商业综合体排风热回收在空调系统中的应用

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商业综合体排风热回收在空调系统中的应用

商业综合体排风热回收技术在空调系统中的应用,是实现建筑节能减排的重要手段之一。通过将排风中的冷量或热量进行回收并重新利用,可以显著降低空调系统的能耗,提高能源利用效率。

在商业综合体中,空调系统通常需要同时处理新风引入和室内空气排出的问题。排风热回收技术通过设置热交换设备(如板式换热器、转轮热交换器或热管换热器),使排风与新风之间发生热量交换。冬季时,排风中的热量被传递给进入的新风,减少新风加热所需的能量;夏季时,则利用排风中的冷量降低新风温度,从而减轻制冷设备的负荷。这种能量转移不仅降低了空调系统的运行成本,还减少了对传统化石能源的依赖,有助于降低碳排放。

此外,排风热回收技术还可以改善室内空气质量。通过高效过滤和热交换,确保新风的洁净度和适宜温湿度,为商业综合体内的顾客和工作人员提供更舒适的环境。然而,在实际应用中,需综合考虑设备初投资、运行维护成本以及建筑的具体工况,以确保系统的经济性和可行性。

总之,排风热回收技术在商业综合体空调系统中的应用,不仅能提升能源利用效率森林防火条例,还能助力绿色建筑目标的实现,具有重要的推广价值。

所谓全热换热器是用具有吸湿作用的材料制作的,它既能传热又能传湿,可同时回收显热和潜热。显热换热器用没有含吸湿作用的材料制作,只有传热,没有传湿能力,只能回收显热。

转轮式换热器是通过排风与新风交替逆向流过转轮来传递热量的。转轮中的转芯是用喷涂氯化锂溶液的铝箔或浸渍过氯化锂溶液的特殊纸张或合成纤维制作而成的。排风由转轮一侧的入口吸入,将所含的部分冷量(或热量)传递给转轮;而新风从的另一侧吸入,转轮以15~20r/min的速度旋转,将积蓄在转轮上的冷量(或热量)传递给新风。转轮中间有清洗扇,本身对转轮有自净作用,对转速控制,能适应不同的室外空气参数,而且能使效率达到70%~80%以上[3]。但是转轮式换热器是两种介质交替转换,不能完全避免交叉污染,因此流过的气体必须是无害物质,另外设备装置较大,占有较多面积和空间,接管固定,带传动设备,消耗一定的动能。

3.1.2板翅式全热换热器

板翅式全热换热器的原理与一般的板翅式换热器原理一样,不同之处在于全热型的采用了经特殊加工的纸张作为基材,并对其表面进行特殊处理后制成单元体粘结在隔板上。当隔板两侧的气流之间存在温度差和水蒸气分压力差时,两股气流之间将产生传热和传湿过程,从而进行全热交换。板翅式换热器结构简单,运行安全、可靠,无传动设备,不消耗动力,无温差损失,设备费用较低。但是设备体积大,须占用较大建筑空间,接管位置固定,缺乏灵活性,传热效率较低。

3.2.1热管换热器

热管是利用某种工作流体在管内产生相态变化和吸液芯多孔材料的毛细作用而进行热量传递的一种传热元件。热管一端为蒸发端,另一端为冷凝端,热管一端受热时,液体迅速蒸发,蒸汽在微小压力差作用下流向另一端,并且快速释放热量,而后重新凝结成液体,液体再沿多孔材料靠毛细作用流回蒸发端。如是循环,热量可以源源不断的传递。热管式换热器,无需动力消耗,借助另一介质的相变来传递热量传递效率较低。

3.2.2中间冷媒换热器

在新风和排风侧,分别使用一个气液换热器,排风侧的空气流过时,对系统中的液体进行加热或冷却;而在新风侧被加热或冷却的冷媒再将热量或冷量传递给进入的新风,液体在泵的作用下不断地循环。新风与排风不会产生交叉污染,供热侧与得热侧之间通过管道连接,管道可以延长,布置灵活方便,但是须配备循环泵,存在动力消耗,通过中间液体输送,温差损失大,换热效率较低,一般在40%~50%之间。

图1板翅式空调机组原理图

4 热回收系统设计实例

4.1 项目概况与空调设计方案

本工程采用板翅式空调机组(见图1),通过回收排风的热量对新风进行预热。

现以冬季空调为例进行分析:板翅式热回收器的效率为60%,则经热回收器后的送风温度可根据以下公式确定[4]:

采用热回收的情况,新风负荷

若不采用热回收的情况,新风负荷

空气处理焓湿图如图2所示: 从焓湿图可以看出,室外新风经过与排风的换热,从状态点W吸收显热量升温到W′,再与室内回风N混合到C′,经处理后达到送风状态点O,而后送入室内。若不经过热回收,则新风与回风的混合点将落在C点,所以由于对排风的合理热回收,使我们节省了的热量(大厦主体功能为商场与餐饮,空调机组内无加湿装置)。

