上海地區(qū)空調(diào)余熱回收利用分析

上海地區(qū)空調(diào)余熱回收利用分析

0空調(diào)系統(tǒng)余熱回收的現(xiàn)狀及環(huán)境分析建筑能耗是全國(guó)總能耗的重要組成部分。在一些歐洲和美國(guó)國(guó)家，建筑物的總能耗約占全國(guó)總能耗的30%。建筑耗能中,建筑物采暖、通風(fēng)和空調(diào)的能耗約占全國(guó)總能耗的19.5%,而在空調(diào)負(fù)荷中,新風(fēng)負(fù)荷則占相當(dāng)大的比例,在國(guó)外,新風(fēng)負(fù)荷一般占建筑空調(diào)總負(fù)荷的20%～30%。因此,空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能空調(diào)是建筑節(jié)能的重要部分。在空調(diào)節(jié)能中,目前被忽視的部分是被空調(diào)系統(tǒng)排走的冷(熱)量未被回收。因此空調(diào)排風(fēng)的余熱回收對(duì)于空調(diào)節(jié)能有很重要的意義。從焓濕圖中可以分析出,空調(diào)排風(fēng)中可供回收的熱(冷)量中潛熱占很大的部分,特別是在夏季室外空氣潮濕的地區(qū),如上海地區(qū),室外空氣的潛熱量要明顯大于顯熱量。因此空調(diào)系統(tǒng)采用全熱回收裝置有較大的節(jié)能潛力。1各工況負(fù)荷的計(jì)算和計(jì)算全熱回收裝置的熱(冷)量回收量與室內(nèi)外空氣狀態(tài)有關(guān)。這里以上海通用汽車公司車身車間為研究對(duì)象,以上海地區(qū)氣候條件為基礎(chǔ),分析新風(fēng)全熱回收裝置的節(jié)能情況。車身車間,空調(diào)方式為集中式空調(diào)系統(tǒng)?？照{(diào)機(jī)房置于車間屋頂坡屋內(nèi),設(shè)置六臺(tái)雙風(fēng)機(jī)組合式空調(diào)箱,單臺(tái)機(jī)組送風(fēng)量為55000m3/h?？諝饨?jīng)冷卻加熱后由風(fēng)管送至車間?？照{(diào)季節(jié)新風(fēng)量為25%,過渡季節(jié)為全新風(fēng)。夏季室外計(jì)算參數(shù)為干球溫度t=34℃,濕球溫度tw=28.2℃。室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度比室外低5℃。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量,空調(diào)實(shí)際回風(fēng)溫度約為22～24℃,相對(duì)濕度55%。由于采用密閉式廠房,忽略門縫滲風(fēng)和衛(wèi)生間排風(fēng),系統(tǒng)排風(fēng)量與新風(fēng)量相當(dāng)。假設(shè)空氣比熱容是定值,則:t2=t1-(t1-t3)·ηt(1)i2=i1-(i1-i3)·ηi(2)式中t1、i1——室外空氣干球溫度、空氣焓;t2、i2——熱回收處理后空氣干球溫度、空氣焓;t3、i3——室內(nèi)空氣干球溫度、空氣焓;ηt、ηi——顯熱、全熱交換效率。因此全熱回收熱量為Qki=Gρ(i2-i1)(3)式中Qki——全熱回收的回收熱量;G——新風(fēng)量;ρ——空氣密度(1.2kg/m3)。顯熱回收熱量為Qkt=GCp(t2-t1)(4)式中Cp——空氣定壓比熱容。對(duì)于上海地區(qū)來(lái)說(shuō),各個(gè)溫度全年出現(xiàn)的時(shí)間不同,因此需要計(jì)算各個(gè)不同溫度下的負(fù)荷,然后累加獲得全年空調(diào)負(fù)荷。這里采用溫度頻率法進(jìn)行計(jì)算。所謂溫度頻率法,是把空調(diào)運(yùn)行期間各整點(diǎn)時(shí)的室外空氣溫度按1℃的間隔統(tǒng)計(jì)出小時(shí)數(shù),并算出期間溫度頻率值fx%,而后根據(jù)某物理模型的負(fù)荷與相應(yīng)氣象參數(shù)之間的關(guān)系即可算出期間負(fù)荷值。