152 嚴寒地區(qū)某站房候車大廳新風熱回收方案分析.doc

嚴寒地區(qū)某站房候車大廳新風熱回收方案分析中南建筑設(shè)計院 李玲玲 張昕摘要：北方嚴寒地區(qū)，在新風與室內(nèi)空氣焓值相差較大的情況，直接引入新風會導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)能耗的大量增加。常見的空調(diào)系統(tǒng)出于節(jié)能考慮盡量限制室內(nèi)、外空氣的交換，因此，產(chǎn)生了節(jié)約能源和提高室內(nèi)空氣質(zhì)量的矛盾。利用熱回收技術(shù)充分利用排風中的能量，可以降低新風能耗，是解決上述矛盾的有效途徑。熱回收系統(tǒng)，即是回收建筑物內(nèi)外的余熱(冷)或廢熱(冷)，并把回收的熱(冷)量作為供熱(冷)或其它加熱設(shè)備的熱源而加以利用的系統(tǒng)。熱回收方式比較多，但歸納起來共兩大類，即全熱回收裝置、顯熱回收裝置。熱回收裝置的熱（冷）回收量與室內(nèi)外空氣狀態(tài)有關(guān)，本文以實際工程的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別采用顯熱交換器和全熱交換器，對空氣處理過程進行分析，并與不采用熱回收裝置進行節(jié)能性對比，得出嚴寒地區(qū)新風熱回收的最佳形式。關(guān)鍵詞：熱回收 嚴寒地區(qū) 全熱 顯熱前言近年來隨著國民經(jīng)濟迅速發(fā)展，能源形勢日趨嚴峻，節(jié)能減排成為我國最重要的基本國策之一。在民用建筑中空調(diào)能耗占建筑總能耗的50以上，而在建筑物空調(diào)負荷中，新風負荷占到四分之一以上，尤其在寒冷的北方地區(qū)，冬季時間長，室內(nèi)外溫差大，新風熱負荷所占總負荷的比例更高。同時現(xiàn)代社會人們90的時間是在室內(nèi)度過，室內(nèi)空氣品質(zhì)的好壞直接影響人類的身體健康，增加新風量可以改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。因此，產(chǎn)生了節(jié)約能源和提高室內(nèi)空氣質(zhì)量的矛盾。近幾年國家也頒布了有關(guān)法規(guī)提倡在某些建筑中采用熱回收裝置。公共建筑節(jié)能設(shè)計標準中明文規(guī)定：“建筑物內(nèi)設(shè)有集中排風系統(tǒng)且符合下列條件之一時，宜設(shè)置排風熱回收裝置；排風熱回收裝置(全熱和顯熱)的額定熱回收效率不應(yīng)低于60：1)送風量大于或等于3000m3h的直流式空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，且新風與排風的溫度差大于或等于8；2)設(shè)計新風量大于或等于4000m3h的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，且新風與排風的溫度差大于或等于8；3)設(shè)有獨立新風和排風的系統(tǒng)。北方嚴寒地區(qū)，在新風與室內(nèi)空氣焓值相差較大的情況，直接引入新風會導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)能耗的大量增加。常見的空調(diào)系統(tǒng)出于節(jié)能考慮盡量限制室內(nèi)、外空氣的交換，因此，產(chǎn)生了節(jié)約能源和提高室內(nèi)空氣質(zhì)量的矛盾。利用熱回收技術(shù)充分利用排風中的能量，可以降低新風能耗，是解決上述矛盾的有效途徑。所謂熱回收系統(tǒng)，即是回收建筑物內(nèi)外的余熱(冷)或廢熱(冷)，并把回收的熱(冷)量作為供熱(冷)或其它加熱設(shè)備的熱源而加以利用的系統(tǒng)。熱回收方式比較多，但歸納起來共兩大類，即全熱回收裝置、顯熱回收裝置。全熱回收裝置既回收顯熱，又能回收潛熱，此類裝置有轉(zhuǎn)輪式換熱器、板翅式換熱器和熱泵式換熱器。顯熱回收裝置有中間熱媒式換熱器、板式顯熱換熱器和熱管式換熱器。