熱回收循環(huán)技術(shù)在建筑節(jié)能系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

胡毅（合肥學院，安徽 合肥 230601）

熱回收循環(huán)技術(shù)在建筑節(jié)能系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

胡毅
（合肥學院，安徽 合肥 230601）

針對熱回收技術(shù)在建筑節(jié)能系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景，分析了熱回收技術(shù)的主要影響因素，闡明了復(fù)合型熱回收循環(huán)新模式在空調(diào)系統(tǒng)工程中與新能源與傳統(tǒng)能源結(jié)合降低能耗、提高能源利用率的作用，并指出了熱回收技術(shù)仍存在的一些現(xiàn)實問題，為我國在建筑節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域推廣新型節(jié)能技術(shù)的設(shè)備提供一些參考。

熱回收；冷卻媒循環(huán)；水冷熱泵；復(fù)合型冷凝器

在中國古代的思想家傳統(tǒng)價值觀中，一直提倡能源節(jié)儉，反對統(tǒng)治者大興土木，主張“天人合一”的思想，大到城市、小到建筑構(gòu)件都需要因地制宜，草木植物動物糞便亦可以回收利用。這種天，地、人之間相互依存，循環(huán)往復(fù)的系統(tǒng)在古羅馬建筑家維特魯威的《建筑十書》提出：“在選擇基地與城鎮(zhèn)規(guī)劃時防止南向太陽輻射及避免潮濕的理念；住宅的建筑形式應(yīng)適應(yīng)氣候的多樣性，比如在北方，房屋應(yīng)向南，前面應(yīng)需要有遮蔽。”按照中國古代的風水理論，建筑的朝向講究背山面水，負陰抱陽。背山可以阻擋北風的寒冷的侵襲；面水可以迎接夏季來自東南面經(jīng)水面降溫的涼風也可方便用水及戰(zhàn)略防御；抱陽可以爭取到建筑良好的日照。這種風水理論所倡導(dǎo)的樸素的建筑節(jié)能生態(tài)學思想體現(xiàn)了人與自然的諧統(tǒng)一指導(dǎo)思想，這種可持續(xù)發(fā)展的借鑒意義也是早年人們對綠色生態(tài)建筑營造低碳環(huán)保的渴求。

一、節(jié)能技術(shù)完善綠色生態(tài)建筑

綠色建筑首先關(guān)注的是健康、舒適和安全，這些是保證人們最佳工作和生活環(huán)境的建筑要素?！袄矛F(xiàn)有的科學技術(shù)、根據(jù)人體工程學，最大限度的發(fā)展清潔可再生能源是建設(shè)和諧社會的目標，管理好建筑活動產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)以及打造有機建筑環(huán)境已滿足建筑與大自然可持續(xù)發(fā)展。［1］”我們強調(diào)的綠色節(jié)能，如果是以犧牲人們的舒適度和人們的工作環(huán)境為代價，則是毫無意義的。建筑節(jié)能系統(tǒng)的構(gòu)建是指能源利用效率的提高，能源利用方式的理念轉(zhuǎn)變。比如倡導(dǎo)利用太陽能、潮汐能、地熱能等可再生清潔能源，在滿足同等照度的前提下使用新型節(jié)能燈具，采用蓄能空調(diào)平均使用電能時間，以及本文所研究的熱回收循環(huán)技術(shù)。

二、節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的必要性和迫切性

隨著全球能源緊缺和環(huán)境污染問題的不斷加劇，節(jié)能、環(huán)保成為時代對建筑發(fā)展指導(dǎo)的大趨勢。建筑能耗中的大部分是傳統(tǒng)家用暖通空調(diào)系統(tǒng)的運行所消耗的，統(tǒng)計表明在發(fā)達國家中暖通空調(diào)能耗占建筑總能耗的65%；國家的經(jīng)濟和科技越發(fā)達，人體舒適度的標準越高，建筑能耗占社會能耗的比例相對較大，現(xiàn)在發(fā)達國家建筑用能一般占到全國總能耗的30%～40%；中國的采暖用能占全國總能耗的9.6%，因此關(guān)注暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能對于解決國家能源危機的作用是可觀的。［2］隨著人民生活水平的日益提高，采暖能耗占的比重逐年加大，最明顯的表現(xiàn)就是空調(diào)的應(yīng)用迅速增加，改進傳統(tǒng)暖通空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能技術(shù)是營造節(jié)能環(huán)保建筑的訴求。熱回收循環(huán)技術(shù)是目前暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能中最為迫切革新的技術(shù)。

