上海某高層辦公建筑熱管熱回收系統(tǒng)性能分析

0 引言

隨著人們對生活、辦公環(huán)境的要求不斷提高，建筑能耗隨之不斷增長，統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示

，我國建筑能耗約占全國能耗總量的27．5%，在建筑能耗中供暖空調系統(tǒng)的能耗約占50%，冷、熱源的能耗則占空調系統(tǒng)能耗40%以上。

在建筑的空氣調節(jié)系統(tǒng)中，新風系統(tǒng)能耗所占的比例較高，甚至達到30%以上

。新風系統(tǒng)的能耗主要包括：對新風進行冷熱處理所消耗的冷熱源主機及其媒介循環(huán)的能耗；提供空氣輸送動力的能耗兩個方面。

排風熱回收裝置是伴隨著節(jié)能和環(huán)保的要求而產(chǎn)生的，可以有效地回收排風中的冷熱量，并對室外新風進行一定的預處理，這樣既保證了建筑物內的環(huán)境空氣質量，也做到了節(jié)能減排

。

本文針對上海某新建高層辦公建筑，擬設計采用排風熱回收系統(tǒng)，回收辦公平衡排風中的熱（冷）量對新風作預處理，綜合分析其節(jié)能性和經(jīng)濟性，并初步探討該熱回收系統(tǒng)在夏熱、冬冷地區(qū)的適用性。

1 排風熱回收系統(tǒng)的類型及主要特點

熱回收系統(tǒng)根據(jù)不同換熱器的結構、傳熱機理及適用條件，大致可分為轉輪式、板翅式、盤管式、熱管式。

1.1 熱回收系統(tǒng)主要類型

1）轉輪式熱回收器

根據(jù)上文的表述，目前國內高管薪酬各個部分的比例不當，缺乏長期的激勵，這容易引起高管人員的短期行為和利己行為，對于企業(yè)長期健康的發(fā)展十分不利。而恰當有效的長期激勵不僅可以使高管人員注重于企業(yè)和個人的雙贏發(fā)展，也可以使高管人員在風險管控方面更加謹慎、仔細。

通過軸線轉輪的轉動，使室外新風與室內排風輪流經(jīng)過吸濕、吸熱材料制成的轉輪，實現(xiàn)對顯熱或潛熱回收的目的（如圖1所示）。

胖子取了錢，雙方交易已畢。老道還不忘再三囑咐，回去以后，要把玉器四散在宅府各地，按照老道畫給他的圖譜擺放，切不可簡單隨意供奉，免得多生事端。胖子唯唯諾諾，點頭稱是，抱著大半袋子玉器回家去了。

2）板翅式熱回收器

室外新風與室內排風交叉進入由特殊材料加工而成的板翅式換熱芯體，隔層的新、排風交錯通過芯體，芯體內部的特殊材質從排風中吸收熱、濕能量，將其傳遞給新風（如圖2所示）。

培育壯大新動能有利于應對激烈國際競爭。隨著經(jīng)濟總量成為世界第二后，中國面臨著日益激烈的國際競爭。國際競爭主要表現(xiàn)在經(jīng)濟競爭、人才競爭和制度競爭等方面。培育壯大新動能為應對這些國際競爭提供了有力的支撐。

3）盤管式熱回收器

用管道及配件，將兩個換熱器、循環(huán)泵、膨脹箱等組合成一套獨立的閉式循環(huán)系統(tǒng)，將室內排風熱量通過盤管傳遞給新風（如圖3所示）。

4）熱管式熱回收器

熱管熱回收系統(tǒng)由蒸發(fā)段、絕熱段、冷凝段三個主要部分組成。當熱管中的介質在蒸發(fā)段受熱后，吸收外界熱量迅速汽化，在極小壓差作用下經(jīng)絕熱段流至熱管冷凝段，向外放出熱量，同時介質相變回液體狀態(tài)，借助于貼敷金屬網(wǎng)的毛細抽吸力回到原蒸發(fā)段，接受再一次的受熱汽化，實現(xiàn)無動力循環(huán)（如圖4所示）。

