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        大空間應用新風換氣機加風機盤管的節(jié)能分析

        2013-10-20 08:11:44周朝霞葉曉江
        武漢工程大學學報 2013年12期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)

        周朝霞,葉曉江

        (武漢工程大學理學院,湖北 武漢 430074)

        0 引 言

        隨著人類生存和發(fā)展的需求,各種規(guī)模宏大、功能復雜的公共建筑拔地而起,公共建筑的能耗電量已接近城市建筑能耗電量的50%,而空調(diào)能耗占建筑能耗的33%~45%[1-2],巨大的能耗在能源危機的今天已越來越引起人們的關(guān)注,在充分發(fā)揮這些建筑的功能,創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)環(huán)境的同時,暖通空調(diào)技術(shù)也在不斷的進步,也在不斷地探索節(jié)能的方法和措施.對于公共建筑的大空間空調(diào)分兩種情況,一種是體型復雜,空間大小不規(guī)則,空間高度大于5m以上,主要采取分層空調(diào),自然通風,土壤熱利用等方式,以達到節(jié)能的目的[3];另一種是體型比較規(guī)整,房間吊頂凈高在4m左右的大空間,常規(guī)空調(diào)方式是采用一次回風(無再熱)的空調(diào)方式,筆者主要針對后者情況,對照常規(guī)空調(diào)一次回風(無再熱)的空調(diào)方式,分析采用新風換氣機加風機盤管系統(tǒng)的工況及節(jié)能效果.

        1 采用新風換氣機方式

        新風換氣機的主要部件是空氣熱回收裝置,按空氣熱交換器的種類可分為板翅式、板式、熱管式、轉(zhuǎn)輪式等幾種,按回收熱量的性質(zhì)來分有顯熱回收新風換氣機與全熱回收新風換氣機.市場上的新風換氣機有以下幾種形式:①采用導熱透濕的紙制板式空氣全熱回收裝置;②采用鋁箔換熱器的板翅式空氣顯熱回收裝置;③轉(zhuǎn)輪式全熱回收裝置等[4].

        在常規(guī)的風機盤管加新風空調(diào)系統(tǒng)中,新風單獨設置并分別送入房間,多余的空氣靠房間正壓從門窗縫隙排出,但在有些封閉嚴密的建筑中,門窗縫隙滲透量不及送入房間的新風量,因而當房間正壓過大時將有可能產(chǎn)生新風量不足的現(xiàn)象.用新風換氣機代替新風機組來供應新風,在供給新風的同時置換出等量室內(nèi)污濁的空氣,從這一方面來看,新風換氣機有其明顯優(yōu)勢[4],另一方面,新風換氣機內(nèi)不需要設置盤管,既省去了人工提供的冷量,又達到熱量回收的目的,這是新風換氣機的又一個節(jié)能優(yōu)勢,因此,新風換氣機已普遍取代過去采用風機盤管加獨立新風系統(tǒng)場合中的新風機組.但在體型比較規(guī)整,房間吊頂凈高在4m左右的大空間采用新風換氣機,卻有不同的觀點,有學者持謹慎的態(tài)度.筆者通過一工程實例的工況和節(jié)能分析,說明在這種大空間同樣能采用新風換氣機加風機盤管系統(tǒng),并且節(jié)能效果顯著.

        2 新風換氣機加風機盤管系統(tǒng)的工況分析

        以全熱回收型新風換氣機為例分析新風換氣機加風機盤管系統(tǒng)的工況,并與常規(guī)一次回風(無再熱)全空氣系統(tǒng)對比進行節(jié)能分析.

        武漢市某450m2大空間辦公室,室內(nèi)負荷:夏季冷負荷54.9kW,冬季熱負荷51.3kW,全年濕負荷18.5kg/h,室內(nèi)人員數(shù)量113人,人均新風量20m3/h,武漢市室內(nèi)外空調(diào)計算參數(shù)如表1所示.