三、節(jié)能回收利用技術(shù)應(yīng)用分析

改進單位能源的利用率這一重要研究課題對打造環(huán)保低碳建筑有著切實意義。解決好傳統(tǒng)最為耗電的空調(diào)系統(tǒng)，做好建筑節(jié)能可以利用熱回收循環(huán)技術(shù)，即在原有的制冷技術(shù)之上增加了熱回收功能，使原本需要通過進入冷卻塔或排放到大氣的廢熱能量加以回收利用，既節(jié)約了能源又減少了排放，具有很大的市場化經(jīng)濟價值。二十一世紀以來，中國家庭大多逐漸開始使用采用分體式家用空調(diào)。然而，分體式空調(diào)新風補給不足，關(guān)上窗子通風明顯不足，室內(nèi)空氣質(zhì)量令人擔憂。不僅如此，分體式空調(diào)的熱能源也大量被直接排放到了室外大氣中造成的巨大的浪費?？諝獾臒峄厥占夹g(shù)在上世紀70年代初已被發(fā)達國家提上研究日程，世界能源產(chǎn)生危機影響著每個國家的經(jīng)濟發(fā)展，如今一些工業(yè)發(fā)達國家早已將空氣的熱回收技術(shù)作為空調(diào)行業(yè)的節(jié)能措施之一，復(fù)合型熱回收循環(huán)新模式在空調(diào)系統(tǒng)工程中的地位日顯突出。中國人口眾多，建筑總體量大，目前研發(fā)熱交換系統(tǒng)技術(shù)正逐步走入民用領(lǐng)域，我們廣泛使用的家用空調(diào)其冷凝熱回收技術(shù)、冷凝水能量利用系統(tǒng)的研制改進已成果轉(zhuǎn)化已迫在眉睫。

四、熱回收循環(huán)打造節(jié)能建筑

1.熱回收循環(huán)理念

在一些發(fā)達國家，利用新風換氣機進行空氣能量交換已在工業(yè)領(lǐng)域使用多年，此技術(shù)較為成熟。北京建筑設(shè)計研究院學者邵宗義認為：空調(diào)系統(tǒng)的能量回收設(shè)備節(jié)約能量消耗需要通過計算分配新風量與回收風量的比值，保證室內(nèi)空氣質(zhì)量的同時將空調(diào)機制冷與恒溫換氣設(shè)備完美有機結(jié)合利用空調(diào)的風系統(tǒng)或制冷系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)完成空調(diào)系統(tǒng)一定比例的能量回收。［3］伴隨著我國節(jié)能、環(huán)保政策的實施，我國學者已通過試驗表明利用制冷設(shè)備的冷凝余熱制備生活熱水切實可行，根據(jù)我國不同的地區(qū)環(huán)境特點研發(fā)空調(diào)新風系統(tǒng)中有針對性設(shè)計熱回收裝置的重要性越來越顯現(xiàn)。［4］中原工學院學者周光輝認為：在采光條件不是特別充分的地區(qū)完全可以利用太陽能或者電加熱在空調(diào)冷凝熱熱回收系統(tǒng)中設(shè)置一定容量的蓄熱水箱，不僅可以僅僅通過從熱回收器與冷凝器的單冷凝器型組合方式供熱還賦予智能采用部分穩(wěn)定性好的輔助熱源為生活熱水系統(tǒng)，這樣最大限度的回收了多余冷凝熱量難也同時降低了機組的滿負荷率，如此一來，一般普通用戶全年對熱水需求最少的損耗能量就降低到了最小。［5］此外，改造室內(nèi)人居環(huán)境、降低大氣污染也可以通過水冷熱泵熱回收循環(huán)系統(tǒng)機械法加濕結(jié)合濾紙物理過濾的方式進而可以促進室外pm2.5的物理特征作用進行去除，在此過程中完全不產(chǎn)生化學污染。