熱回收裝置的熱（冷）回收量與室內(nèi)外空氣狀態(tài)有關(guān)，本文以實際工程的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別采用顯熱交換器和全熱交換器，對空氣處理過程進行分析，并與不采用熱回收裝置進行節(jié)能性對比，得出嚴寒地區(qū)新風熱回收的最佳形式。1.工程簡介以黑龍江省的某市火車站的候車大廳為例，候車大廳高15米，面積18000，建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱工參數(shù)以及照明設(shè)備負荷參照公共建筑節(jié)能設(shè)計標準計算，該站房最高聚集人數(shù)4000人，人員新風量按12.5m3/h.人計算。室外氣象參數(shù)如下：夏季空調(diào)室外計算干球溫度：31.1，夏季空調(diào)室外計算濕球溫度：23.9，夏季通風室外計算相對濕度：63%；冬季采暖室外計算溫度：-25；冬季空調(diào)室外計算溫度：-29；冬季室外計算相對濕度：71%。室內(nèi)設(shè)計參數(shù)如下表1：表1 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)房間名稱溫度相對濕度夏季冬季夏季冬季候車區(qū)26186540 表2 室內(nèi)外參數(shù)對比夏季室外夏季室內(nèi)冬季室內(nèi)冬季室內(nèi)焓h（KJ/kg）含濕量d(g/kg)焓h（KJ/kg）含濕量d(g/kg)焓h（KJ/kg）含濕量d(g/kg)焓h（KJ/kg）含濕量d(g/kg)71.816.659.713.1-28.80.231.65.3該城市的建筑氣候分區(qū)屬于嚴寒地區(qū)A區(qū)，根據(jù)室內(nèi)外參數(shù)繪制-d圖，見圖1，可以看到夏季室內(nèi)外焓差較小, 為12.1 KJ/kg，而冬季室內(nèi)外焓差較大，為60.4KJ/kg，所以分析冬季的熱回收效果更有實際意義。 候車大廳冬季采用新風系統(tǒng)+地板輻射采暖系統(tǒng)，新風機組只承擔新風熱負荷和室內(nèi)濕負荷，地板輻射采暖系統(tǒng)承擔室內(nèi)熱負荷，根據(jù)候車大廳對新風的需求，選擇總風量為50000m3/h的組合式新風機組。 圖1 冬夏兩季室內(nèi)外參數(shù)焓濕圖 圖2 不做新風熱回收的-d圖2新風直接處理不采用熱回收，冬季直接引入室外新風（狀態(tài)點0），加熱到狀態(tài)點5，再經(jīng)過濕膜加濕段（等焓加濕）處理到送風狀態(tài)點（狀態(tài)點6），處理過程的-d圖見圖2。根據(jù)顯熱平衡和濕平衡，可以確定送風狀態(tài)點6，過程如下：顯熱平衡： 新風量（m3/h）空氣定壓比熱容（取1.005kJ/(kg.K)）室內(nèi)顯熱負荷（kw）空氣密度 (1.2kg/m3)。由于新風不承擔室內(nèi)熱負荷， ，排風量等于新風量，故送風溫度=18,即可滿足顯熱平衡要求。室內(nèi)水分的質(zhì)平衡（濕平衡）：室內(nèi)濕負荷主要是人體散濕引起的，（kg/h）（參見（2）室內(nèi)濕負荷人體散濕量群集系數(shù) 計算時刻空調(diào)區(qū)內(nèi)的總?cè)藬?shù)一名成年男子小時散濕量（g/h）則送風點的含濕量為（kg/h）送風狀態(tài)點6的狀態(tài)參數(shù)為：，KJ/kg，kg/h。冬季不采用熱回收時，將新風處理到送風狀態(tài)點6，處理過程的-d見圖2。新風機組的加熱盤管的加熱量：=765(kw)新風機組的濕膜加濕器的加濕量：（kg/h）即當冬季不采用熱回收時，新風機組的加熱量765kw，濕膜加濕量在186 kg/h。3.采用熱回收裝置采用顯熱或全熱回收對新風進行處理，在組合式新風機組中增加顯熱回收裝置或全熱回收裝置，新風處理過程如圖3所示，將室外新風（狀態(tài)點0），與室內(nèi)回風（狀態(tài)點3）進行熱交換后，再通過加熱加濕過程，處理到室內(nèi)送風狀態(tài)點(6或6)，系統(tǒng)中排風量等于新風量。