1.2 熱回收系統(tǒng)主要特點

各熱回收系統(tǒng)的主要特點如表1所示。

2 熱管熱回收系統(tǒng)技術經(jīng)濟分析模型

從前文各類熱回收系統(tǒng)的對比分析可以發(fā)現(xiàn)，不同類型的換熱器在形式上各有優(yōu)劣，適合使用場合也各不相同。例如，可實現(xiàn)全熱回收的轉輪式換熱器和板翅式換熱器，其可以最大限度地回收排風中的顯熱及潛熱能量，交換效率高，但是熱回收過程中新、排風的直接接觸限制了其可適用的范圍。空調系統(tǒng)應最大限度地避免交叉感染。當服務區(qū)域的排風中可能含有污染物或有害氣體時，原則上不應采用全熱回收方式。

在當前全球疫情的大背景下，空調系統(tǒng)的安全健康運行顯得尤為重要，采用顯熱回收系統(tǒng)，即盤管式和熱管式熱回收裝置，在保證空氣質量的同時，可實現(xiàn)節(jié)能減排。本文所針對的甲級高層辦公樓，可作為對空氣質量要求較高的典型代表，選用熱管式熱回收系統(tǒng)，對其進行技術經(jīng)濟性分析，探討其節(jié)能潛力和投資回收期。

要讓謠言沒有生存空間，提高民眾的謠言識別能力還需要一個過程。目前，我國有一些學術團體正在做科普宣傳相關工作，但與百姓需求相比還有差距。

2.1 辦公建筑的新、排風設計工況

按現(xiàn)行相關規(guī)范要求

，辦公建筑的人員最小新風量取值為30 m

/（h·人），辦公區(qū)域各樓層的新風由屋頂或設備層的新風機組集中處理后，通過豎向井道送至各個樓層空調機房內，與全空氣空調機組的回風混合后送入人員活動區(qū)域。室內維持微正壓狀態(tài)，多余的空氣通過風機排至室外。由于熱管換熱屬于顯熱換熱，新風和排風不作接觸，所以衛(wèi)生間的排風可與其它排風一并與新風進行熱交換。

2.2 熱管熱回收系統(tǒng)的技術分析

（2）熱管產(chǎn)生的氣流阻力損失按150 Pa考慮，新、排風機分別計一次壓力損失。

經(jīng)歷了連續(xù)超過兩周的低迷行情后，尿素價格終于止跌維穩(wěn)。這一波行情觸底，還要歸功于國際方面。11月19日，印度中標180萬噸，其中中國貨源中標93萬噸，這無疑為國內行情注入了一劑強心劑。受此影響，山東、河北等地尿素廠家出口新單明顯增多，11月20日各地尿素企業(yè)預收款情況也明顯好轉，尿素價格隨著新單跟進和廠家有意挺價之下也基本持穩(wěn)。考慮當前已進入11月下旬，未來短期內尿素市場需求將有所回暖，價格也再難有跌幅。

經(jīng)熱管換熱后的排風再通過對應的風機排至室外，排風機設置在熱管的氣流下游。經(jīng)冷、熱處理達到送風狀態(tài)的新風經(jīng)過送風機送至室內，送風機也設置在熱管的氣流下游。

