淺談冬季及過(guò)渡季節(jié)利用新風(fēng)消除內(nèi)區(qū)余熱的應(yīng)用

陳宗喜

淺談冬季及過(guò)渡季節(jié)利用新風(fēng)消除內(nèi)區(qū)余熱的應(yīng)用

陳宗喜

（匠人規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)股份有限公司，上海200090）

通過(guò)對(duì)某辦公樓空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及改進(jìn)，介紹在冬季和過(guò)渡季節(jié)利用室外新風(fēng)消除內(nèi)區(qū)余熱的應(yīng)用。分析系統(tǒng)的原理及送風(fēng)機(jī)的選擇。闡述在各種工況下的切換，充分利用室外新風(fēng)的節(jié)能意義。

新風(fēng)；內(nèi)區(qū)；節(jié)能；余熱

0 引言

近年來(lái)，大型建筑建造數(shù)量越來(lái)越多。這些建筑都有一個(gè)特點(diǎn)，就是存在較大面積的內(nèi)區(qū)。由于內(nèi)區(qū)室內(nèi)負(fù)荷不受外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱的影響（室內(nèi)負(fù)荷主要為人員、燈光、設(shè)備負(fù)荷），因此內(nèi)區(qū)室內(nèi)負(fù)荷穩(wěn)定，全年為冷負(fù)荷。

本文以一個(gè)項(xiàng)目為例，分析如何更好利用新風(fēng)消除內(nèi)區(qū)余熱，達(dá)到節(jié)能之目的。

1 項(xiàng)目概況

該工程為合肥某辦公樓項(xiàng)目，總建筑面積24276.88m2，地上20層，地下1層。建筑高度86.05m，主要功能為辦公用房。

該項(xiàng)目采用多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)，空調(diào)系統(tǒng)按內(nèi)外區(qū)分層設(shè)置。每層設(shè)置設(shè)備平臺(tái)放置室外機(jī)。

2 空調(diào)系統(tǒng)配置

2.1 原方案空調(diào)系統(tǒng)配置

室內(nèi)參數(shù)：夏季室內(nèi)溫度：26℃，相對(duì)濕度：60%；冬季室內(nèi)溫度：20℃，相對(duì)濕度：40%；各層布置相同，以標(biāo)準(zhǔn)層為例說(shuō)明。標(biāo)準(zhǔn)層內(nèi)區(qū)負(fù)荷及配置見(jiàn)表1、表2。

圖1 建筑平面圖

表1 室內(nèi)負(fù)荷

表2 內(nèi)區(qū)設(shè)備列表

表3 全熱交換器回收后參數(shù)

2.2 負(fù)荷分析

新風(fēng)采用全熱交換器引入，對(duì)排風(fēng)熱量進(jìn)行回收，經(jīng)過(guò)熱回收的送風(fēng)參數(shù)見(jiàn)表3。

由表1、表2中參數(shù)計(jì)算，Qx=Cp× Gmin×Δt=1.01×（1850×1.2/3600）×（20-10.32）=6.03＜8.3

式中Qx—室內(nèi)顯熱負(fù)荷，kW；

Cp—空氣的比熱，kJ/（kg·℃）；

Gmin—最小新風(fēng)量，kg/s；

Δt—送風(fēng)溫差，℃。

由以上計(jì)算可見(jiàn)，若以最小新風(fēng)量回收后的送入室內(nèi)，不能滿足消除內(nèi)區(qū)室內(nèi)余熱的需要，此時(shí)空調(diào)系統(tǒng)需要運(yùn)行；而且，隨室外溫度升高，則全熱交換器的出風(fēng)溫度亦升高，更無(wú)法使用新風(fēng)消除余熱，空調(diào)系統(tǒng)需始終運(yùn)行。

若室外新風(fēng)不做熱回收，冬季新風(fēng)負(fù)荷大于余熱，空調(diào)系統(tǒng)需運(yùn)行；隨著室外溫度升高到某個(gè)點(diǎn)，最小新風(fēng)正好消除室內(nèi)余熱，但當(dāng)溫度再升高，則最小新風(fēng)量的室外新風(fēng)不能消除余熱，空調(diào)系統(tǒng)需運(yùn)行。

