上海地區(qū)空調余熱回收利用分析

上海地區(qū)空調余熱回收利用分析

0空調系統(tǒng)余熱回收的現(xiàn)狀及環(huán)境分析建筑能耗是全國總能耗的重要組成部分。在一些歐洲和美國國家，建筑物的總能耗約占全國總能耗的30%。建筑耗能中,建筑物采暖、通風和空調的能耗約占全國總能耗的19.5%,而在空調負荷中,新風負荷則占相當大的比例,在國外,新風負荷一般占建筑空調總負荷的20%～30%。因此,空調系統(tǒng)節(jié)能空調是建筑節(jié)能的重要部分。在空調節(jié)能中,目前被忽視的部分是被空調系統(tǒng)排走的冷(熱)量未被回收。因此空調排風的余熱回收對于空調節(jié)能有很重要的意義。從焓濕圖中可以分析出,空調排風中可供回收的熱(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各工況負荷的計算和計算全熱回收裝置的熱(冷)量回收量與室內外空氣狀態(tài)有關。這里以上海通用汽車公司車身車間為研究對象,以上海地區(qū)氣候條件為基礎,分析新風全熱回收裝置的節(jié)能情況。車身車間,空調方式為集中式空調系統(tǒng)?？照{機房置于車間屋頂坡屋內,設置六臺雙風機組合式空調箱,單臺機組送風量為55000m3/h?？諝饨?jīng)冷卻加熱后由風管送至車間?？照{季節(jié)新風量為25%,過渡季節(jié)為全新風。夏季室外計算參數(shù)為干球溫度t=34℃,濕球溫度tw=28.2℃。室內設計溫度比室外低5℃。根據(jù)現(xiàn)場實際測量,空調實際回風溫度約為22～24℃,相對濕度55%。由于采用密閉式廠房,忽略門縫滲風和衛(wèi)生間排風,系統(tǒng)排風量與新風量相當。假設空氣比熱容是定值,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。對于上海地區(qū)來說,各個溫度全年出現(xiàn)的時間不同,因此需要計算各個不同溫度下的負荷,然后累加獲得全年空調負荷。這里采用溫度頻率法進行計算。所謂溫度頻率法,是把空調運行期間各整點時的室外空氣溫度按1℃的間隔統(tǒng)計出小時數(shù),并算出期間溫度頻率值fx%,而后根據(jù)某物理模型的負荷與相應氣象參數(shù)之間的關系即可算出期間負荷值。對于由室內外溫差引起的負荷,當室內溫度設定在tn℃值時,可以寫出在任意室外溫度twx的通用計算式,即Qx=q(tn-twx)(5)式中Qx——在任意室外溫度twx時的負荷;q——室內外溫差1℃時的負荷。如果知道在運行期內出現(xiàn)某室外溫度twx的累計小時數(shù)Nx,那么運行期間的總負荷就可以通過下式計算出來:Q=Σx=1mQxNx=qΣx=1m(tn?twx)Nx(6)Q=Σx=1mQxΝx=qΣx=1m(tn-twx)Νx(6)式中Q——運行期間的負荷總累計值;m——在twx變化范圍內,每升高1℃間隔的分組數(shù);Nk——運行期內出現(xiàn)某室外溫度twx的累計小時數(shù)。根據(jù)式(6),若采用全熱回收,則新風負荷為Ql=Σk=1mQkiNk(7)Ql=Σk=1mQkiΝk(7)采用顯熱回收,則新風負荷為Ql=Σk=1mQktNk(8)Ql=Σk=1mQktΝk(8)不采用熱回收,則新風負荷為Q=Σk=1mGρ(i1?i3)Nk(9)Q=Σk=1mGρ(i1-i3)Νk(9)根據(jù)文獻表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),若考慮熱回收設備的能量消耗,則各工況下新風負荷如表1所示。以上海現(xiàn)行工業(yè)用電價格0.691元/kWh,標準煤發(fā)熱量1kg=17580kJ,價格230元/t計算,夏季采用全熱熱回收設備可節(jié)約運行費用約192萬元,冬季可節(jié)約運行費用約26萬元。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,同時帶來巨大的經(jīng)濟效益。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,同時也回收潛熱,主要有轉輪式換熱器、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)旋轉中心轉輪換熱器(圖1)是在旋轉過程中讓排風與新風以相逆方向流過轉輪(蓄熱體)而各自釋放和吸收能量的。(2)板翅式換熱器的簡介板翅式全熱回收器,其主要內部結構是一個板翅式換熱器,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。當進氣和排氣的兩側存在溫差和水蒸氣壓力差時就會產(chǎn)生熱濕交換,從而實現(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、冷凝器、蒸發(fā)器等一系列設備,自身消耗能量,設備初投資較高。2.2重復器的顯示(1)中間熱媒式中間熱媒式換熱器是在排風和新風管上分別裝置水-空氣換熱器,通過中間熱媒,將熱量傳遞給新風。中間熱媒通常為水。(2)運行安全、可靠板式換熱器有著良好的傳熱性能,結構緊湊,運行安全、可靠,無需動力設備,無溫差損失,經(jīng)濟性好。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(如氨、氟里昂-11、氟里昂-113、丙酮、甲醇等)的相變進行熱傳遞的換熱元件。利用熱管進行空調熱回收時,在排風和新風管上裝置熱管換熱器,通過工質的相變將熱量傳遞給新風。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,便于設備、管道的安裝布置。(2)系統(tǒng)具有較高的運行可靠性。(3)較高的自動化程度以方便運行管理。(4)設備初投資及運行費用。3.2案例分析本文以轉輪式和中間熱媒式熱回收設備為例,分析熱回收方案的合理性和經(jīng)濟性。(1)熱媒式的效率轉輪式熱回收設備新風處理量大,特別適用于大型新風系統(tǒng)中,而且可以實現(xiàn)全熱回收,效率能達到70%～80%。中間熱媒式由于水—空氣換熱效率較低,用管道輸送熱媒時有溫升,且只能回收顯熱,所以其熱效率只有40%～50%。以新風量10000m3/h,新風參數(shù)干球溫度35℃,濕球溫度28℃,排風干球溫度27℃,濕球溫度19.5℃為例,采用轉輪式熱回收設備可以節(jié)約能耗39.3kW,而采用中間熱媒式熱回收設備只能節(jié)約能耗約10.1kW。(2)中間熱媒式熱回收設備轉輪式熱回收設備的主要缺點是設備體積較大,以亞都YX10-J型新風換氣機為例,處理新風量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備層或建筑物頂層,設備本身尺寸較大,占用較多建筑物空間。另外轉輪式熱回收設備接管位置固定,配管靈活性也較差。中間熱媒式熱回收設備包括表面式換熱器、水泵和熱媒輸送管路(如圖2)。由于供熱側與得熱側之間通過管道連接,因此對距離沒有限制,布置方便靈活,占用建筑物空間較小。(3)過關轉速控制轉輪式換熱器的轉輪中間有清洗扇,本身對轉輪有自凈作用,通過對轉速控制,能適應不同的室內外空氣參數(shù),運行維護方便。中間熱媒式熱回收設備系統(tǒng)結構簡單,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,需要定期對其進行清洗。(4)合理的失控裝置在設置熱回收裝置的空調系統(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,以確保回收系統(tǒng)在合理的狀態(tài)下工作。轉輪式熱回收裝置可以通過控制轉輪轉速改變其工作狀態(tài),而中間熱媒式熱