1）顯熱回收效率

（%）：

式中：

為室外新風溫度（℃）；

為經(jīng)過熱回收器換熱后的新風溫度（℃）；

為室內排風溫度（℃）。

在計算分析模型中，對應參數(shù)的取值作如下梳理：

（3）排風機前端新增用于保護熱管的G4過濾器，初阻力60 Pa/終阻力150 Pa，平均運行阻力按120 Pa計。

3）因熱回收裝置而產(chǎn)生的額外能耗，即為因送、排風風機克服熱管、過濾器的阻力Δ

而增加的耗電量Δ

（W），送、排風機需要分別計算。

式中：

為新、排風量（m

/s）；Δ

為新、排風機增加的靜壓（Pa）；

1為風機的全壓效率（%）；

2為風機的電機效率（%）。

4)因風機靜壓增大導致風機散熱增多，而產(chǎn)生的氣流溫升增量Δ

（℃），轉化為熱量為

'（kW）：

式中：Δ

為新、排風機增加的靜壓（Pa）；

1為風機的全壓效率（%）；

2為風機的電機效率（%）；其余參數(shù)定義同前文。

2.3 熱回收節(jié)能效果判定

1)從圖5可見，新風先經(jīng)過熱管以后再經(jīng)過風機，送風機設置在熱管的氣流下游，所以，公式（5）中對應的風機溫升增量

'，在新風側需要考慮。排風機設置在熱管的氣流下游，排風機的溫升發(fā)生在熱回收完成以后，所以排風側的

'在節(jié)能分析過程中可不作考慮。故下文所提及的

'均僅代表新風側。在夏季工況下，熱量

'對整個熱回收系統(tǒng)產(chǎn)生負面影響，抵消了熱回收裝置回收的部分凈冷量；在冬季工況下，熱量

'對整個熱回收系統(tǒng)產(chǎn)生正向影響，額外增加了熱回收裝置回收的凈熱量。

（4）風機的全壓效率

1=70%、風機的電機效率

2=85．5%。

保持其他反應條件不變，母液（補充至第1次加入溶劑的量）循環(huán)套用，對產(chǎn)品收率和產(chǎn)品含量的影響如表3所示。

比如說，李軍目前讀在職研究生，他既可以選擇自己每年扣除4800元，也可以選擇讓還未退休的父母按子女教育標準，每年扣除12000元，但不能同時扣。

3）通過假定的冷、熱源側綜合

將對應的熱回收的熱量換算為電耗。夏季冷源為電制冷機組，綜合

值取3．0；冬季熱源為燃氣鍋爐，鍋爐的熱效率按93%，對應的燃氣發(fā)電效率取35%，綜合換算系數(shù)也可按3．0考慮。

綜上分析，并通過冷熱源側綜合

將對應的熱回收的熱量換算為電耗，熱管熱回收系統(tǒng)在夏、冬季工況下的能耗分析如表2所示。

2）熱回收裝置實際回收熱量

（kW）：

（1）根 據(jù)《熱 回 收 新 風 機 組》（GB/T 21087-2007）要求，顯熱回收效率不低于60%（夏季）/65%（冬季），在最新版規(guī)范中已對熱回收效率各提高5%，但由于本文分析的項目案例不執(zhí)行新版規(guī)范，故仍按舊版規(guī)范要求的熱回收效率進行分析。

為了分析系統(tǒng)(9)—(10)的穩(wěn)定性,首先由投影算子的非擴張性及常微分方程解的可延拓性,得到如下引理。

排風機與新風機組并排布置（也可采用分離式熱管換熱器，實現(xiàn)遠距離水平傳熱），通過中間的熱管換熱器將室外新風與排風進行顯熱交換，對新風進行預冷（熱）處理，然后再經(jīng)過對應的冷熱盤管進一步處理至送風狀態(tài)點（如圖5所示）。

式中：

為空氣的比熱容，單位為kJ/（kg·℃）；

min為新、排風較小者的風量（m

/s）；

為

min對應的空氣密度（kg/m

）；

為熱管的顯熱回收效率（%）。

2）由于熱管熱回收裝置（以及輔助的為保護熱管而設置的初效過濾器）的存在，導致風機需要克服的阻力增加，由此而產(chǎn)生的額外電耗，在新風側、排風側均需要考慮。

（5）結合公式（1）（2）（3）（4）（5），可計算出：

研究區(qū)出露地層較為簡單，以下石炭統(tǒng)大干溝組及上三疊統(tǒng)鄂拉山組地層為主，沿山麓溝谷地帶分布有第四系(圖1)。

京港澳高速公路涿州(京冀界)—石家莊段運營20 a以來，交通量迅速增長，服務水平已趨于飽和。因此，擴建本段高速公路是十分必要的。依托京港澳高速公路涿州(京冀界)—石家莊段雙向四車道對稱加寬為雙向八車道改擴建工程，選取某典型斷面進行計算，路基填高為5.0 m，路面寬度為26 m加寬至42 m，邊坡斜率均為1∶1.5。根據(jù)地質勘查資料，地面以下土層分別為4.5 m粉土，5.7 m淤泥質粉質黏土，11.3 m粉質黏土。

