90·技術(shù)交流園地2001年第31卷第4期乙二醇熱回收空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能分析同濟(jì)大學(xué)劉傳聚☆滕英武朱軼勛提要介紹了帶乙二醇循環(huán)裝置熱回收空調(diào)系統(tǒng)的組成、工作原理并以上海某建筑為例比較了繞流二盤(pán)管、繞流三盤(pán)管及常規(guī)的采用再熱的空調(diào)系統(tǒng)旳能耗認(rèn)為在上海地區(qū)采用繞流二盤(pán)管系統(tǒng)可節(jié)能23.3%采用繞流三盤(pán)管系統(tǒng)可節(jié)能46.6%。繞流環(huán)路熱回收技術(shù)在空調(diào)節(jié)能方面具有廣闊應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞熱回收系統(tǒng)再熱系統(tǒng)空調(diào)能耗Energy analysis of a glycol heat recoveryair-conditioning SystemBy Liu Chani*, Teng Yingwu and Zhu yixuAbstract Presents the principle and make-Up of the heat recovery air-conditioning systemwith glycol circulating units. Compares its energy consumption with runaround loop wi th two orthree coil systems and the conventional reheat system in an example building in Shanghai.Theesul ts demonstrate that the total energy consumption can be reduced by 23. 3% with the twocoil system and 46.6% wi th the three coil system. Considers that the runaround loop heatrecovery system has an optimistic prospect of popularisationKeywords heat recovery system reheat system air-conditioning energy consumption★ Tongji Uhiversity在一般的定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中通常在冷卻盤(pán)管后設(shè)置1系統(tǒng)工作原理再熱盤(pán)管通過(guò)增加室內(nèi)冷負(fù)荷中的顯熱部分來(lái)維持房間圖1是一繞流環(huán)路二盤(pán)管熱回收系統(tǒng)其中包括兩個(gè)的溫濕度特別是當(dāng)系統(tǒng)用于濕熱地區(qū)部分負(fù)荷工況下。通入載熱流體然而這樣用于再熱的能量和相應(yīng)增加的冷負(fù)荷非常高。對(duì)于新風(fēng)量要求較高的場(chǎng)合如會(huì)議室、餐廳、接待室、醫(yī)院石乙二或水手術(shù)室和病房等全年用于冷卻和加熱室外新風(fēng)的能量通剴1和盤(pán)管2常很高特別是在寒冷的冬季和炎熱的夏季。為了減少通乙二醇循風(fēng)所帶來(lái)的能耗,可以使用熱回收系統(tǒng)回收排風(fēng)中的熱環(huán)泵、一個(gè)再〔冷量這些熱回收系統(tǒng)包括熱轉(zhuǎn)輪、氣一氣換熱器、熱管熱盤(pán)管及連接和繞流環(huán)路系統(tǒng)等。繞流環(huán)路系統(tǒng)是這些節(jié)能系統(tǒng)中采用管。室外空氣綜合措施的高效節(jié)能系統(tǒng)它具有更大的經(jīng)濟(jì)性。