵 ( 按功率)1000 元/ k w原 系 統(tǒng)a新風(fēng)機(jī)組排風(fēng)風(fēng)機(jī) 新風(fēng)換氣機(jī) 轉(zhuǎn)輪換熱器熱泵60 %117 500 1339 . 051493 . 422 . 9520 元/ ( m3 / h)風(fēng)機(jī) ( 按功率)600 元/ k w 117 50030106 500631 . 736 478 . 37755 . 8b80 %109755842 . 314 588 . 772123 . 37291 . 66369 . 722 . 95四個方案的初投資費(fèi)用見表 3 .表 3 各方案初投資費(fèi)用比較表1073 . 71c1376 . 49tab. 3 cost of original investment of f resh a ir systems 新風(fēng)機(jī)組117 500項目名稱原方案方案 a方案 b方案 c機(jī)房設(shè)備費(fèi)用 ( 萬元)新風(fēng)機(jī) ( 萬元) 新風(fēng)換氣機(jī) ( 萬元) 轉(zhuǎn)輪換熱器 ( 萬元) 風(fēng)冷熱泵 ( 萬元) 合計 ( 萬元)對比395 . 11308 . 84289 . 26231 . 6921 4排風(fēng)熱回收對原空調(diào)系統(tǒng)的影響由于應(yīng)用了熱回收設(shè)備承擔(dān)部分或全部的新風(fēng)176 . 25159 . 75219 . 51176 . 25571 . 3685 . 9負(fù)荷 ,空調(diào)系統(tǒng)的總冷負(fù)荷和總熱負(fù)荷有不同程度的降低 ,因此空調(diào)系統(tǒng)的主機(jī)等設(shè)備需做調(diào)整 .該系統(tǒng)的空調(diào)負(fù)荷計算采用逐時計算法 ,冷負(fù) 荷逐時最大值出現(xiàn)在下午四點(diǎn) , 為 3 084 k w ,常德 地區(qū)熱負(fù)荷取冷負(fù)荷的 70 % ,為 2 158 . 8 k w. 機(jī)組 選型時 ,需結(jié)合管道溫升 、風(fēng)機(jī)溫升等綜合考慮 ,取安全系數(shù) 1 . 1 .熱回收方 案 a 中 , 新 風(fēng) 換 氣 機(jī) 的 全 熱 效 率 為60 % ,機(jī)組選型按公式 (7) , (8) 計算 :468 . 59508 . 77493 . 8410 . 820 . 890 . 8621 6空調(diào)系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用有關(guān)的參數(shù)主要有電價 、燃?xì)鈨r及 系統(tǒng)運(yùn)行時間. 以下給出各參數(shù)在湖南地區(qū)的價格 : 1994-2013 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 107第 12 期楊昌智等 :排風(fēng)熱回收系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析電價 (商業(yè)用電) 0 . 8 元/ kw h ;氣價 3 . 3 元/ m3 ;考慮到湖南地區(qū)的氣候特點(diǎn) ,系統(tǒng)運(yùn)行時間為平均制 冷期每年按 4 個月計算 ,取不同的負(fù)荷系數(shù)時的天 數(shù) ,100 %為 12 天 ,60 %為 60 天 ,30 %為 48 天 ;平均 采暖期每年按 3 個 月 計算 , 100 %為 12 天 , 60 %為30 天 ,30 %為 48 天 ;空調(diào) 24 小時運(yùn)行.年運(yùn)行費(fèi)用可根據(jù)公式 (13) , (14) 計算 ,各方案 的詳細(xì)數(shù)據(jù)列于表 4 .