對(duì)于由室內(nèi)外溫差引起的負(fù)荷,當(dāng)室內(nèi)溫度設(shè)定在tn℃值時(shí),可以寫出在任意室外溫度twx的通用計(jì)算式,即Qx=q(tn-twx)(5)式中Qx——在任意室外溫度twx時(shí)的負(fù)荷;q——室內(nèi)外溫差1℃時(shí)的負(fù)荷。如果知道在運(yùn)行期內(nèi)出現(xiàn)某室外溫度twx的累計(jì)小時(shí)數(shù)Nx,那么運(yùn)行期間的總負(fù)荷就可以通過下式計(jì)算出來(lái):Q=Σx=1mQxNx=qΣx=1m(tn?twx)Nx(6)Q=Σx=1mQxΝx=qΣx=1m(tn-twx)Νx(6)式中Q——運(yùn)行期間的負(fù)荷總累計(jì)值;m——在twx變化范圍內(nèi),每升高1℃間隔的分組數(shù);Nk——運(yùn)行期內(nèi)出現(xiàn)某室外溫度twx的累計(jì)小時(shí)數(shù)。根據(jù)式(6),若采用全熱回收,則新風(fēng)負(fù)荷為Ql=Σk=1mQkiNk(7)Ql=Σk=1mQkiΝk(7)采用顯熱回收,則新風(fēng)負(fù)荷為Ql=Σk=1mQktNk(8)Ql=Σk=1mQktΝk(8)不采用熱回收,則新風(fēng)負(fù)荷為Q=Σk=1mGρ(i1?i3)Nk(9)Q=Σk=1mGρ(i1-i3)Νk(9)根據(jù)文獻(xiàn)表9.2和表9.3以及松下FY-01KZDY2AN全熱交換器(全熱交換效率65%,顯熱交換效率75%,功率365W,處理空氣量1000m3/h)提供的數(shù)據(jù),若考慮熱回收設(shè)備的能量消耗,則各工況下新風(fēng)負(fù)荷如表1所示。以上?，F(xiàn)行工業(yè)用電價(jià)格0.691元/kWh,標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)熱量1kg=17580kJ,價(jià)格230元/t計(jì)算,夏季采用全熱熱回收設(shè)備可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約192萬(wàn)元,冬季可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約26萬(wàn)元。由此可見,采用全熱回收裝置可以節(jié)約大量能源,提高能源利用率,同時(shí)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。2回收熱冷量類型熱(冷)量回收裝置種類較多,熱交換器是余熱回收使用最多的設(shè)備之一,按工作原理不同可分為:間壁式、直接接觸式、蓄熱式、中間載熱體(熱媒)式和熱管式等;若按照回收熱(冷)量類型分,歸納起來(lái)主要有兩類,即全熱回收裝置和顯熱回收裝置。全熱回收裝置既回收顯熱,同時(shí)也回收潛熱,主要有轉(zhuǎn)輪式換熱器、板翅式換熱器、熱泵式換熱器等;顯熱回收裝置主要有中間熱媒式換熱器、板式顯熱換熱器、熱管式換熱器等。2.1全熱回收裝置(1)旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)輪換熱器(圖1)是在旋轉(zhuǎn)過程中讓排風(fēng)與新風(fēng)以相逆方向流過轉(zhuǎn)輪(蓄熱體)而各自釋放和吸收能量的。(2)板翅式換熱器的簡(jiǎn)介板翅式全熱回收器,其主要內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個(gè)板翅式換熱器,但它與一般的板翅式換熱器不同,主要是換熱器的隔板和板翅一般為一種特殊材料的紙。這種特殊材料的薄紙,具有良好的傳熱和透濕性,但不透氣。當(dāng)進(jìn)氣和排氣的兩側(cè)存在溫差和水蒸氣壓力差時(shí)就會(huì)產(chǎn)生熱濕交換,從而實(shí)現(xiàn)全熱回收。