1、排风热回收空调系统全年节能性动态分析1排风热回收空调系统全年节能性动态分析摘 要:随着新风能耗的增加,排风热回收空调系统引起了人们的重视,但是影响其节能性的因素比较复杂,目前还没有得到广泛的应用。本文运用清华大学的 DeST 软件和欧洲某热回收公司的在线选型计算软件,对北京市的某工程的整个热回收空调系统的全年能耗进行了动态的逐时计算,并对两种计算结果进行了比较,分析了热回收对整个的空调系统容量的影响,结果表明了排风热回收装置可显著减少全年的运行能耗和运行费用,有效提升了室内空气品质。关键词:排风热回收;动态计算;经济性分析:空气品质中图分类号:TU111.19+5.2Energy-saving
2、 Dynamic Analysis of an All-year Running Air Conditioning System Equipped with air to air energy recovery equipmentAn Qiang(Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing, 100044, China)Abstract:As the consume of fresh air increasing, the exhaust air recovery is more and more impo
3、rtant. But the affects of economic to air condition system equipped with air to air energy recovery are very complex, it has not been used widespread. So the study on economic analysis to air condition system equipped with air to air energy recovery is on the paper. by DeST, it is analyzed the effec
4、t on the whole air condition system. . The results analyzed show that the energy consumption would be markedly decreased if applying the energy recovery AHU in the air-conditioning system, the running cost could also be remarkably reduced, and the indoor air quality could be easily improved by conve
5、niently regulating the fresh air circulated.Key words: energy recovery; dynamic calculation; economic analysis; air quality 1.引言在现代建筑内,暖通空调系统往往占有最大比例的能耗,约占建筑总能耗的 1/3,甚至可高达 45%.这其中新风负荷又占有较高比例,新风负荷一般要占整个空调负荷的 20%40%,甚至更大.为提高室内空气品质(IAQ),保持对室内一定比例新风量的调节是有效的解决办法,同时不断的提高新风比,这样增加了空调系统的能耗 ,是需要解决的一对矛盾.利用回收空调
6、系统排风中的热能,以加热(或冷却)室外引入的新风,则是一种可行的选择。此做法在欧美国家广泛的采用,但是,由于影响其节能性的因素比较复杂,目前还没有得到广泛的应用。所以本文运用清华大学的 DeST 软件和欧洲某热回收公司的在线选型计算软件,对北京市的某工程的整个热回收空调系统的全年能耗进行了动态的逐时计算,分析了热回收对整个的空调系统容量的影响,并对初投资和全年的运行费用进行了经济性分析。2.排风热回收空调系统的经济性分排风热回收空调系统全年节能性动态分析22.1 设备的选型以北京某工程为例,总建筑面积 1000 平方米,该系统采用了全年新风比可变的定风量系统,新风比从 15%-100%,利用清
7、华大学 DeST 软件对建筑物进行了全年动态的负荷计算,并进行了送风量的计算。得到总的送风量为 70000 ,通过威科(欧美企业)网上在线选型软件,选择了带3/mh转轮式热回收装置的组合式空调机组和不带热回收的组合式空调机组。如下图所示 1表 1 设备选型比较表设备名称 送风量( )3/h送风机轴功率 (kw) 排风机轴功率 (kw) 能量回收量 (kw) 全年回收效率带热回收的空调机组70000 39.983 39.983 453.5 67%-80%不带热回收的空调机组70000 38.026 38.026 0 02.2 系统初投资比较计算比较其容量的大小,对其初投资进行估算。初投资包括购买