        表1 武漢室內(nèi)外空調(diào)計算參數(shù)Table 1 Calculation parameter of indoor and outdoor air conditioner in Wuhan ℃

        2.1 夏季工況分析

        圖1是風機盤管空調(diào)系統(tǒng)中采用全熱回收型新風換氣機供給新風的系統(tǒng)布置圖,圖2是該系統(tǒng)夏季處理過程的h-d(焓濕圖)示意圖.

        圖1 全熱新風換氣機加風機盤管系統(tǒng)平面圖Fig.1 Total-h(huán)eat fresh air ventilator plus fan-coil system layout

        (1)確定新風換氣機新風出口狀態(tài)點

        全熱回收新風換氣機的空氣既有顯熱(溫度)的變化,又有全熱(焓)的變化,根據(jù)大金HRV全熱交換器資料,其顯熱交換效率為75%,夏季全熱交換效率為61%,故計算新風經(jīng)全熱交換器后的工況點:

        tOX=tWX-(tWX-tN)×75%=35.2-(35.2-26)×75%=28.3℃

        hOX=hWX-(hWX-h(huán)N)×61%=91-(91-53)×61%=67.82kJ/kg(干)

        過28.3℃的等溫線與過67.82kJ/kg(干)的等焓線相交,即可得OX點.

        (2)確定室內(nèi)送風狀態(tài)點

        過室內(nèi)狀態(tài)點N,作室內(nèi)熱濕比線ε(ε=10 683kJ/kg)線與φ=90%線相交于O'點(tO'=14℃,hO'=36.8kJ/kg(干)),因該點低于室內(nèi)空氣露點溫度(tluN=15℃),所以不合適,為防止風口結(jié)露,取送風溫度為tO=16℃,tO等溫線與ε線的交點即為室內(nèi)送風狀態(tài)點O(hO=39.5kJ/kg(干),tO=16℃).

        (3)空調(diào)房間總送風量

        (4)房間新風量、新風百分比、換氣次數(shù)

        GW=113×20=2 260m3/h(0.75kg/s)

        新風百分比m=2 260/12 210=18.5%

        新風百分比為18.5%,按辦公室房間凈高4m考慮,換氣次數(shù)為6.78次/小時,合理.

        (5)全熱新風換氣機的選擇

        新風換氣機處理的冷量QX=GW×(hWX-h(huán)OX)=0.75×(91-67.82)=17.39kW

        由新風量2 260m3/h,冷量17.39kW 選擇BCF-2500DA型新風換氣機一臺.

        (6)確定混合狀態(tài)點

        連接N點和OX點的連線與hC=55.74kJ/kg(干)的等焓線交點即為混合狀態(tài)點C(tC=26.4℃,hC=55.74kJ/kg(干))

        (7)風機盤管負擔風量GF=G=12 210m3/h(4.07kg/s)

        (8)風機盤管全熱冷量、顯熱冷量

        QT=G(hC-h(huán)O)=4.07(55.74-39.5)=66.10kW

        QS=G×CP(tC-tO)=4.07×1.01×(26.4-16)=42.75kW

        (9)風機盤管選擇

        風機盤管選擇 MCW-1400MD-3LBFA-AA型5臺,機組余壓30Pa,全熱冷量富裕1.8%,顯熱冷量富裕14.7%,高檔風量不足2.6%,但房間換氣次數(shù)仍有6.1次/h,完全滿足要求.