在此對(duì)新風(fēng)系統(tǒng)做適當(dāng)調(diào)整，可減少空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

3 設(shè)計(jì)思考及系統(tǒng)改進(jìn)

為充分利用室外新風(fēng)，可將原有系統(tǒng)改造如下：將內(nèi)、外區(qū)新風(fēng)系統(tǒng)分別設(shè)置，內(nèi)區(qū)增加一臺(tái)送風(fēng)機(jī)。由表3中參數(shù)及前述的計(jì)算可知，回收后的送風(fēng)的送入室內(nèi)不能滿足消除內(nèi)區(qū)室內(nèi)余熱的需要，需混入一定量未經(jīng)熱處理的室外空氣。另外考慮到送風(fēng)溫差太大會(huì)引起人員不適，同時(shí)引入一定量的室內(nèi)回風(fēng)，用以減小送風(fēng)溫差。系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)原理圖

圖3 焓濕圖

全熱交換器按照最小新風(fēng)量選取，為控制簡(jiǎn)單，全熱交換器的風(fēng)量不做調(diào)節(jié)。

3.1 焓濕圖分析

由圖3、圖4可見(jiàn)，送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)為O點(diǎn)送至室內(nèi)即可保證室內(nèi)的狀態(tài)點(diǎn)N。若冬季不開(kāi)空調(diào)，無(wú)法將空氣處理至O點(diǎn)?？蓪⑺惋L(fēng)狀態(tài)點(diǎn)定在O點(diǎn)的等溫線上的O′點(diǎn)，送至室內(nèi)，最終室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)N′會(huì)有所變化，但仍在舒適范圍內(nèi)。故可將熱回收后的空氣、二次引進(jìn)的室外空氣和室內(nèi)空氣以一定比例混合即可到達(dá)O′點(diǎn)，送入室內(nèi)。

圖4 處理過(guò)程圖

3.2 運(yùn)行過(guò)程分析

因?yàn)榛旌线^(guò)程及送風(fēng)過(guò)程不做濕處理，故混風(fēng)及送風(fēng)可用顯熱進(jìn)行分析。如下：

Gw—送風(fēng)機(jī)二次引入新風(fēng)量，kg/s；

Gh—室內(nèi)回風(fēng)量，kg/s；

Gz—總送風(fēng)量，kg/s；

Cp—空氣的比熱，kJ（/kg·℃）；

tw′—全熱交換器出風(fēng)溫度，℃；

tw—室外溫度，℃；

tN—室內(nèi)溫度，℃；

tO—送風(fēng)點(diǎn)溫度，℃。

式中η—全熱換熱器的回收效率；

綜合式（1）、（2）、（3）、（4）可得送風(fēng)溫度不變，從送風(fēng)機(jī)引入的新風(fēng)量如下：

可見(jiàn)，隨著室外溫度升高，二次引入的新風(fēng)量變大，同時(shí)室內(nèi)回風(fēng)量變小。

當(dāng)室外溫度上升到最小新風(fēng)量直接引入新風(fēng)即可處理室內(nèi)余熱時(shí)，全熱交換器關(guān)閉Gw′=0，Gw=Gmin，則此臨界點(diǎn)溫度：

式中tw1—全熱交換器關(guān)閉的臨界溫度，℃；

Gmin—最小新風(fēng)量，kg/s。

當(dāng)tw1≤tw≤tO時(shí)，關(guān)閉全熱交換器，通過(guò)送風(fēng)機(jī)引入新風(fēng)。新風(fēng)量有如下關(guān)系式：

當(dāng)tO＜tw≤tN時(shí)，送風(fēng)機(jī)全新風(fēng)運(yùn)行亦無(wú)法消除室內(nèi)余熱，此時(shí)關(guān)閉送風(fēng)機(jī)，開(kāi)啟全熱交換器（旁通模式）提供最小新風(fēng)量，同時(shí)開(kāi)啟空調(diào)進(jìn)行制冷。