8、转轮式热交换器一次性投资增加和由于能量的回收可以降低原设备的初投资 (减小制冷机组,冷却塔,管路系统等的容量) 。1m2m(1)购买转轮式热交换器一次增加性投资 的确定1根据企业网上在线选型软件选择的两种机组,得到其市场价格,确定其差值带热回收的空调机组价格为 43。5 万元,不带热回收的机组价格为 20 万元,则增加的初投资为 23.5 万元。1m排风热回收空调系统全年节能性动态分析3(2)能量的回收可以降低原设备的初投资 2m根据威科网上在线选型软件选择的两种机组,得到带转轮式热回收机组的空调机组回收的能量Q,按照某设计院的工程经验,得到单位冷量节省的初投资 M,根据公式:(1)2*mM其
9、中 Q 值由表一可得为 453.5KW,根据工程预算公司数值得到 M 值为 2557.6 元/KW,则由公式(1)得到 为 116 万元.,22.3 系统全年运行费用的比较计算空调系统全年运行费用的计算是一个动态的过程,不能仅仅考虑典型日的运行费用,需要对建筑进行建模,进行全年的负荷计算和能耗的计算。所以本论文采用了利用清华大学 DeST 软件对建筑物进行了全年动态的计算,得到了两种不同的空调系统(带热回收装置的空调系统和不带热回收的困难空调系统)的能耗和全年的运行费用,对其进行了比较。计算过程如下:2.3.1 北京地区的全年温度的分布曲线根据 DeST 软件得到了北京地区的全年的温度曲线,根
10、据此曲线确定全年的新风控制策略及进行负荷的计算。如下图所示 5:各 天 干 球 温 度 统 计-20-100102030401-1 2-1 3-1 4-1 5-1 6-1 7-1 8-1 9-1 10-1 11-1 12-1干球温度()日 平 均 温 度 ( ) 日 最 高 温 度 ( ) 日 最 低 温 度 ( )图 2 北京地区的全年温度的分布曲线2.3.2 空调系统运行的策略带热回收的空调系统的经济运行控制方式与空调系统型式有关,本论文采用的是变新风比的定风量系统,本空调系统所采用的新风运行方式是:室外气温小于此切换温度时,系统即进入经济运行模式。其传统控制策略如图 2 所示 2。当室外
11、温度高于 t0 时,新风量保持为最小,此时可以启用能量回收装置回收排风种的冷量用于遇冷从室外引进的新风,降低对制冷主机的冷量的要求。当室外温度低于 t0 时,新风量切换到最大。当室外温度在 t0 和 t1 之间时,新风量保持最大, 建筑物内有余热余湿,此时完全可以充分利用室外新风来达到消除余热的目的,从而减少对制冷机提供冷量的需求。此时,对有能量回收的系统来说,可以停用能量回收装置,如采用气流旁通或转轮停转等方式.当室外温度在 t0 和 t1 的上限,全新风仍无法满足全部消除室内余热的要求时,可依靠空调系统的制冷主机再提供少量的冷源;而当室外温度在 t0 和 t1 的中低范围时,可以采用全新风
12、或者新风与部分回风相混合的方式,制冷机组完全停用,此时的能耗仅只为机械送、排风所需要的少量电能。室外温度低于 t1 时新风量随室外温度的减小而减小,当室外温度低于 t2 时,系统回到最小新风量。空调系统有供热需求.重新启用能量回收装置,回收排风中的热量用以加热室外引入的新风,降低对空调系统热源供热量的需求。排风热回收空调系统全年节能性动态分析4图 4 定风量系统的新风经济运行控制图转轮式热回收装置热回收效率在全年的运行过程种不是不变的,它随着气候及全年的新风比的变化而变化,其变化的规律如下图所示。利用企业选型软件拟合热回收效率与风速及新风比的段系曲线表 2 效率和风速随新风比的变化表新风比(%
13、) 42 43 44 45 50 60 80 100风速(m/s)1.7 1.8 1.8 1.8 2 2.5 3.3 4.1效率(%) 79 79 79 79 77 75 71 67效 率 和 风 速 随 新 风 比 的 变 化 曲 线0123450.42 0.43 0.44 0.45 0.5 0.6 0.8 1新 风 比风速和效率值 风 速 ( m/s)效 率图 5 效率和风速随新风比的变化曲线不带热回收的空调系统的新风运行策略与此相同,只是没有热回收装置的起停2.3.3 模拟计算结果一两种空调系统全年新风比的比较用清华大学 DeST 软件按照上面的空调系统的运行策略,得到了两种系统种新风比