顯熱、潛熱交換效率是熱交換器最主要的參數(shù)之一，根據(jù)規(guī)范要求，換熱器效率不低于60%，計算公式如下：圖3 流程圖圖4 新風預(yù)熱流程圖 (1) (2)式中：、 新風進換熱器時空氣干球溫度、焓、含濕量；、新風出換熱器時空氣干球溫度、焓、含濕量；、 回風進換熱器時空氣干球溫度、焓、含濕量；、 回風出換熱器時空氣干球溫度、焓、含濕量；、 顯熱、潛熱交換效率。回收熱量（顯熱）： (3)式中： 新風量（m3/h）;空氣定壓比熱容（取1.005kJ/(kg.K)）。3.1.采用顯熱回收假定顯熱效率=60%，室外外參數(shù)見表一、表二。由公式（1），計算得出排風溫度=-10.2由于顯熱交換器不吸濕，只進行顯熱交換，故排風狀態(tài)點的含濕量等于回風5.3g/kg，此時排風狀態(tài)點溫度為-10.2，含濕量為5.3g/kg，由于室內(nèi)狀態(tài)點的露點溫度為4.2，為了防止熱交換器不結(jié)露或結(jié)霜，排風溫度要大于4.2，必須對新風進行預(yù)熱，此時假定排風溫度=4.2，含濕量為5.3g/kg，根據(jù)：則預(yù)熱后的新風=-5，即為了保證熱回收器不結(jié)霜，必須將新風最低預(yù)熱至-5，新風處理過程見下圖5，則新風顯熱回收機組預(yù)熱段加熱量為：（kw）流程圖如圖4所示，此時由公式（1）得到：8.8顯熱交換段回收熱量：=188(kw) 圖5 顯熱回收-d圖 圖6 全熱回收-d圖則整個過程中，新風熱回收機組的加熱量等于不采用熱回收裝置的加熱量減去回收的熱量： (kw)2-5的機組再熱盤管加熱量為：(kw)由于顯熱交換器不吸濕，只進行顯熱交換，所以濕膜加濕段加濕量不變，為185 kg/h。3.2 采用全熱回收 全熱回收過程包含了熱和質(zhì)的交換，回收顯熱的同時，又吸收了回風中的潛熱，新風處理流程如圖3所示，假定顯熱回收效率和潛熱回收效率為60%，由公式（1）（2）可得：，此時排風溫度=-10.2，此時排風的含濕量=2.24(g/kg)此時排風狀態(tài)點處于100%相對濕度線之下，實際狀態(tài)中不存在這樣的狀態(tài)點，即顯熱回收效率和潛熱回收效率不可能同時滿足60%，在滿足潛熱回收效率60%的前提下，將含濕量為2.24g/kg與95%的相對濕度線相交，此時狀態(tài)點的干球溫度-5.4，露點溫度為-6，即當排風溫度-5.4時，熱回收器就會出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，嚴重的可能發(fā)生霜堵現(xiàn)象，為了防止機組結(jié)露，必須對新風進行預(yù)熱，設(shè)定最低排風溫度為-5.4。此時，為了防止排風結(jié)露，滿足顯熱效率大于60%，故必須對新風做預(yù)熱處理。滿足，則預(yù)熱后的新風=-21，=0.2g/kg=2.86(g/kg)新風處理過程-d圖見圖6，為新風預(yù)熱階段，為新風全熱交換過程，為再熱過程，為等焓加濕過程，預(yù)熱盤管加熱量：(kw)則再熱過程中的機組加熱量為：（kw）則整個過程中，機組的總加熱量為：112+232=344（kw）全熱交換過程回收的顯熱量：（kw）全熱交換過程中的增濕量：=160kg/h此時的濕膜加濕量應(yīng)該扣除全熱交換過程中的增濕量，(kg/h)即 =186-160=26kg/h4.節(jié)能性分析 表3 系統(tǒng)能耗對比無熱回收顯熱回收全熱回收顯熱加熱量（Kw）765577344回收熱量（Kw）/188327加濕量（kg/h）18618626由數(shù)據(jù)分析可以得出，采用顯熱回收器回收約25%的熱量，采用全熱回收器可以回收327kw, 約42.7%的熱量，故全熱交換器節(jié)能效果更加顯著，實際工程中，顯熱或潛熱回收的效率一般高于60%，故節(jié)能效果還有提升的空間。 通過實際工程數(shù)據(jù)的分析得出，在嚴寒地區(qū)，空調(diào)系統(tǒng)采用熱回收技術(shù)，理論上全熱回收裝置相比顯熱回收而言，能夠節(jié)省更多的能耗。但是全熱交換器中新風排風之間有少量的混合流動，造成新風的交叉污染，不宜應(yīng)用于排風有污染的場所。選擇熱回收裝置時，應(yīng)結(jié)合當?shù)貧夂驐l件、經(jīng)濟狀況、工程的實際狀況、排風中有害氣體的情況等多種因素，綜合考慮，進行技術(shù)、經(jīng)濟分析比較，以確定選用合適的熱回收裝置，從而達到花較少的投資，