3.3 設(shè)備選型

送風(fēng)機(jī)風(fēng)量計(jì)算：

該項(xiàng)目?jī)?nèi)區(qū)冬季送風(fēng)溫度取值：tO=12℃

風(fēng)機(jī)風(fēng)量?。?300m3/h

全熱交換器風(fēng)量：全熱交換器按最小新風(fēng)量選型選2000m3/h

風(fēng)機(jī)壓頭選擇：根據(jù)全熱交換器機(jī)外余壓（H1=150Pa）設(shè)計(jì)管路。采用送風(fēng)機(jī)送風(fēng)時(shí)管道阻力為：

排風(fēng)機(jī)選擇：本項(xiàng)目衛(wèi)生間排風(fēng)量1400m3/h，全新風(fēng)運(yùn)行時(shí)，室內(nèi)微正壓，故不設(shè)排風(fēng)機(jī)。

臨界點(diǎn)溫度：

表4 各工況切換

3.4 運(yùn)行模式切換

4 能耗比較

原設(shè)計(jì)新風(fēng)及內(nèi)區(qū)空調(diào)耗電量見(jiàn)表5。

表5 原設(shè)計(jì)方案設(shè)備風(fēng)機(jī)的耗電量（不包含壓縮機(jī)）

修改后設(shè)計(jì)方案新風(fēng)及內(nèi)區(qū)空調(diào)耗電量見(jiàn)表6。

表6 修改后設(shè)計(jì)方案設(shè)備耗電量

當(dāng)tw＜tw1時(shí)，送風(fēng)機(jī)和全熱交換器都開(kāi)啟，故耗電量為：1100+860+1100=3060W；當(dāng)tw1≤tw≤tO時(shí)，僅開(kāi)啟送風(fēng)機(jī)，全熱交換器關(guān)閉，故耗電量?jī)H為：1100+1100=2200W；當(dāng)tO＜tw≤tN時(shí)，運(yùn)行基本與原設(shè)計(jì)同?？梢?jiàn)，在tw＜tO時(shí)，修改后的系統(tǒng)能耗小于修改前。

5 結(jié)語(yǔ)

本文僅討論內(nèi)區(qū)正常使用的情況下對(duì)新風(fēng)的利用。對(duì)于人員變動(dòng)很大，甚至長(zhǎng)期無(wú)人使用內(nèi)區(qū)余熱很小的情況，需要開(kāi)啟空調(diào)系統(tǒng)。不在本文討論范圍內(nèi)。

修改后方案，冬季與過(guò)渡季節(jié)均比原設(shè)計(jì)耗電量低，且表5統(tǒng)計(jì)的耗電量并未包含室外機(jī)壓縮機(jī)耗電量（因?yàn)閴嚎s機(jī)耗電難以準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)），因此實(shí)際的節(jié)電幅度比以上比較數(shù)據(jù)更可觀?？梢?jiàn)該項(xiàng)目充分利用室外新風(fēng)，對(duì)于減少能耗有積極作用。同時(shí)新風(fēng)量大于室內(nèi)最小新風(fēng)量要求，室內(nèi)空氣質(zhì)量得到保障。

[1]趙榮義，范存養(yǎng)，薛殿華，等.空氣調(diào)節(jié)[M].4版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

[2]周謨?nèi)?流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)[M].3版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1994.

[3]全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施節(jié)能專(zhuān)篇暖通空調(diào).動(dòng)力[M].1版.北京：中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院，2007.

Application of Using the Outdoor Fresh Air to Eliminate Interior Heat in Winter and Transitional Season

CHEN Zong-xi
（Giant Union Design Group，Shanghai 200090，China）

By designing and improving the air conditioning system of an office building，to introduce the application of using outdoor fresh air to eliminate the interior heat in winter and the transition season.Introduces the principle of the system and the selection of the blower.Expounds the significance of energy saving about using outdoor fresh air though changing in the various conditions.

outdoor fresh air；the inner zone；energy saving；waste heat

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.01.020

TU831

B

2095-3429（2015）01-0087-04

2014-12-03

修回日期：2015-03-25

陳宗喜（1979-），男，廣西昭平人，大學(xué)，工程師，從事暖通設(shè)計(jì)工作。