●夏季工況下：當Δ

Δ

時，|

-

|=3．1℃，即當新、排風溫差小于3．1℃時，熱回收的能量Δ

＜因此新增的能耗量Δ

。

●冬季工況下：當Δ

Δ

時，|

-

|=2．5℃，即當新、排風溫差小于2．5℃時，熱回收的能量Δ

＜因此新增的能耗量Δ

。

綜上所述，當新、排風溫差Δ

達到夏季3．1℃/冬季2．5℃時，熱管換熱器的節(jié)能經(jīng)濟性才開始體現(xiàn)，并且隨著溫差的不斷加大，節(jié)能的正值不斷提高。

自動化的機械設計制造意味著工作人員可以利用數(shù)字化技術把生產(chǎn)、設計所需要的圖像、聲音轉換成不同的數(shù)字化，以此為基礎就能實現(xiàn)對產(chǎn)品的模擬，并以更先進的方式完成產(chǎn)品制造，數(shù)字化應用模式與自動化并行，相輔相成發(fā)展。

3 案例節(jié)能經(jīng)濟性分析

上海市某高層辦公建筑，建筑高度約22 0 m，除裙房部分外，上部共包含34個辦公樓層，通過設備層劃分為4個區(qū)段，辦公層單層建筑面積約3 000 m

，平面如圖6所示。辦公新排風系統(tǒng)設計選用分體式熱管回收系統(tǒng)，核心筒的右上角、左下角空調機房內各設置一組集中新、排風立管，每根新風立管在設備層對應一套熱回收系統(tǒng)。選取其中一個區(qū)段的一套熱回收系統(tǒng)進行研究，分析熱管熱回收系統(tǒng)的節(jié)能效果及其經(jīng)濟性。

此外，腸道微生物的生長環(huán)境與胃腸黏膜聯(lián)系密切，與腸上皮細胞緊密相連，并對胃腸黏膜的生理功能有一定的調節(jié)作用。回腸末端和結腸的L細胞在特定營養(yǎng)物和消化產(chǎn)物的誘導下分泌PYY和GLP-1[63-64]。L細胞也受腸道微生物發(fā)酵產(chǎn)生的短鏈脂肪酸(乙酸、丁酸、丙酸)的影響，提高血漿PYY和GLP-1的水平[65]。L細胞釋放的PYY和GLP-1不僅抑制胃運動，改善葡萄糖穩(wěn)態(tài)，還引起飽腹感和行為改變。

3.1 案例介紹

熱管熱回收系統(tǒng)示意見圖7，熱管熱回收裝置、排風機、新風機組均設置于14 F設備層的新風機房內，設備服務樓層為15～18 F（單個系統(tǒng)只服務約一半辦公面積），系統(tǒng)總新風量為18 280 m

/h，總排風量為11 800 m

/h。夏季空調室內設計溫度為25℃，冬季空調室內設計溫度為20℃。

選用上海市典型氣象年8 760 h氣象參數(shù)，分別提取了其中夏季、冬季不同月份的參數(shù)，運行時間設為8:00-18:00，大樓設置集中的BAS系統(tǒng)，根據(jù)|

11-

21|的溫差對旁通閥門進行控制，只有當滿足一定的溫差條件時才啟用熱回收裝置（夏季3．1℃/冬季2．5℃），其余時間對熱回收裝置作旁通處理。送、排風機均為變頻控制。

3.2 熱回收系統(tǒng)運行節(jié)能性分析

根據(jù)公式（1）至（5）以及表2，通過計算整理后得出的匯總數(shù)據(jù)見表3。通過對比分析可以發(fā)現(xiàn)，在白天辦公時段：夏季工況下，達到熱管回收器啟用溫差的小時數(shù)占整個計算時段的56．9%；而冬季工況下，達到熱管回收器啟用溫差的小時數(shù)占整個計算時段的92．6%。

