成都地区空调排风全热回收工程应用及碳排放分析

成都地区空调排风全热回收工程应用及碳排放分析

周伟军[1],杨晓静,唐为

北京市建筑设计研究院有限公司 成都 610000

【摘  要】随着低碳经济发展，建筑行业的节能减排成为重点关注方向，空调排风热回收作为建筑节能减排的重要手段之一，其节能效果应进行动态分析。本文以成都某办公楼为例，分别以冬季、夏季全热回收系统为分析对象，进行全年动态计算。结果显示较不采用空气热回收而言，全年可实现碳减排2.957（kg·CO2e/㎡·a），节能量折算等效电后为9.26（kWh/㎡·a），节能减排效果明显，可在类似的夏热冬冷气候区进行推广。在室内外焓差较小时，热回收装置无法实现节能，需设置旁通装置并实现切换控制。

【关键词】排风热回收；碳减排

引言

在工程设计中，空调排风热回收系统较多的应用于办公、酒店等设有集中排风的建筑中。空调排风热回收，在实际工程的应用情况究竟如何，本次作者以某办公楼为例，对全年排风热回收机组进行全年动态计算分析，为热回收机组在成都设计使用提供参考。

1 工程概况

办公楼位于成都市高新区，该办公楼为超高层建筑（158.55米），共38层，其15、27层为避难层，办公建筑楼层总面积约为5.3万平方米。室内设计参数，见表1。

表1 室内设计参数

Table 1 interior design parameters

2 空调系统负荷计算及设计选型

2.1  通过逐时计算，冬、夏季空调负荷，见表2。

表2 工程负荷统计

Table 2 engineering load statistics

通过冬夏季负荷构成分析，夏季新风负荷为34.4W/㎡，占总空调负荷的28.2%；冬季新风负荷为31.4W/㎡，占总空调负荷的62.0%。

根据成都地区，逐时室外气象参数计算室外空气焓值，并根据室内设计参数，计算室内空气焓值，得出空调季室外，室内空气月平均焓值对比，见图1。

图1 空调季节室内外焓值

Figure 1 indoor and outdoor enthalpy in air conditioning season

从上图可知，冬季空调供暖季室内外焓差较大，夏季空调供冷季，6月、7月、8月三个月室内外焓差较大，而5月、9月室内外焓差不大，因此本文以空调供暖季1月、2月、12月，空调供冷季7月、8月、9月为研究对象。

2.2  空调冷热源机组选择

根据负荷计算，本项目设计时，制冷主机选型2台离心式冷水机组+1台螺杆式冷水机组。离心机组额定制冷量为2813kW，机组COP为6.05（W/W）；螺杆机组额定制冷量为1055kW，机组COP为5.48（W/W）。水系统对应配备冷却水泵、冷却塔、冷冻水泵，空调系统的电冷源综合制冷性能系数（SCOP）为4.77（W/W），满足实时规范节能规范的规定值。

空调热源主机选型2台真空燃气热水机组，制热量1.4MW，效率92%，供回水温度为60/50℃，系统对应配备2台热水循环泵。

根据计算，项目所需空调新风总量约为200000m³/h，本项目共设有8台全热回收新风机组，机组选型参数见表3。

表3 新风热回收机组选型参数

Table 3 selection parameters of fresh air heat recovery unit

3 热回收动态能耗计算

本次新风机组设计，按照排风量为新风量的90%选型，全热回收功率计算式：

（1）

式中，热回收功率(kW)；空气密度(kg/m³)；排风量(m³/s)；新风焓值(kJ/kg)；排风焓值(kJ/kg)；全热回收效率(%)；

排风热回收机组耗功率计算式：

（2）

式中，通风机轴功率(W)；风机风量(m³/h)；热回收机组阻力(Pa)；风机全压效率(%)；风机机械效率(95%)；

空调循环水泵能耗计算公式：

（水密度按=1000kg/m³估算）（3）

式中，水泵轴功率(W)；热回收功率(kW)；水泵扬程(m水柱)；水系统供回水温差(℃)；水的比热容()；水泵效率(%)；

计算时，空调系统运行按照每天7：00~18：00进行，夏季供冷季7月、8月、9月动态累计热回收量为588425（kWh），热回收机组耗电量为45571（kWh），见图2。