狀態(tài)位于點(diǎn)繞流環(huán)路三盤(pán)管熱回收系統(tǒng)采用一個(gè)附加的乙二醇A,室內(nèi)空氣環(huán)路可回收排風(fēng)熱并具有再熱功能因此該系統(tǒng)既減小了圖1繞流環(huán)路熱回收空調(diào)系統(tǒng)狀態(tài)位于點(diǎn)B冷凍設(shè)備的尺寸又減少了全年所需的冷量和再熱能耗繞流環(huán)路熱回收系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)還有新風(fēng)與回風(fēng)不會(huì)產(chǎn)生交叉污染置于新、排風(fēng)管中的盤(pán)管布置不受距離限制☆劉傳聚男A1942年9月生大學(xué)教授暖通空調(diào)教研室主任, ASHRAE會(huì)員設(shè)置方便、靈活。上海金茂大廈在340m高處的88層觀光200092上海市四平路1239號(hào)同濟(jì)大學(xué)熱能工程系暖通空調(diào)Hv&AC技術(shù)交流園地·91見(jiàn)圖2)在夏季室外空氣先由盤(pán)管1預(yù)冷(過(guò)程AA將熱回收系統(tǒng)關(guān)閉段)然后再由冷冬季由于室外空氣溫度較低排風(fēng)中可能會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰卻盤(pán)管冷卻去濕現(xiàn)象。為防止盤(pán)管結(jié)冰可安裝一個(gè)三通調(diào)節(jié)閥將部分乙(過(guò)程A'D段二醇溶液旁通盤(pán)管1吸收的熱2設(shè)計(jì)工況下能耗計(jì)算量在盤(pán)管2中由面以上海地區(qū)某建筑物內(nèi)部一100m2的吸煙房間排風(fēng)帶走為例對(duì)各系統(tǒng)的冷負(fù)荷和再熱負(fù)荷進(jìn)行比較。設(shè)計(jì)參數(shù)若在冷卻盤(pán)見(jiàn)表1空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備及所需功率見(jiàn)表2管后設(shè)置一個(gè)盤(pán)表1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)管3,并使乙二醇數(shù)按標(biāo)準(zhǔn)所需新風(fēng)量284L(s人)圖2空氣處理過(guò)程在焓濕圖上的表示溶液在盤(pán)管2和按標(biāo)準(zhǔn)所需104kg/s的顯熱冷負(fù)荷3.37kW再熱系統(tǒng)盤(pán)管3之間流通總新風(fēng)量AD機(jī)械冷卻DC再熱B室內(nèi)空氣人的潛熱冷2.5kW0.94gs)照明冷負(fù)荷2.5kW狀態(tài)點(diǎn)C室內(nèi)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)(見(jiàn)圖3),形成繞(散濕頂荷二盤(pán)管系統(tǒng)流環(huán)路三盤(pán)管熱24℃室內(nèi)相對(duì)濕度AA'由盤(pán)管1預(yù)冷AD機(jī)械冷卻回收系統(tǒng),則這種室外空氣34.0℃21.9gkg冬季室外空氣設(shè)計(jì)-40℃22執(zhí)設(shè)計(jì)參數(shù)盤(pán)管系統(tǒng)環(huán)路在夏季就具熱回收效率50%室內(nèi)總顯熱冷負(fù)荷5.87kWAA”由盤(pán)管1預(yù)冷A"D機(jī)械冷卻有更強(qiáng)的去濕能DC’由盤(pán)管3再熱CC再熱表2設(shè)備及運(yùn)行時(shí)間2力。夏季室外空氣經(jīng)盤(pán)管1預(yù)運(yùn)行時(shí)間8m0~180運(yùn)行日期周一~周制冷系統(tǒng)能耗0.42kW熱回收效率m冷(過(guò)程AA再熱系統(tǒng)送風(fēng)機(jī)再熱系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)0.4kW19側(cè)圖段)然后經(jīng)冷就卻盤(pán)管冷卻去熱回收系統(tǒng)送風(fēng)機(jī)1.3kW熱回收系統(tǒng)排風(fēng)0.7kW濕(過(guò)程A"D1.5kW三盤(pán)管熱回收系0.7kW段)盤(pán)管送風(fēng)機(jī)功率統(tǒng)排風(fēng)機(jī)功率吸收的熱量由乙二靜沿液循壞泵0.07kWD.