在夏季運行周期內，通過熱管熱回收器回收的能量經(jīng)綜合折算出的節(jié)省電耗Δ

與風機增加的電耗Δ

的比值約為6．6。在冬季運行周期內，Δ

與Δ

的比值約為12，冬季熱回收設備的利用率更高，室內外溫差更大。

3.3 熱回收系統(tǒng)經(jīng)濟性分析

結合表3數(shù)據(jù)，通過計算夏、冬季用電與用氣費用，可計算出熱管熱回收系統(tǒng)的靜態(tài)回收周期。

［本刊訊］2012年上海市護理學會團體與個人會費繳納工作已于本月啟動。入會人員需將“會員信息一覽表”按樣張格式采用Excel電子文檔統(tǒng)一錄入信息，并在繳納會費時將電子版與紙質打印版會員信息一并上交備案。集中辦理時間:2012年3月27日—28日上午9:00—11:00，下午1:30—3:30，地點:上海市膠州路358弄1號605室。凡交納2012年個人會費者可享受會員免費講座2次。逾期未繳納者，請于2012年4月1日—4月30日內每周二至上海市護理學會(北京西路1623號203室)辦理。咨詢電話:021－62580348。

商業(yè)用電價單價按1元/kWh計算。天然氣熱值為8 600 kcal/m

=36 000 kJ/m

，商業(yè)用天然氣價格按4．5元/m

計算，燃氣鍋爐效率為93%。熱回收裝置折算年收益見表4。

熱回收系統(tǒng)的初投資可分為設備相關費用、安裝相關費用，主要包含：熱管熱回收裝置的采購及安裝費用；送、排風機的機外靜壓增加而產(chǎn)生的采購及安裝費用增量；管路系統(tǒng)安裝費用增量3個部分。此外，熱管熱回收裝置還需要占用機房面積，但由于占用的是商業(yè)價值較低的設備層空間，故此部分不作經(jīng)濟上的考慮?；厥掌谟嬎阋姳?。

需要注意的是，表3至表5中熱回收系統(tǒng)節(jié)能數(shù)據(jù)計算時，考慮的前提是熱回收裝置的旁通閥門通過BAS系統(tǒng)根據(jù)|

11-

21|的溫差進行準確控制，當氣候條件不滿足控制條件時將熱回收裝置進行旁通，風機則通過變頻器降低轉速以節(jié)省運行電耗。但在實際運行時，通常需要考慮一定的故障率或控制失準率，實際節(jié)能效果會打一定折扣，回收周期應會更長一些。

4 結論

本文根據(jù)熱管式熱回收系統(tǒng)的節(jié)能運行原理，并結合案例進行分析，得出以下主要結論：

1）熱管熱回收的空氣-空氣熱回收技術，冬季供暖周期長、室內外溫差大，這兩個因素，在衡量熱回收經(jīng)濟節(jié)能性方面起到了決定性的作用。在供熱工況下熱回收的能量遠遠大于供冷工況下冷量回收的能量，冬季使用熱管熱回收裝置經(jīng)濟節(jié)能性更好。

2）熱回收工況并非全覆蓋夏、冬季的所有時間段，只有當新、排風溫差達到一定大小時，切換閥門讓新、排風通過熱回收裝置才能達到節(jié)能效果。而上述最小溫差的取值受到熱管及過濾器阻力的影響，阻力越小，最小溫差的取值就可越小，適用的時間段就更廣，所以對熱管及過濾器的定期維護保養(yǎng)，對提升熱回收系統(tǒng)的節(jié)能經(jīng)濟性有一定的幫助。

3）結合上海某辦公樓案例進行節(jié)能性及經(jīng)濟性分析，靜態(tài)回收周期約為3．3年。實際運行時通常需要考慮一定的故障率或控制失準率，節(jié)能效果會打一定折扣，回收周期應會更長一些。

［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.公共建筑節(jié)能設計標準GB50189-2015［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015．

［2］劉純青，徐玉黨.夏熱冬冷地區(qū)新風能耗分析［J］.制冷與空調，2005（5）:54-57.

［3］陳燦.夏熱冬冷地區(qū)新風能耗特性及其處理方式研究［D］.南京理工大學，2012.

［4］徐胡清.夏熱冬冷地區(qū)空調排風熱回收節(jié)能性分析［D］.合肥工業(yè)大學，2010.

［5］柯瑩，王鑫，袁旭東.空調系統(tǒng)排風熱回收的生命周期成本分析［J］.制冷與空調，2007（5）:29-32.