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管、繞流三盤管及常規(guī)的采用再熱的空調(diào)系統(tǒng)旳能耗認為在上海地區(qū)采用繞流二盤管系統(tǒng)可節(jié)能23.3%采用繞流三盤管系統(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)中通常在冷卻盤管后設(shè)置1系統(tǒng)工作原理再熱盤管通過增加室內(nèi)冷負荷中的顯熱部分來維持房間圖1是一繞流環(huán)路二盤管熱回收系統(tǒng)其中包括兩個的溫濕度特別是當(dāng)系統(tǒng)用于濕熱地區(qū)部分負荷工況下。通入載熱流體然而這樣用于再熱的能量和相應(yīng)增加的冷負荷非常高。對于新風(fēng)量要求較高的場合如會議室、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)濟性。狀態(tài)位于點繞流環(huán)路三盤管熱回收系統(tǒng)采用一個附加的乙二醇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)點還有新風(fēng)與回風(fēng)不會產(chǎn)生交叉污染置于新、排風(fēng)管中的盤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號同濟大學(xué)熱能工程系暖通空調(diào)Hv&AC技術(shù)交流園地·91見圖2)在夏季室外空氣先由盤管1預(yù)冷(過程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)中可能會出現(xiàn)結(jié)冰卻盤管冷卻去濕現(xiàn)象。為防止盤管結(jié)冰可安裝一個三通調(diào)節(jié)閥將部分乙(過程A'D段二醇溶液旁通盤管1吸收的熱2設(shè)計工況下能耗計算量在盤管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)帶走為例對各系統(tǒng)的冷負荷和再熱負荷進行比較。設(shè)計參數(shù)若在冷卻盤見表1空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備及所需功率見表2管后設(shè)置一個盤表1設(shè)計標(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空氣處理過程在焓濕圖上的表示溶液在盤管2和按標(biāo)準(zhǔn)所需104kg/s的顯熱冷負荷3.37kW再熱系統(tǒng)盤管3之間流通總新風(fēng)量AD機械冷卻DC再熱B室內(nèi)空氣人的潛熱冷2.5kW0.94gs)照明冷負荷2.5kW狀態(tài)點C室內(nèi)送風(fēng)狀態(tài)點(見圖3),形成繞(散濕頂荷二盤管系統(tǒng)流環(huán)路三盤管熱24℃室內(nèi)相對濕度AA'由盤管1預(yù)冷AD機械冷卻回收系統(tǒng),則這種室外空氣34.0℃21.9gkg冬季室外空氣設(shè)計-40℃22執(zhí)設(shè)計參數(shù)盤管系統(tǒng)環(huán)路在夏季就具熱回收效率50%室內(nèi)總顯熱冷負荷5.87kWAA”由盤管1預(yù)冷A"D機械冷卻有更強的去濕能DC’由盤管3再熱CC再熱表2設(shè)備及運行時間2力。夏季室外空氣經(jīng)盤管1預(yù)運行時間8m0~180運行日期周一~周制冷系統(tǒng)能耗0.42kW熱回收效率m冷(過程AA再熱系統(tǒng)送風(fēng)機再熱系統(tǒng)排風(fēng)機0.4kW19側(cè)圖段)然后經(jīng)冷就卻盤管冷卻去熱回收系統(tǒng)送風(fēng)機1.3kW熱回收系統(tǒng)排風(fēng)0.7kW濕(過程A"D1.5kW三盤管熱回收系0.7kW段)盤管送風(fēng)機功率統(tǒng)排風(fēng)機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冷卻盤管面積0.55溶液傳遞給盤本例為吸煙房間故采用100%新風(fēng)。空氣處理過程管3盤管3加見圖2。為了維持室內(nèi)溫度24.0℃相對濕度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)(過程送風(fēng)狀態(tài)必須位于點C。C點的溫度tc計算如下DC'段)此時乙二醇僅在盤管1和盤管3之間循環(huán)。根據(jù)tc=tB-△t需要可以在盤管3后面設(shè)置再熱盤管再熱送入室內(nèi)的空5.87kW氣過程C'C段)因此需保留再熱盤管。冬季三盤管熱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其工作原理與繞流環(huán)路室內(nèi)熱濕比ε計算如下二盤管熱回收系統(tǒng)相同乙二醇溶液僅在盤管1與盤管2Q5.87kW+2.50k間循環(huán)而不經(jīng)過盤管3。8 900 kJ/kg夏季也可使乙二醇同時在三盤管熱回收系統(tǒng)中的3送風(fēng)狀態(tài)點的空氣含濕量dc個熱回收盤管中流通。在此過程中盤管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管2將部分吸熱量送至排風(fēng)中盤管3吸收剩余的熱量同時再熱冷卻盤管的出口929-0.55=8.74g/kg空氣。在此過程中盤管2將盤管1吸收的熱量排出增加送風(fēng)狀態(tài)點的空氣的焓hc盤管1的預(yù)冷能力降低了所需冷量。當(dāng)室外空氣溫度高he= hR-Ah= 47. 9 k//ko 5.87 kW+2. 50kW1.704k于排風(fēng)溫度且再熱負荷較低時3個熱回收盤管同時工作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的空氣狀態(tài)參數(shù)見表3。