        2.2 常規(guī)系統(tǒng)設計

        大空間空調(diào)往往采用常規(guī)的一次回風(無再熱)全空氣空調(diào)系統(tǒng),作為對照,再按常規(guī)系統(tǒng)進行空調(diào)機組冷量的計算.其空氣處理過程及工況點確定過程略,空調(diào)機組處理風量為12 210m3/h(4.07kg/s),新風量為2 260m3/h(0.75kg/s),空調(diào)機組全熱冷量、顯熱冷量分別為:

        QT=G(hC-h(huán)L)=4.07(60-36.8)=94.42kW

        QS=G×CP(tC-tL)=4.07×1.01×(27.8-14)=56.73kW

        3 節(jié)能分析與評價

        (2)從本例可以看出,對于長江流域夏熱冬冷的熱濕地區(qū),在相似的室外設計條件下,對于新風比不大于20%,熱濕比線比較平緩的場所,如商場、會議室、餐飲等,上述分析計算具有普遍意義,大空間空調(diào)仍然可以應用新風換氣機加風機盤管系統(tǒng),并且節(jié)能效果顯著.

        (3)當室外設計參數(shù)朝著溫度降低、相對濕度增加的方向變化時,節(jié)能效果及室內(nèi)參數(shù)將朝著有利于全熱回收的方向發(fā)展.

        (4)采用全熱回收新風換氣機供應空調(diào)系統(tǒng)的新風,省去了為風機盤管加新風系統(tǒng)設置配套的排風設施.

        (5)在大空間中采用全熱新風換氣機相比一次回風全空氣空調(diào)系統(tǒng)的空調(diào)機房內(nèi)的新回風混合過程,具有換氣充分、新風量保證、節(jié)能等優(yōu)點,適合建筑空間不復雜,吊頂下凈高在4m左右不需要分層空調(diào)的大空間建筑.如寫字樓、會議室、展廳、商場、宴會廳等.

        (6)在大空間中應用全熱新風換氣機加風機盤管系統(tǒng)能夠省去專門為放置空調(diào)機組而預留或分割出的空調(diào)機房,全熱新風換氣機尺寸比空調(diào)機組的尺寸小,可以吊頂在兩個主梁之間,不占用有效空間,且新風管較一次回風的送風管小許多,風機盤管及其接管也可以放置在主梁之間,大大減少空調(diào)所占用的吊頂空間,從而降低建筑層高,降低建筑造價.

        4 結(jié) 語

        對于大空間公共建筑的空調(diào)系統(tǒng)設計,《采暖、通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》(GB50019-2003)和《公共建筑節(jié)能設計標準》(GB50189-2005)都有相應的規(guī)定與要求.比如前者規(guī)定,對于人員較多、空間較大的空氣調(diào)節(jié)區(qū),宜采用全空氣空調(diào)系統(tǒng);全空氣空調(diào)系統(tǒng)可用新風作冷源時,應最大限度地使用新風.后者的相關(guān)條文中也明確規(guī)定了,對于房間面積或空間較大、人員較多的空調(diào)區(qū),其空調(diào)系統(tǒng)不宜采用風機盤管系統(tǒng);設計定風量全空氣空調(diào)系統(tǒng)時,應考慮實現(xiàn)全新風運行或可調(diào)新風比的可能性,同時應設計相應的排風系統(tǒng)[5-8].縱觀兩個規(guī)范的規(guī)定,可以看出雖然編者沒有提倡在大空間空調(diào)設計中采用風機盤管,但編者都旨在說明要充分利用新風的冷量以達到節(jié)能的目的.過去風機盤管加獨立新風系統(tǒng)都是用新風機組來處理新風,不但需要人工提供冷量,而且全年新風量不變,一般是按冬夏計算的最小新風量,同時為保證新風量還必須有配套的排風系統(tǒng),不可能充分利用新風的冷量,是不節(jié)能的空調(diào)設計,當然不被編者所提倡.而今全熱新風換氣機的出現(xiàn),取代了新風機組,提升了風機盤管系統(tǒng)的空調(diào)品質(zhì),不但節(jié)能還能保證新風量供應,并且省去了全空氣系統(tǒng)中為保證充分利用新風冷量而設置的許多自控元件系統(tǒng).因此,筆者認為全熱新風換氣機加風機盤管系統(tǒng)非常適合于房間吊頂凈高在4m左右大空間的空調(diào).

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