14、的变化,如下图所示。通过图表可以看出,全年变新风比运行充分利用了过度季节的室外新风,避免和延迟了制冷机的开启,达到了节能的目的。此外,带热回收的空调系统能够恩大程度的提高新风比,增加了新风量,提高了室内的空气品质,给人们提供了舒适的生活和工作环境。排风热回收空调系统全年节能性动态分析5图 6 两种空调系统全年新风比对比图二两种空调系统全年能耗你运行费用的比较全年的运行费用包括回收的冷热量所节省的费用 ,转轮式热回收装置及其风机所消耗的电3m量 两部分。4m(1)回收的冷热量所节省的费用 3经过模拟计算得到了带热回收的空调系统夏季节省的冷量为 117.66GJ,冬季节省的热量为1022.26GJ
15、,冷水系统全年的综合性能系数 COP 为 2.8,则全年节约的电量为 40711kWh,电价按照0.8 元/ kWh 计算,则可节约电费为 32568.8 元。(2)转轮式热回收装置及其风机所消耗的电量 。4m在模拟计算中,采暖季从 11 月 15 日-3 月 15 日,空调季从 6 月 1 日-8 月 30 日,则风机运行约为 2000 小时,有设备选型比较表可知,采用带热回收装置增加的风机能耗为(39.983-38.026)2=3.914KW,则全年增加的能耗为 7828kWh, 电价按照 0.8 元/ kWh 计算,则增加的电费为6262.4 元。有以上的计算结果可得全年节约的能耗为 3
16、2883 kWh,节约的电费为 26306.4 元。2.4 系统的全年经济性分析表 3 全年初投资和运行费用表增加的初投资(万元) 节省的运行费用(万元)1m23m4-23.5 116 3.25688 -0.62624合计 92.5 2.63064采用能量热回收装置的空调系统具有显著的节能效果,使全年的运行费用大为减少.这在运行费用的节省如果在能源紧缺、价格上涨的情况下,显得尤为重要。同时减小制冷机组,冷却塔,管路系统等的容量,从而降低其初投资.排风热回收空调系统全年节能性动态分析63.结论(1)采用能量热回收装置的空调系统具有显著的节能效果,使全年的运行费用大为减少.这在运行费用的节省如果在
17、能源紧缺、价格上涨的情况下,显得尤为重要.(2)采用能量热回收装置的空调系统, 减小制冷机组,冷却塔,管路系统等的容量,从而降低其初投资.(3)采用能量热回收装置的空调系统 ,可以在实际运行中方便地调节空调房间的新风量,实现过渡季节的节能运行, 并且大大增加了房间的新风量,提高了室内空气品质(4)在北京的气候条件下,冬季供热期能量回收效果比夏季制冷期显著.(5)通过其经济性分析,能量热回收装置具有很大的节能性和可行性.排风热回收空调系统全年节能性动态分析7参考文献:1彭梦龙.转轮式交换器在湖南地区的应用J.制冷与空调,2006(3) ,65-67PENG Meng-long. The Appl
18、ication of Rotary Exhaust Air Heat Recover in Hu NanJ. REFRIGERATION AND AIR-CONDITIONING, 2006(3):65-672连之伟.热回收装置在空调工程中的应用J.制冷空调,2007,116(28),82-85LIAN Zhi-wei,The Application of Exhaust Air Heat Recover in Practical EngineerJ. REFRIGERATION AND AIR-CONDITIONING, 2007,116(28),82-853赵建成.排风热回收系统在工程中的
19、应用J.建筑科学,2006,(22),70-72ZHAO Jian-cheng, The Application of Exhaust Air Heat Recover System in Practical EngineerJ. BUILDING SCIENCE, 2006,(22):70-724班博林.能量回收式空调处理机组全年运行节能分析J.北京建筑工程学院,2006,(1);21-25Ban Bolin. Energy-saving Analysis of an All-year Running Air Conditioning System Equipped with Energy Recovery AHUJ. Beijing University of Civil Engineering and Architecture,2006(1):21-255江亿.建筑环境模拟与分析-DeST 软件M.中国建筑工业出版社。JIANG Yi.Building Environmental System Simulation and AnalysisDeST M. China Archtecture and Building Press作者简介:安强(),Email :