盤管熱回收系統(tǒng)中的情形一樣3個熱回收盤管同時工作表3主要空氣狀態(tài)點的參數(shù)的系統(tǒng)效率不高應(yīng)將其切換至兩個熱回收盤管的去濕工狀態(tài)點溫度1/相相對濕度/%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)無熱回收盤管)盤管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)時先用冷卻2.5℃+(34.0℃-12.5℃)×0.5=23.3℃盤管將室外空氣從狀態(tài)A處理到狀態(tài)D然后用再熱盤管很明顯盤管3的計算出口空氣溫度23.3℃(點C),將空氣從狀態(tài)D再加熱到狀態(tài)C。因而狀態(tài)D點也必須高于所需的送風(fēng)溫度20.6℃(點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的相對濕度持在點C,可調(diào)節(jié)三通閥將部分乙二醇溶液旁通至盤管為95%則D點的干球溫度為12.5℃。所需冷量和再熱1從而降低傳熱效率。通過倒推法盤管3將送風(fēng)由溫度負荷計算如下12.5℃加熱至溫度20.6℃溫差△t為8.1℃。由于盤管所需冷量AD段)I與盤管3的風(fēng)量和傳熱量相同(即盤管1的最大溫降為Q1=G×(hA-h)=1.704kg/s8.1℃)可使用該溫差△t來計算盤管1的出囗空氣溫度(90.4kJ/kg-34.67kJ/kg)=94.96kW盤管1的出口空氣溫度為再熱負薇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上述計算表明冷卻盤管不僅要承擔(dān)冷負荷9.96(823kJ/kg-34.67kJ/kg)=81.l6kWkW而且還要承擔(dān)再熱負荷13.80kW將三盤管熱回收系統(tǒng)分別與再熱系統(tǒng)和二盤管熱回收2.2采用繞流環(huán)路二盤管熱回收的空調(diào)系統(tǒng)系統(tǒng)進行比較可以得出夏季設(shè)計工況下,該系統(tǒng)所需冷繞流環(huán)路中設(shè)置兩個盤管。使用前例來計算所需冷量比再熱系統(tǒng)低15%而比二盤管熱回收系統(tǒng)低6%。這意味著冷卻設(shè)備容量可以分別減小15%和6%。而且盤熱回收效率定義為實際傳熱量與氣流間最大可能傳熱可能傳熱管3后無需設(shè)置再熱盤管。該系統(tǒng)總的冷卻和再熱負荷比量的比值。當(dāng)室外空氣被冷卻至排風(fēng)溫度時傳熱量最大再熱系統(tǒng)低25%而比二盤管熱回收系統(tǒng)低19%。冬季熱回收效率為50%時實際熱回收量該系統(tǒng)的熱回收量與二盤管熱回收系統(tǒng)相同。同樣,該系Qh=(34.0℃-24.0℃)×1.00kJ(kg℃)統(tǒng)需考慮因克服各級熱回收盤管壓降而増加的風(fēng)機功率和乙二醇泵的功率1.704kg/s×0.5=8.52kW盤管1的出口A點痙氣溫度3年能耗比較34.0℃-(34.0℃-24.0℃)×0.5=34.0℃-5本文使用改進的溫頻汯(B/N進行全年能耗計算、分析和比較。比較時使用上海地區(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)計參數(shù)、空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備及功率見表1表2表4列出了再熱系統(tǒng)、二盤管熱回收系統(tǒng)以及三盤管Q′1=G×(hx-hb)=1.704kg/s熱回收系統(tǒng)對應(yīng)于各BN值的冷卻能耗、加熱能耗、風(fēng)機(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)進行比較可以得出該系統(tǒng)夏季4結(jié)論設(shè)計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)的再熱負荷與再熱系統(tǒng)僅減少5%的冷卻能耗而三盤管熱回收系統(tǒng)相對于再熱的相同。總的冷卻與再熱負荷比再熱系統(tǒng)低7.8%。此處系統(tǒng)和二盤管熱回收系統(tǒng)分別減少21%和17%的冷卻能不再計算冬季設(shè)計工況下的熱負荷。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。盡管三盤管熱回收系統(tǒng)冬季工作原理與二盤管熱回收系統(tǒng)相同但其全年比二盤管熱回收系統(tǒng)減少53%的加熱因此相對于夏季而言冬季該系統(tǒng)的熱負荷會更低于再熱能耗這主要是由于其夏季工作時節(jié)約了再熱量。二盤管系統(tǒng)。有一點須注意汁算時應(yīng)考慮克服盤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。三盤管熱的風(fēng)機功率和泵的功率?；厥障到y(tǒng)用于風(fēng)機和泵的能耗分別比再熱系統(tǒng)和二盤管熱2.3采用繞流環(huán)路三盤管熱回收的空調(diào)系統(tǒng)回收系統(tǒng)增加62%和10%二盤管熱回收系統(tǒng)的總能耗比繞流環(huán)路中設(shè)置3個熱回收盤管。仍然使用前例計算再熱系統(tǒng)減少23.3%三盤管熱回收系統(tǒng)的總能耗分別比所需冷量和再熱負荷再熱系統(tǒng)和二盤管熱回收系統(tǒng)減少46.6%和30.4%。當(dāng)室外空氣溫度被冷卻到冷卻盤管出口空氣溫度時參考文獻傳熱量最大。熱回收效率為50%時實際傳熱量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相對于再熱系統(tǒng)的節(jié)能百分比/%0045376121920388180261425874244952043641233243791143236605413593370767542873780123.346.6