電費(fèi) = 耗電功率 每天運(yùn)轉(zhuǎn)小時數(shù) 討論331 1 熱回收系統(tǒng)初投資費(fèi)用由表 4 可知 ,熱回收方案 c 在機(jī)房設(shè)備費(fèi)用部 分的初投資明顯小于方案 a 與方案 b . 這是因為此系統(tǒng)的新風(fēng)負(fù)荷占系統(tǒng)總負(fù)荷的 34 % ,熱回收設(shè)備的全熱回收效率越高 . 系統(tǒng)的負(fù)荷減少量越大 ,即可 降低空調(diào)主機(jī)的裝機(jī)容量 ,機(jī)房中的各種設(shè)備的初 投資與費(fèi)用也會隨之降低 . 新風(fēng)換氣機(jī)的全熱回收效率為 60 % , 轉(zhuǎn) 輪 全 熱 換 熱 器 的 全 熱 回 收 效 率 為80 % ,風(fēng)冷熱泵則承擔(dān)了全部的新風(fēng)負(fù)荷 ,因此方案a ,b ,c 在這部分的初投資依次減小 .雖然如此 ,熱回收方案 c 的總初投資卻不是最 低的. 轉(zhuǎn)輪換熱器有運(yùn)動部件 ,設(shè)備價格與維護(hù)保養(yǎng) 方面的費(fèi)用都比新風(fēng)換氣機(jī)要高. 方案 c 中除了熱泵的初投資 ,還要加上新風(fēng)機(jī)組的初投資 ,使得方案 c 在 3 個方案中成為排風(fēng)熱回收部分初投資最大的 方案. 因 此 , 總 體 來 說 , 方 案 c 在 初 投 資 上 沒 有 優(yōu) 勢 ,反 而 是 回 收 效 率 相 對 較 小 的 方 案 a 初 投 資 最小.31 2 熱回收系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用由表 5 可知 , 3 個熱回收方案的年運(yùn)行費(fèi)用差 別并不大 ,比原空調(diào)系統(tǒng)節(jié)約了 33 %35 %.從電費(fèi)的部分來看 ,雖然方案 c 中主機(jī)和水泵 的耗電量要比方案 a ,b 少 , 但熱泵 本身 耗電 量 很大 ,而新風(fēng)換氣機(jī)與轉(zhuǎn)輪換熱器的耗電量相對來說 要比熱泵小很多 ,因此使用熱泵的方案 c 在用電的 部分運(yùn)行費(fèi)用很高 . 但從燃料費(fèi)的部分來看 ,由于熱 泵的制熱量約為制冷量的 1 . 28 倍 ,而系統(tǒng)熱負(fù)荷只 有冷負(fù)荷的 70 % ,因此方案 c 要求鍋爐提供的熱量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于方案 a 與 b , 鍋爐耗氣量也較小 , 約為 方案 b 的 50 % ,方案 a 的 30 %. 由于這一優(yōu)勢 ,方 案 c 的年運(yùn)行成本成為 3 個熱回收方案中最小的 .31 3 熱回收系統(tǒng)平均成本分析分析表 6 ,綜合考慮整個系統(tǒng)的初投資 ,使用年 限 ,運(yùn)行費(fèi)用 ,利用熱泵與新風(fēng)機(jī)組進(jìn)行熱回收的方案 c 是最優(yōu)方案 .但方案 c 與另外兩個方案相比 ,并沒有明顯的 優(yōu)勢 ,3 種方案的年平均成本在原空調(diào)方案的 77 %78 %左右. 可以說 ,在排風(fēng)熱回收方面 ,新風(fēng)換氣機(jī) 、轉(zhuǎn)輪換熱器 、風(fēng)冷熱泵均適用 .利用價格較低的空氣 - 水換熱器 ,采用 co p 更 高或耗電量更小的風(fēng)冷熱泵均可以降低熱泵熱回收每年運(yùn)轉(zhuǎn)天數(shù) 負(fù)荷系數(shù) 電價(13)燃料費(fèi) = 每小時燃料量 每天運(yùn)轉(zhuǎn)小時數(shù) 每年運(yùn)轉(zhuǎn)天數(shù) 負(fù)荷系數(shù) 天然氣價格(14)式中 ,夏季的耗電功率 = ( 冷水機(jī)組輸入功率+ 冷卻塔輸入功率 + 冷卻水泵功 率 + 冷 凍水 泵功 率) 臺數(shù) + 新風(fēng)處理設(shè)備消耗功率 ;冬季的耗電功 率 = (鍋爐輸入功率 + 熱水泵功率) 臺數(shù) + 新風(fēng)處理設(shè)備消耗功率 ; 冬季的每小時燃料量 = 鍋爐每 小時天然氣消耗量 臺數(shù).