空气源热泵回收空调系统排风能量的应用分析

空气源热泵回收空调系统排风能量的应用分析

李小翠

广东华天成新能源科技股份有限公司广东佛山528000

摘要：节能应该成为设计人员在日常工作当中一种自发的行为和理念，且对于工程设计项目来说，需要有与节能相应的技术标准和规范来作为支撑。在暖通空调系统中，空气源热泵回收空调系统排风能量就是一种先进的节能技术。本文则基于此分析比较了常见的排风热回收设备的特点，提出了利用空调排风提升空气源热泵的能率的方式回收空调排风热量的一种设计思路，该思路在技术上可行，初投资小、回收年限短、能量回收率高（可以达到100％）、节能效果显著。

关键词：空气源热泵；回收系统；排风能量

据统计空调能耗作为大型公共建筑的主要能耗之一，已占总能耗的40％~60％。排风热回收作为一项节能技术在建筑节能方面潜力巨大。采用各类热回收装置回收排风能量，可使供暖空调能耗降低约10％—20％。因此，暖通空调系统设计人员应加强对空气源热泵回收空调系统排风能量应用的研究，确保提高系统节能效益。

1空气源热泵回收空调系统排风能量应用规范

对于排风热回收在GB50736.2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》第7.3.23中规定：设有集中排风的空调系统，且技术经济合理时，宜设置空气一空气能量回收装置；在第7.3.24中规定：空气能量回收装置的设计，应符合下列要求：1）能量回收装置的类型，应根据处理风量、新排风中显热和潜热的构成以及排风中污染物种类等选择；2）能量回收装置的计算，应考虑积尘的影响，并对是否结霜和结露进行核算。

在GB50189.2015《公共建筑节能设计标准》第4.3.25中规定：设有集中排风的空调系统经技术经济比较合理时，宜设置空气一空气能量回收装置。严寒地区采用时，应对能量回收装置的排风侧是否出现结露或结露现象进行核算。当出现结露或结露时，应采取预热等保温防冻措施。在第4.3.26里规定：有人员长期停留且不设置集中新风、排风系统的空气调节区域或空调房间，宜在各空气调节区或空调房间分别安装带热回收功能的双向换气装置。在GB/T50378—2014《绿色建筑评价标准》第5.2.13中规定：排风热量回收系统设计合理并运行可靠，评价分值为3分。

2空调热回收设备分析

常见的热回收设备有转轮式、板翅式全热换热器和热管式、液体循环式。其中根据热量回收方式分为全热回收和显热回收。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。

2.1转轮式

转轮热回收分显热回收以及全热回收两种方式分。显热回收转轮的材质一般为铝箔，全热回收转轮材质为具有吸湿表面的铝箔材料或其他蓄热吸湿材料。转轮作为蓄热芯体，新风通过转轮的一个半圆，而同时排风通过转轮的另一半圆，新风和排风以相反的方向交替流过转轮。新风和排风间存在着温度差和湿度差，转轮不断地在高温高湿侧吸收热量和水分，并在低温低湿侧释放，来完成全热交换。

2.2板式（板翅式）

显热类型板式（板翅式）热回收装置多以铝箔为间质，全热类则以纸质等具有吸湿作用的材料为间质。这类热回收装置使用效果的好坏主要取决于换热间质的类型和结构工艺水平的高低。随着材料技术和工艺的进步，现在有些板式全热回收装置采用了纳米气体分离复合膜作为热质交换材料，全热交换效率更高，空气阻力大幅度下降，热质交换材料的孔径更小，延长了换热器寿命。

2.3热管式

热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的高效传热元件，它可以将大量热量通过其很小的截面积长距离地传输而无需外加动力。热管以其构思巧妙、传输温差小、适用温度范围广、可调控管内热流密度等众多优良特性。在能量回收和余热利用方面已显示出其独特的作用。热管换热器属于冷热流体互不接触的表面式换热器，它具有的占地小、无转动部件、运行安全可靠、换热效率高等优良特性。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。如此循环，热量可以源源不断地进行传递。

2.4液体循环式

又称为中间热媒式，即通过泵驱动热媒工质的循环来传递冷热端的热量，具有新风与排风不会产生交叉污染和布置方便灵活的优点。但是需配备循环泵来输送中间热媒，因此传递冷热量的效率相对要低，不回收潜热，本体动力消耗较大。

3空气源热泵回收排风热回收方案分析

在工程实践中，可以用两个方案把排风引到空气源热泵室外换热器处加以利用：如果排风量能满足室外换热器运行需要，则可直接利用这部分排风单独和空气源热泵室外换热器进行换热（实际情况很难做到）；如果排风量不能满足室外换热器运行需要，则需要将这部分排风和进入空气源热泵室外换热器的室外空气先混合，再同空气源热泵室外换热器进行换热。

空气源热泵的低温热源是室外的空气，其温度和湿度对于热泵的功率和性能系数（制冷系数和制热系数）都有很大的影响，一般来说，在蒸发温度不变的条件下，热泵的制冷量和制冷系数是随着冷凝温度的下降（升高）而增加（减小）；在冷凝温度不变的条件下，热泵的制热量和制热系数是随着蒸发温度的下降（升高）而减小（增加）；当室外空气温度达到一定的数值时，如夏季室外空气温度过高或冬季室外空气温度过低，热泵制冷系数或制热系数很低，热泵已经失去了其节能的意义，甚至可能导致无法正常工作。

在制冷工况下，以室外空气温度为35℃做基准，在蒸发温度不变的条件下，室外空气温度每降低或升高1℃，制冷系数增加或减少约2.2％；在制热工况下，以室外空气温度为7℃做基准，在冷凝温度不变的条件下，室外空气温度每降低或升高1℃，制热系数减少或约增加1.3％左右。引入空调排风热，即可实现降低空气源热泵冷凝器的冷凝温度（夏季）或提高空气源热泵的蒸发器的蒸发温度（冬季），从而提高制冷系统的制冷系数或供热系统的制热系数，增加制冷和供热效率，减少电力消耗。同时，在设计选择空气源热泵机组容量的时候就能降低机组的规格和型号，减少机组设备投资和运行费用。

利用热泵回收排风热的方案只需要增加从排风热回收装置（采用排风热回收装置的空调系统）或建筑物的排风口（未采用排风热回收装置的空调系统）到空气源热泵处的输送排风的管道投资，且该方案增加的电能消耗也仅为该管段的电力消耗。因此，该方案投资小、能量回收效率高（可以达到100％）。本方案既可以用于新建建筑的空调系统，也可以对已有建筑的空调系统进行改造。

另外，在该管段的设计、施工时，要特别注意风道的保温处理，以防止排风能量在到达空气源热泵之前过多的散失。建议该管段的保温采用经济厚度法来确定保温层厚度；在排风管道到达冷凝器之前合适的位置要设置直接通向大气的排风支管，上设可关闭的阀门，在过渡季节时排风已无利用价值，可将其打开，排风直接排人大气。

4结语

对空气源热泵回收空调系统排风能量进行应用，应把握以下要点：风量的确定需合理有据，不可因规范未明确而咬文嚼字一味从严，“严格”不代表“正确”。楼梯间加压送风风管沿程改变管径有利均匀送风，前室加压送风口沿程改变风口面积有利于不同楼层前室加压送风风量的一致和风机运行工况的稳定。采用每个防烟部位独立设置加压送风支管和电动旁通泄压阀门的方式，可以满足合用加压送风系统、独立控制正压的要求。基于上述措施，将能够提高应用成效。

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