2.熱回收循環(huán)的研究進展

目前，一般利用預(yù)熱或者預(yù)冷室外空氣的方法來減少建筑能耗，就是利用冷卻器或者加熱器與新風入口相連，因此新風在進入空調(diào)系統(tǒng)或者熱菜系統(tǒng)之前首先經(jīng)過預(yù)熱或預(yù)冷以降低新風負荷。［6］我們利用不同形式的冷卻器或加熱器，充分利用自然能源或者熱回收能源，達到預(yù)熱或者預(yù)冷新風的目的，使得最大化的利用自然能源滿足室內(nèi)良好的人居環(huán)境。研究新風預(yù)處理和熱回收設(shè)備研究試驗研究基本途徑是運行相關(guān)設(shè)備得出不同因素在影響空調(diào)系統(tǒng)處理后的室內(nèi)溫度的比值。如Abd El-Baky和Mohamed已經(jīng)在試驗中使用熱管換熱器及傳感器對新風進行處理并分析出不同新風溫度和流量大小對室內(nèi)空氣溫度和能耗的改變，從而得出不同室外環(huán)境空調(diào)的能效比效率；Li及其合作人員通過改變新風的濕度以提高熱管換熱器的工作效率，制成了熱電新風機等試驗設(shè)備。［7］

3.熱回收循環(huán)的推廣應(yīng)用的制約因素

伴隨著熱能形式轉(zhuǎn)換過程中的墻體及玻璃外圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)損失，當然這是目前建筑材料技術(shù)所不可避免的一種能源的浪費。我們通過在熱系統(tǒng)循環(huán)中找到節(jié)能途徑，根據(jù)能量守恒定律盡量減少循環(huán)體系中能量的損失可以最大化的節(jié)能，利用現(xiàn)有技術(shù)減少熱排放，加大能量的循環(huán)利用，利用液體循環(huán)式顯熱回收裝置工作原理結(jié)合建筑通風系統(tǒng)完成換氣量的同時做好熱回收。［8］在空調(diào)制冷的同時，必將產(chǎn)生大量的熱能，我們通過裝置將這部分熱風吸回來加熱蓄水已供家庭使用，在將排放到大自然中的熱風回收加熱水源，這就是水冷熱泵熱回收系統(tǒng)的基本原理。然而，進出風口風量的計算與新風量溫度對系統(tǒng)的影響，太陽能與熱能儲存轉(zhuǎn)化，濕度與風量不同影響人體舒適度的參數(shù)與控制方法，這都需要試驗分析出它們之間的相互聯(lián)動關(guān)系。

空調(diào)與暖通循環(huán)系統(tǒng)完成熱回收利用能量推廣利用探討需要最小的使用期運行成本（LCC）是從其熱工性能和經(jīng)濟性能都是暖通空調(diào)熱回收系統(tǒng)實際應(yīng)用的要考慮的切實第一大問題，按照目前我們中國能接受的熱回收系統(tǒng)的回收可接受期是3到5年來看，運營單位可以接受的回收期（PP）是工藝設(shè)計更是要解決的實際問題。能源費用與可利用的廢熱量主要決定了熱回收系統(tǒng)的經(jīng)濟性能。

4.新型熱回收循環(huán)模式的探索

在傳統(tǒng)冷凝器型空調(diào)冷凝熱熱回收系統(tǒng)的熱回收器增加溫度控制傳感裝置，通過微電腦控制系統(tǒng)來改變壓縮機出口的過熱蒸汽進入熱回收器的流量，這樣可以實現(xiàn)利用過熱蒸汽循環(huán)加熱2級水箱，直至全部冷凝熱量的利用，該系統(tǒng)屬于復(fù)合型水冷熱泵空調(diào)冷凝熱回收系統(tǒng)，系統(tǒng)工作原理圖如圖1所示水冷熱泵熱回收機組+輔助電鍋爐+太陽能熱水器。當陽光足夠充分時1級水箱水通過太陽能板加熱可以供室內(nèi)直接用熱水；當溫度不夠時通過溫度傳感器感應(yīng)循環(huán)至水冷熱泵回收機組加熱，而水冷熱泵回收機組直接參與空調(diào)與暖通循環(huán)系統(tǒng)這一大循環(huán)，當空調(diào)與暖通循環(huán)系統(tǒng)排除的能量不足以加熱滿足2級水箱水溫時，通過溫度傳感器計算出能量差額并運用電加熱輔助加熱系統(tǒng)加熱滿足，這樣可以基本滿足全天候室內(nèi)用熱水需要。這樣不僅循環(huán)利用了能量，還一舉多得通過對空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備降溫改善了設(shè)備使用環(huán)境、增加了設(shè)備使用壽命。［9］

五、結(jié)語

圖1 水冷熱泵熱回收機組+輔助電鍋爐+太陽能熱水器系統(tǒng)原理圖

暖通空調(diào)的節(jié)能熱循環(huán)技術(shù)的應(yīng)用一直是科研工作者近年來研究的熱門課題，建立建筑內(nèi)能量循環(huán)利用的體系，打造不同季節(jié)的不同循環(huán)體系，最大化減少熱能損耗實現(xiàn)最大化的能量回收，大幅降低了建筑內(nèi)能源系統(tǒng)的消耗，利用整體大循環(huán)促進建筑節(jié)能，為可持續(xù)發(fā)展建筑的節(jié)能減排提供一種科學的創(chuàng)新模式。［10］