表 4 各方案的年運(yùn)行費(fèi)用表 ta b. 4 annual runn ing cost of f resh a ir systems 運(yùn)行費(fèi)用原方案方案 a方案 b方案 c夏季電費(fèi) ( 萬元)冬季電費(fèi) ( 萬元) 冬季燃料費(fèi) ( 萬元) 合計 ( 萬元)對比121 . 906 . 04117 . 10245 . 04195 . 046 . 1788 . 09189 . 300 . 77100 . 9211 . 9273 . 32186 . 160 . 76114 . 7334 . 2336 . 57185 . 530 . 7521 7平均年成本分析年平均成本 = ( 方案初投資 + 設(shè)備使用年限總運(yùn)行費(fèi)用) 設(shè)備使用壽命(15)年平均成本綜合考慮了初投資 、運(yùn)行費(fèi)用以及設(shè)備的使用壽命等因素 ,直接反映方案投資和運(yùn)行 的合理性與經(jīng)濟(jì)性 . 四個方案的初投資 、年運(yùn)行費(fèi)用及年平均成本匯于表 5 。表 5 各方案經(jīng)濟(jì)性比較表ta b. 5 comparison of each f resh a ir system in economy費(fèi)用原方案方案 a方案 b方案 c初投資 ( 萬元)年運(yùn)行費(fèi)用 ( 萬元)571 . 36468 . 59508 . 77493 . 84245 . 04189 . 3186 . 16185 . 53螺桿式冷水機(jī)組使用年限 ( 年) :15使用年限內(nèi) 總運(yùn)行費(fèi)用 ( 萬元)年平均成本 ( 萬元/ 年)對比3675 . 62839 . 52792 . 42782 . 95283 . 131220 . 540 . 779220 . 080 . 777218 . 450 . 772 1994-2013 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 108湖南大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版)2009 年的成本 ,使得利用風(fēng)冷熱泵進(jìn)行排風(fēng)熱回收得以推廣使用 .的能源與環(huán)境問題的有效措施之一 . 風(fēng)冷熱泵在排風(fēng)熱回收的應(yīng)用有很大的潛力 ,對于熱回收領(lǐng)域的 技術(shù)進(jìn)步和開拓創(chuàng)新有一定的積極意義 ,具有一定 的社會推廣價值.4結(jié)論參考文獻(xiàn)本文討論了新風(fēng)換氣機(jī) 、轉(zhuǎn)輪全熱換熱器 、風(fēng)冷熱泵在排風(fēng)熱回收領(lǐng)域的應(yīng)用 ,從能耗與經(jīng)濟(jì)性方 面分析了 3 中排風(fēng)熱回收方案的可行性 . 從經(jīng)濟(jì)角 度來看 ,3 種系統(tǒng)運(yùn)行的成本與效率相差不大 ,但各 自有其特點(diǎn).1) 新風(fēng)換氣機(jī)無驅(qū)動部件 ,結(jié)構(gòu)緊湊 ,傳熱面既 不透氣又不透濕 ,新風(fēng)不會被排風(fēng)污染 . 它的缺點(diǎn)是 只能通過傳熱壁面進(jìn)行熱量交換 ,當(dāng)傳熱面溫度低 于被冷卻空氣的露點(diǎn)時 ,有凝結(jié)水產(chǎn)生 ,堵塞通道 , 若新風(fēng)溫 度 低 于 0 , 則 會 結(jié) 霜 , 通 道 堵 塞 更 為 嚴(yán) 重. 如果新風(fēng)換氣機(jī)要作為冬季排風(fēng)熱回收設(shè)備時 ,不宜用在北方寒冷地區(qū).2) 轉(zhuǎn)輪換熱器有較高的熱回收效率 ,可以通過 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)速度來調(diào)節(jié)熱回收效率 ,能適應(yīng)不 同的室內(nèi)外空氣參數(shù) . 