图2 夏季排风全热回收量

Figure 2 total heat recovery of exhaust air in summer

作为比较，在不设置热回收的情况下，采用冷水机组，制取相应的空调冷量系统机房累计能耗为127641（kWh），冷冻水泵输送累计动态能耗为5493（kWh），见图3。

在7月、8月、9月采用新风热回收系统，相较于电制冷系统，节省电耗为87563（kWh），折算碳排放量减少43781kg·CO2e。

图3 夏季不采用热回收部分系统耗电量

Figure 3 power consumption of the system without heat recovery in summer

冬季供热季12月、1月、2月动态累计热回收量为578179（kWh），热回收机组耗电量为48252（kWh），见图4。

图4 冬季排风全热回收量

Figure 4 total heat recovery of exhaust air in winter

    冬季，采用燃气热水机组，制取相应的空调热量动态累计耗燃气量为61929（Nm³），热水泵输送累计能耗为8995（kWh），见图5。在12月、1月、2月采用新风热回收系统，相较于燃气热水机组系统，折算等效电量后可实现节能404153（kWh），折算碳排放量减少113252kg·CO2e。

图5 冬季不采用热回收部分系统等效耗电量

Figure 5 equivalent power consumption of the system without heat recovery in winter

动态累计空调季节12月、1月、2月、7月、8月、9月采用全热新风热回收系统，折算等效电后，全年节能电耗量共计491716（kWh），碳排放量总计减少157033kg·CO2e。

为直观体现节能量，节能量折算为单位面积等效电为9.26（kWh/㎡·a），单位面积碳减排量为2.957（kg·CO2e/㎡·a），节能效果明显。

以成都商业电价0.67元/kWh，成都天然气价格3.02元/m³计算，采用全热新风热回收系统，对于本项目而言，夏季可节省运行费用58667元，冬季节能运行费用为160723元，全年总计节省219390元。

4 热回收机组控制系统设计

热回收机组，其热回收原件为阻力原件，且机组本身需要一定能耗位置系统运行。而全热回收系统，以室内外焓差作为能耗回收基础，在室内外焓差较小或为逆焓差的季节，热回收机组不但不能起到节能减排效果，反而回提高系统运行能耗。因此合理的旁通管道设计和控制系统设计就显得尤为重要。

本文以本项目采用的转轮式全热回收机组为例，旁通设计及控制系统设计如下：

图6 热回收机组监控原理图

Figure 6 monitoring schematic diagram of heat recovery unit

系统运行阀门切换如下：

    1.室内外空气焓差较大时，开启V3、V4，关闭V1、V2，进行热回收。

    2.室内外空气焓值相近时，开启V1、V2，关闭V3、V4。

    3.检测室内二氧化碳浓度，通过二氧化碳浓度对新风机、排风机进行变频控制。

5 结语

1）排风热回收装置运行时需要耗能，因此在选用时应进行能耗计算和分析，合理选用，并执行合理的运行控制策略。

2）以工程案例为研究对象，动态计算出全年使用热回收机组节能效率，折算碳减排为2.957（kg·CO2e/㎡·a），节能量折算等效电为9.26（kWh/㎡·a）。

3）本项目计算时，热回收机组按照额定焓效率进行计算，未考虑动态焓效率的影响因素。

4）新风机组设计时，设有二氧化碳浓度控制策略，本文计算时未做该部分考量。

参考文献：

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作者（通讯作者）简介：周伟军，男，1981年3月生，硕士，北京市建筑设计研究院有限公司，高级工程师，E-mail:zhouwj@biadcd.com