辯證全面的來觀察我國目前現(xiàn)狀，由于暖通空調(diào)系統(tǒng)中熱回收設(shè)備的使用需要增加產(chǎn)品制造成本，此外產(chǎn)品數(shù)據(jù)計算控制傳感器的鏈接對產(chǎn)品的數(shù)控及制造工藝都提出了更高的要求標準，目前這些的設(shè)備的成本維護尚成本還需根據(jù)建設(shè)規(guī)模其社會普及情況確定；此外，熱回收的換熱設(shè)備目前只是在一些外資的工業(yè)領(lǐng)域中使用，還沒有在民用暖通空調(diào)系統(tǒng)中得到普及的應(yīng)用，缺少實際加工使用管理經(jīng)驗。熱回收設(shè)備成本回收周期較長也是制約國民接受其因素之一，我們相信隨著空調(diào)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展和人們節(jié)能意識的提高，熱回收技術(shù)的前景必將十分廣闊。［11］

針對“綠色建筑”倡導(dǎo)的合理利用資源、可持續(xù)發(fā)展的理念，細化推進可再生能源利用解決方案，將節(jié)能管理、環(huán)境管理融入千家萬戶的生活之中，積極融合太陽能、中水處理再利用等綠色新能源技術(shù)應(yīng)用到“熱回收循環(huán)利用體系”中，發(fā)展制冷機組冷凝熱回收的換熱設(shè)備的使用率以綜合降低建筑能源消耗是我們下一步的目標。

［1］呂愛民.應(yīng)變建筑——大陸性氣候的生態(tài)策略［M］.上海：同濟大學出版社，2003.125.

［2］張谷，戴石良.熱回收技術(shù)在排風系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.制冷與空調(diào)，2008，22（6）.45.

［3］邵宗義.空調(diào)系統(tǒng)能量回收技術(shù)將促進空調(diào)節(jié)能的發(fā)展［J］.中國建設(shè)信息供熱制冷，2007，（12）：16.

［4］吳照，趙新紅，陳雷田，常凱，徐新恒.上海某工廠空調(diào)系統(tǒng)熱回收綜合節(jié)能改造［J］.建筑節(jié)能，2014，42（4）：91.

［5］周光輝.空調(diào)冷凝熱熱回收技術(shù)發(fā)展趨勢［J］.中國建設(shè)信息供熱制冷，2007，（12）：16.

［6］張文軍.基于熱泵的排風熱回收系統(tǒng)實驗研究［J］.鐵道工程學報，2014，6（6）：114.

［7］劉娣.室內(nèi)空氣逆時間反演與通風熱回收［D］.長沙：湖南大學，2010.

［8］趙麗.液體循環(huán)式顯熱回收在嚴寒地區(qū)的使用［J］.暖通空調(diào)，2014，44（6）：16.

［9］匡芳.熱泵熱回收技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.有色金屬設(shè)計，2008，35（1）：55.

［10］Physical Properties of Secondary Coolants（Brines）［M］. ASHRAE Handbook of Fundamentals，1997.191.

［11］Chenvidyakarn T，Woods A.Top-down precooled natural ventilation［J］.Building Services Engineering Research and Technology，2005，26（1）；181-193.

Research on the Application of Heat Recovery in Building Energy-saving System

Hu Yi
（Hefei University，Hefei Anhui 230601，China）

The application status and developing prospect of heat recovery technology in building energy saving system are introduced in this paper.It also analyzes the main factors which affect the heat recovery technology，illustrates the new cycle model of heat recovery which combined with new energy and traditional heat source in the air conditioning system engineering which can reduced energy consumption and improve energy utilization，puts forward some problems in the field of heat recovery technology and provides some references for the promoting of equipment of new energy-saving technology in the field of energy-saving building and environmental protection in our country.

heat recovery；the cooling medium circulation；water-cooled heat pump；compound condenser

TU111.19+5

A

1672-0547（2015）02-0102-03

2014-12-23

胡 毅（1980-），男，安徽合肥人，合肥學院建筑工程系講師，碩士，研究方向：建筑設(shè)計及其理論。

合肥學院土木工程重點建設(shè)學科項目（2014xk04）。