加熱能源循環(huán)的乙二醇0.55m2冷卻盤(pán)管面積0.55溶液傳遞給盤(pán)本例為吸煙房間故采用100%新風(fēng)?？諝馓幚磉^(guò)程管3盤(pán)管3加見(jiàn)圖2。為了維持室內(nèi)溫度24.0℃相對(duì)濕度50%室內(nèi)圖3繞流環(huán)路熱回收去濕空調(diào)系統(tǒng)熱送風(fēng)(過(guò)程送風(fēng)狀態(tài)必須位于點(diǎn)C。C點(diǎn)的溫度tc計(jì)算如下DC'段)此時(shí)乙二醇僅在盤(pán)管1和盤(pán)管3之間循環(huán)。根據(jù)tc=tB-△t需要可以在盤(pán)管3后面設(shè)置再熱盤(pán)管再熱送入室內(nèi)的空5.87kW氣過(guò)程C'C段)因此需保留再熱盤(pán)管。冬季三盤(pán)管熱1.704kg/s×1.00kJ(kg:℃)24.0℃-3.4℃=20.6℃回收系統(tǒng)處于熱回收模式下此時(shí)其工作原理與繞流環(huán)路室內(nèi)熱濕比ε計(jì)算如下二盤(pán)管熱回收系統(tǒng)相同乙二醇溶液僅在盤(pán)管1與盤(pán)管2Q5.87kW+2.50k間循環(huán)而不經(jīng)過(guò)盤(pán)管3。8 900 kJ/kg夏季也可使乙二醇同時(shí)在三盤(pán)管熱回收系統(tǒng)中的3送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的空氣含濕量dc個(gè)熱回收盤(pán)管中流通。在此過(guò)程中盤(pán)管1預(yù)冷室外空氣d=d-△d=9.29gkg-1.704g/s0.94g/s乙二醇從室外空氣中吸收熱量盤(pán)管2將部分吸熱量送至排風(fēng)中盤(pán)管3吸收剩余的熱量同時(shí)再熱冷卻盤(pán)管的出口929-0.55=8.74g/kg空氣。在此過(guò)程中盤(pán)管2將盤(pán)管1吸收的熱量排出增加送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的空氣的焓hc盤(pán)管1的預(yù)冷能力降低了所需冷量。當(dāng)室外空氣溫度高h(yuǎn)e= hR-Ah= 47. 9 k//ko 5.87 kW+2. 50kW1.704k于排風(fēng)溫度且再熱負(fù)荷較低時(shí)3個(gè)熱回收盤(pán)管同時(shí)工作47.9kJ/kg-4, 9 kJ/kg= 43. 0 kJ/kg的系統(tǒng)效率較高。當(dāng)室外空氣溫度接近排風(fēng)溫度正如二其它主要點(diǎn)的空氣狀態(tài)參數(shù)見(jiàn)表3。盤(pán)管熱回收系統(tǒng)中的情形一樣3個(gè)熱回收盤(pán)管同時(shí)工作表3主要空氣狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)的系統(tǒng)效率不高應(yīng)將其切換至兩個(gè)熱回收盤(pán)管的去濕工狀態(tài)點(diǎn)溫度1/相相對(duì)濕度/%含濕量d/g/kg焓hkg作模式。若室外空氣溫度介于排風(fēng)溫度和室內(nèi)送風(fēng)溫度之間24.09.2992·技術(shù)交流園地2001年第31卷第4期2.1采用再熱的空調(diào)系統(tǒng)無(wú)熱回收盤(pán)管)盤(pán)管3的出口空氣溫度為了維持室內(nèi)的空氣狀態(tài)采用再熱系統(tǒng)時(shí)先用冷卻2.5℃+(34.0℃-12.5℃)×0.5=23.3℃盤(pán)管將室外空氣從狀態(tài)A處理到狀態(tài)D然后用再熱盤(pán)管很明顯盤(pán)管3的計(jì)算出口空氣溫度23.3℃(點(diǎn)C),將空氣從狀態(tài)D再加熱到狀態(tài)C。