但缺點(diǎn)是設(shè)備比較大 ,占用建 筑面積較大 ;有動力傳動裝置 ,而且空氣流動阻力較大 ,能耗相應(yīng)較大. 當(dāng)排風(fēng)和新風(fēng)的壓差較大時 ,可 能通過分隔板的密封圈有少量空氣摻混 ,而產(chǎn)生交 叉污染 ,不宜用于含有有害污染物的排風(fēng)系統(tǒng) .3) 風(fēng)冷熱泵用于排風(fēng)熱回收 ,新風(fēng)管路與排風(fēng) 管路可以分開設(shè) 置 , 布管 靈活 , 且 新 回風(fēng) 口距 離較遠(yuǎn) ,不存在新回風(fēng)短路的問題. 新風(fēng)與排風(fēng)沒有直接 進(jìn)行換熱 ,也不存在新風(fēng)被污染的問題 . 但由于熱泵 本身能耗較大 ,熱回收過程中要依賴空氣 - 水換熱 器進(jìn)行 ,因此 ,風(fēng)冷熱泵的熱回收系統(tǒng)仍有很大的改 進(jìn)空間 .本文存在如下的缺點(diǎn)與不足 .由于計算量太大 ,本文忽略了新風(fēng)系統(tǒng)中排風(fēng) 管 ,水管的設(shè)計 、計算與成本 . 本文中設(shè)備等的價格 來自有一定工作經(jīng)驗的設(shè)計人員的經(jīng)驗值或設(shè)備廠 家提供的大概值 ,實(shí)際要進(jìn)行排風(fēng)熱回收系統(tǒng)可行性方案的概預(yù)算 ,要以實(shí)際價格的為準(zhǔn) .總的來說 ,在設(shè)有集中排風(fēng)的建筑 ,利用余熱回 收技術(shù) ,可以在獲得良好的空氣品質(zhì)下 ,減少不必要 的能源浪費(fèi) ,降低能源消耗 . 舒適 、節(jié)能 、經(jīng)濟(jì)與環(huán)保 成為當(dāng)今建筑空調(diào)設(shè)計的主要課題.作為一種高效的能量提升裝置 ,熱泵是利用低 溫可再生能源的有效技術(shù)之一 ,也是解決暖通空調(diào) 1 朱穎心. 建筑環(huán)境學(xué) m . 第二版. 北京 : 中國建筑工業(yè)出版社 ,2005 .zh u yi ng2xi n . built envi ro n ment m . seco nd editio n . bei2 ji ng : chi na a rchit ect ure and buil di ng pre ss , 2005 . ( in chi2 nese)陸亞俊 ,馬最良 ,鄒平華. 暖通空調(diào) m . 北京 : 中國建筑工業(yè)出版社 ,2002 .l u ya2j un , ma zui2lia ng , zo u pi ng2hua . heati ng , ventila2 ti ng a nd ai r co nditio ni ng m . beiji ng : chi na a rchit ect ure a nd buil di ng pre ss ,2002 . ( in chi ne se)袁旭東 ,柯瑩 ,王鑫. 空調(diào)系統(tǒng)排風(fēng)熱回收的節(jié)能性分析 j . 制冷與空調(diào) ,2007 ,7 ( 1) : 76 - 81 .yu a n xu2do ng , ke yi ng , wa n g xi n . the ener gy savi ng a nal ysi s of hv a c syst e m wit h ai r2to2ai r ener gy reco ver y j . ref ri geratio n and ai r2co nditio ni ng , 2007 , 7 ( 1 ) : 76 - 81 . ( in chi ne se)楊昌智 ,劉光大 , 李念平. 暖通空調(diào)工程設(shè)計方法與系統(tǒng)分析 m . 北京 :中國建筑工業(yè)出版社 ,2001 .ya n g cha ng2zhi , l iu gua ng2da , l i nian2pi ng . de sign a nd a nal