图2 冬季空气处理过程焓湿图

本工程以热泵作为冷热源,总风量为2,000,000 m3/h,选用风量为40000 m3/h板翅式热回收型空调机组51台,现把冬季回收的热量折算成热泵运行时消耗的电量,总新风量为400000m3/h,节约新风负荷2614kw,节省电力(按COP=2.5计算):1045.6kw;北京市平均电价为0.72元/kw·h,则每小时节省753元;按冬季每天8小时,共120天计算:共节省运行费用772,719元;依以上算法计算,夏季(按每天8小时,共120天计算)可节省运行费用161,741元,则全年可节省费用884,460元;一台40000m3/h的板翅式热回收型空调机组较同种规格的常规空调机组增加投资40,000元,则该项目所增加的初投资为:2,040,000元;通过计算得回收年限为:2.31年。由此可见,排风的能量回收不仅可以节省能耗,在经济效益和社会效益上也是很可观的。

5 各种热回收器节能经济性比较

当采用不同形式的热回收器时,经济分析如下表: 表一

从节能方面来考虑,转轮式热回收器效率最高,且为全热回收,对夏季湿负荷大的地区效果更明显,但因体积大,初投资高,运行维护费用较多,回收年限长等缺点,所以显得不十分经济。从节能和经济两方面综合考虑,热管的初投资、运行和维护费用及回收年限等因素都较为合理,但据市场反馈的信息得知热管的使用寿命短,一般为十年左右,远不及其他类型。板翅式热回收器是工程上较为常用的类型,而且由于技术比较成熟,价格低廉而深受广大消费者的青睐。

从卫生角度来考虑,在中国经历了非典的恐惧后,人们对空气品质的要求越来越严格,虽然全热回收更有利于节能,但交叉污染,空气质量很难保证,这也是影响全热热回收器发展的重要障碍。以上三种中,除转轮式为全热交换,其他均有显热交换。均可保证卫生要求。

从结构上看,热管式和板翅式的结构紧凑,接管灵活且体积小;而转轮式体积庞大,需占较大的空间,不利于安装。中间冷媒式热回收设备因为效率低(低于50%)且消耗动力能源比较大在实际工程中应用的比较少,这里不做分析。

6 万达综合体项目投资与节能分析

万达城市综合体中,万达物业管理的商业面积约8~10万m2,冷指标平均按180~200w/m2计,总冷量约4860冷吨,按照1100冷吨3台离心机+1台460(450RT)冷吨螺杆机匹配,既能满足夜间负荷不足开启螺杆机,又能避免离心机喘振的管理需求。

下面就针对万达物业管理部分的制冷站按加变频器(方案一)和不加变频器(方案二)2种方案进行投资与运行费用对比。

1100TR离心式冷水机组的变频调速驱动装置2008年招标价格为28万元,则收回期限为:

28万/(31.5万/5) =4.4个月,即1100冷吨装机容量的机组,空调投入使用4.4个月后,可收回变频驱动装置的投资,对于不同型号的机组,投资回收期可能会不同,两个制冷季均可回收投资。

对于万达城市综合体而言,这样一个体量和规模大约要使用三到四台冷水机组,利用变频技术所实现的节能减排和经济效益都是十分明显的。

8 排风热回收系统设计需要注意的问题

虽然排风热回收具有很多优点,但由于空调设计中不仅要考虑人员最小新风量,还要考虑室内正压等许多具体问题,我们也要看到它在应用中的局限性,经过技术分析,满足排风热回收系统设置有两个必要条件:

1)、向室内补充的新风量大于所要保持的室内正压值,即存在有组织的排风;

2)、房间应有可供回收的热量,没有热量付出就谈不上能量回收。

进一步可以说,当房间有可供回收的热量且有携带这些热量的有组织排风才是设计排风热回收系统的必要条件,而新风量和总风量的大小不能作为判定条件。

同时,在设计时还要注意以下问题:

在过渡季节, 最节能的方法是使用新风, 因此在配置换热器时应设置旁通管, 使新风能不经过回收装置而直接进入室内。但设置旁通管会使系统接管相对复杂和困难, 尤其是在机房空间有限的情况下。

8.2 新风、排风口布置满足卫生要求

为了使新风和排风汇集到换热装置上,新风口和排风口位置往往很接近,在实际工程设计中,设计者应注意新风口的布置,既要满足卫生要求又要符合规范的规定。热回收系统必要条件是新风与排风集合到一处,这就要求设计时对系统划分,风道布置,送回风机,热回收装置的设备等统筹考虑,使系统趋于合理。

8.3 热回收设备尺寸问题

热回收设备本身尺寸比较大,仅就处理15000m3/ h风量的热回收装置及风道占用建筑尺寸就在5.1×6.8m左右,很显然配置热回收装置有很大困难,所以选择新风量标准应按建筑规模等级,遵循国家标准选取最小新风量。对于大负荷的热回收系统,当风量超过15000m3/h时城市次干路施工组织设计,应组成若干个小系统,有利于设备、风道布置。

8.4 设置空气过滤器

8.5 防止转轮换热器交叉污染

转轮式换热器缺点就是存在交叉污染,为发挥扇形器自净作用,应当使系统新风压入,排风吸出,保证新风压力大于排风压力, 压差控制在200Pa 左右,这样可以提高空气品质,达到系统最大限度的清洁性。

8.6 设计和配置自控装置

在设置热回收装置的空调系统里,要想得到有效的热量回收,宜设计和配备必要的自控装置,以确保回收系统在合理的状态下工作。

中桥施工方案8.7 因地制宜选择全热或显热交换方式

为降低空调能耗而采用排风热回收装置时,不同气候地区的选择原则亦不相同,这是由于新风中显热和潜热能耗的比例构成不同所致。因此,需要因地制宜进行选择。

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