因而狀態(tài)D點(diǎn)也必須高于所需的送風(fēng)溫度20.6℃(點(diǎn)C)為了將送風(fēng)溫度維位于8.74g/kg的等含濕量線上。選取狀態(tài)D的相對(duì)濕度持在點(diǎn)C,可調(diào)節(jié)三通閥將部分乙二醇溶液旁通至盤(pán)管為95%則D點(diǎn)的干球溫度為12.5℃。所需冷量和再熱1從而降低傳熱效率。通過(guò)倒推法盤(pán)管3將送風(fēng)由溫度負(fù)荷計(jì)算如下12.5℃加熱至溫度20.6℃溫差△t為8.1℃。由于盤(pán)管所需冷量AD段)I與盤(pán)管3的風(fēng)量和傳熱量相同(即盤(pán)管1的最大溫降為Q1=G×(hA-h)=1.704kg/s8.1℃)可使用該溫差△t來(lái)計(jì)算盤(pán)管1的出囗空氣溫度(90.4kJ/kg-34.67kJ/kg)=94.96kW盤(pán)管1的出口空氣溫度為再熱負(fù)薇DC段)34.0℃-8.1℃=25.9℃Q2=Gxcx△t=1.704kg/sx1.00kJ(kg℃)x所需冷量A"D段)(20.6℃-12.5℃)=13.80kW(hr-hp)=1. 704 kg/s x上述計(jì)算表明冷卻盤(pán)管不僅要承擔(dān)冷負(fù)荷9.96(823kJ/kg-34.67kJ/kg)=81.l6kWkW而且還要承擔(dān)再熱負(fù)荷13.80kW將三盤(pán)管熱回收系統(tǒng)分別與再熱系統(tǒng)和二盤(pán)管熱回收2.2采用繞流環(huán)路二盤(pán)管熱回收的空調(diào)系統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行比較可以得出夏季設(shè)計(jì)工況下,該系統(tǒng)所需冷繞流環(huán)路中設(shè)置兩個(gè)盤(pán)管。使用前例來(lái)計(jì)算所需冷量比再熱系統(tǒng)低15%而比二盤(pán)管熱回收系統(tǒng)低6%。這意味著冷卻設(shè)備容量可以分別減小15%和6%。而且盤(pán)熱回收效率定義為實(shí)際傳熱量與氣流間最大可能傳熱可能傳熱管3后無(wú)需設(shè)置再熱盤(pán)管。該系統(tǒng)總的冷卻和再熱負(fù)荷比量的比值。當(dāng)室外空氣被冷卻至排風(fēng)溫度時(shí)傳熱量最大再熱系統(tǒng)低25%而比二盤(pán)管熱回收系統(tǒng)低19%。冬季熱回收效率為50%時(shí)實(shí)際熱回收量該系統(tǒng)的熱回收量與二盤(pán)管熱回收系統(tǒng)相同。同樣,該系Qh=(34.0℃-24.0℃)×1.00kJ(kg℃)統(tǒng)需考慮因克服各級(jí)熱回收盤(pán)管壓降而増加的風(fēng)機(jī)功率和乙二醇泵的功率1.704kg/s×0.5=8.52kW盤(pán)管1的出口A點(diǎn)痙氣溫度3年能耗比較34.0℃-(34.0℃-24.0℃)×0.5=34.0℃-5本文使用改進(jìn)的溫頻汯(B/N進(jìn)行全年能耗計(jì)算、分析和比較。比較時(shí)使用上海地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)3。仍舊使=29.0℃所需冷量A'D段用前例設(shè)計(jì)參數(shù)、空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備及功率見(jiàn)表1表2表4列出了再熱系統(tǒng)、二盤(pán)管熱回收系統(tǒng)以及三盤(pán)管Q′1=G×(hx-hb)=1.704kg/s熱回收系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于各BN值的冷卻能耗、加熱能耗、風(fēng)機(jī)(85.40kJ/kg-34.67kJ/kg)=86.44kW和泵的電力消耗以及總的能耗情況。將該系統(tǒng)與再熱系統(tǒng)進(jìn)行比較可以得出該系統(tǒng)夏季4結(jié)論設(shè)計(jì)工況下所需冷量比再熱系統(tǒng)低9.0%。