(3)熱梨花熱泵式換熱器能回收大量余熱,熱效率高,但是需要配備壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器等一系列設(shè)備,自身消耗能量,設(shè)備初投資較高。2.2重復(fù)器的顯示(1)中間熱媒式中間熱媒式換熱器是在排風(fēng)和新風(fēng)管上分別裝置水-空氣換熱器,通過中間熱媒,將熱量傳遞給新風(fēng)。中間熱媒通常為水。(2)運(yùn)行安全、可靠板式換熱器有著良好的傳熱性能,結(jié)構(gòu)緊湊,運(yùn)行安全、可靠,無(wú)需動(dòng)力設(shè)備,無(wú)溫差損失,經(jīng)濟(jì)性好。但是體積較大,需占用較大的建筑空間,且缺乏靈活性。(3)熱傳遞傳熱元件熱管換熱器是一種借助工質(zhì)(如氨、氟里昂-11、氟里昂-113、丙酮、甲醇等)的相變進(jìn)行熱傳遞的換熱元件。利用熱管進(jìn)行空調(diào)熱回收時(shí),在排風(fēng)和新風(fēng)管上裝置熱管換熱器,通過工質(zhì)的相變將熱量傳遞給新風(fēng)。3熱回收方案的分析3.1回收裝置性能分析熱(冷)量回收系統(tǒng)的選擇要考慮到以下幾個(gè)方面:(1)系統(tǒng)規(guī)模要適中。熱(冷)量回收裝置的尺寸要合理,便于設(shè)備、管道的安裝布置。(2)系統(tǒng)具有較高的運(yùn)行可靠性。(3)較高的自動(dòng)化程度以方便運(yùn)行管理。(4)設(shè)備初投資及運(yùn)行費(fèi)用。3.2案例分析本文以轉(zhuǎn)輪式和中間熱媒式熱回收設(shè)備為例,分析熱回收方案的合理性和經(jīng)濟(jì)性。(1)熱媒式的效率轉(zhuǎn)輪式熱回收設(shè)備新風(fēng)處理量大,特別適用于大型新風(fēng)系統(tǒng)中,而且可以實(shí)現(xiàn)全熱回收,效率能達(dá)到70%～80%。中間熱媒式由于水—空氣換熱效率較低,用管道輸送熱媒時(shí)有溫升,且只能回收顯熱,所以其熱效率只有40%～50%。以新風(fēng)量10000m3/h,新風(fēng)參數(shù)干球溫度35℃,濕球溫度28℃,排風(fēng)干球溫度27℃,濕球溫度19.5℃為例,采用轉(zhuǎn)輪式熱回收設(shè)備可以節(jié)約能耗39.3kW,而采用中間熱媒式熱回收設(shè)備只能節(jié)約能耗約10.1kW。(2)中間熱媒式熱回收設(shè)備轉(zhuǎn)輪式熱回收設(shè)備的主要缺點(diǎn)是設(shè)備體積較大,以亞都YX10-J型新風(fēng)換氣機(jī)為例,處理新風(fēng)量10000m3/h,其外形尺寸為3.5m×2.1m×1.8m。由于熱回收裝置一般放置于設(shè)備層或建筑物頂層,設(shè)備本身尺寸較大,占用較多建筑物空間。另外轉(zhuǎn)輪式熱回收設(shè)備接管位置固定,配管靈活性也較差。中間熱媒式熱回收設(shè)備包括表面式換熱器、水泵和熱媒輸送管路(如圖2)。由于供熱側(cè)與得熱側(cè)之間通過管道連接,因此對(duì)距離沒有限制,布置方便靈活,占用建筑物空間較小。(3)過關(guān)轉(zhuǎn)速控制轉(zhuǎn)輪式換熱器的轉(zhuǎn)輪中間有清洗扇,本身對(duì)轉(zhuǎn)輪有自凈作用,通過對(duì)轉(zhuǎn)速控制,能適應(yīng)不同的室內(nèi)外空氣參數(shù),運(yùn)行維護(hù)方便。中間熱媒式熱回收設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但由于表面式冷卻器表面容易積聚灰塵等污垢,降低傳熱效率,需要定期對(duì)其進(jìn)行清洗。(4)合理的失控裝置在設(shè)置熱回收裝置的空調(diào)系統(tǒng)里,為了有效地回收熱(冷)量,提高系統(tǒng)效率,需要配備必要的自控裝置,以確?；厥障到y(tǒng)在合理的狀態(tài)下工作。轉(zhuǎn)輪式熱回收裝置可以通過控制轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速改變其工作狀態(tài),而中間熱媒式熱