這意味著冷卻從表4可以看出夏季二盤(pán)管熱回收系統(tǒng)比再熱系統(tǒng)設(shè)備容量可以減小9.0%。該系統(tǒng)的再熱負(fù)荷與再熱系統(tǒng)僅減少5%的冷卻能耗而三盤(pán)管熱回收系統(tǒng)相對(duì)于再熱的相同?？偟睦鋮s與再熱負(fù)荷比再熱系統(tǒng)低7.8%。此處系統(tǒng)和二盤(pán)管熱回收系統(tǒng)分別減少21%和17%的冷卻能不再計(jì)算冬季設(shè)計(jì)工況下的熱負(fù)荷。然而由于冬季室外空氣和排風(fēng)之間的溫差更大冬季熱回收量要高于夏季。耗。盡管三盤(pán)管熱回收系統(tǒng)冬季工作原理與二盤(pán)管熱回收系統(tǒng)相同但其全年比二盤(pán)管熱回收系統(tǒng)減少53%的加熱因此相對(duì)于夏季而言冬季該系統(tǒng)的熱負(fù)荷會(huì)更低于再熱能耗這主要是由于其夏季工作時(shí)節(jié)約了再熱量。二盤(pán)管系統(tǒng)。有一點(diǎn)須注意汁算時(shí)應(yīng)考慮克服盤(pán)管阻力而增加熱回收系統(tǒng)比再熱系統(tǒng)減少41%的加熱能耗。三盤(pán)管熱的風(fēng)機(jī)功率和泵的功率?；厥障到y(tǒng)用于風(fēng)機(jī)和泵的能耗分別比再熱系統(tǒng)和二盤(pán)管熱2.3采用繞流環(huán)路三盤(pán)管熱回收的空調(diào)系統(tǒng)回收系統(tǒng)增加62%和10%二盤(pán)管熱回收系統(tǒng)的總能耗比繞流環(huán)路中設(shè)置3個(gè)熱回收盤(pán)管。仍然使用前例計(jì)算再熱系統(tǒng)減少23.3%三盤(pán)管熱回收系統(tǒng)的總能耗分別比所需冷量和再熱負(fù)荷再熱系統(tǒng)和二盤(pán)管熱回收系統(tǒng)減少46.6%和30.4%。當(dāng)室外空氣溫度被冷卻到冷卻盤(pán)管出口空氣溫度時(shí)參考文獻(xiàn)傳熱量最大。熱回收效率為50%時(shí)實(shí)際傳熱量1劉傳聚滕英武,等.繞流環(huán)路熱回收的空調(diào)系統(tǒng).上海節(jié)Q=(34.0℃-12.5℃)×1.00kJ(kg℃)1999(910)1.704kg/s×0.5=19.13kW2 S Tarpon. Runaroundeat recovery with dehumidification盤(pán)管1的出口空氣溫度system, ASHRAE J, 1999(6)3龍惟定,上海地區(qū)的BIN氣象參數(shù)制冷技術(shù)1990(4暖通空調(diào)HV&AC技術(shù)交流園地·93表4再熱系統(tǒng)的能耗分析表BIN濕球溫度時(shí)數(shù)冷卻能耗加熱能耗電力消耗總食能耗kWh/kWh5017971618150868968901142556241116223226.421408937433389166616662755924565936644894267126710440895886725334165344433262648227222724237559475940340219.9280328032804241024102454585575x013201202202131278278145234614565025262923482.5279112336939310.412400000000000080000000000281554580202060291802618880880204302331282211821211031901216121618193337114831509405116031603202298327425319011930428817451745251546101149163261611951209相對(duì)于再熱系統(tǒng)的節(jié)能百分比/%0045376121920388180261425874244952043641233243791143236605413593370767542873780123.346.6