嚴(yán)衛(wèi)東 童 矗 韓 旭 張雨瀟

?

新型轉(zhuǎn)輪全熱回收新風(fēng)機(jī)組實(shí)驗(yàn)研究與節(jié)能分析

嚴(yán)衛(wèi)東1童 矗2韓 旭2張雨瀟2

（1.江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 南京 211100；2.解放軍理工大學(xué) 南京 210007）

提出一種新型轉(zhuǎn)輪全熱回收新風(fēng)機(jī)組，利用恒溫恒濕小室，改變室內(nèi)排風(fēng)參數(shù)，測(cè)試夏季工況下該機(jī)組的冷回收性能。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，室內(nèi)排風(fēng)相對(duì)濕度對(duì)轉(zhuǎn)輪的溫度交換效率影響較?。辉谝欢ǚ秶鷥?nèi)提高室內(nèi)排風(fēng)相對(duì)濕度，轉(zhuǎn)輪的焓交換效率有明顯的上升趨勢(shì)，但室內(nèi)排風(fēng)相對(duì)濕度提高到60%時(shí)，轉(zhuǎn)輪的焓交換效率有急劇下降的趨勢(shì)，尤其在排風(fēng)溫度較高的情況下更為明顯；提高室內(nèi)排風(fēng)溫度，轉(zhuǎn)輪的溫度交換效率有所提高，增幅在2%-4%，轉(zhuǎn)輪的焓交換效率也有所提高，但增幅不大；聯(lián)合運(yùn)行工況下，制冷系統(tǒng)冷凝溫度降低，輸入功率減小，能效比提高，蒸發(fā)負(fù)荷大大降低；隨室內(nèi)排風(fēng)溫度的提高，轉(zhuǎn)輪回收能量與設(shè)備能耗之比逐漸降低，由室內(nèi)排風(fēng)溫度為24℃時(shí)的3.5降為室內(nèi)排風(fēng)溫度為30℃的1.6。

轉(zhuǎn)輪；熱泵；新風(fēng)；全熱回收；焓交換效率；溫度交換效率

0 引言

近年來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們生活水平日益提高，然而各種空氣質(zhì)量問題引發(fā)的疾?。ㄈ绮B(tài)建筑綜合癥、軍團(tuán)菌、SARS）甚是嚴(yán)重，人們對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)要求不斷提高。為提高室內(nèi)空氣品質(zhì)，空調(diào)系統(tǒng)需要從室外引入大量與室內(nèi)空氣狀態(tài)相差很大的新風(fēng)，大大增加了新風(fēng)處理能耗，新風(fēng)處理能耗約占空調(diào)系統(tǒng)總能耗的20%～30%[1]，新風(fēng)負(fù)荷約占整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)總負(fù)荷的30%～50%[2]。同時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)需排出室內(nèi)部分污濁空氣，造成大量冷（熱）量的浪費(fèi)，如何充分合理利用排風(fēng)能量得到相關(guān)專業(yè)人士的關(guān)注。文獻(xiàn)[3]對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的排風(fēng)熱回收的可行性進(jìn)行了分析，認(rèn)為排風(fēng)熱回收是一種有效的節(jié)能方式，有較大的推廣價(jià)值；文獻(xiàn)[4]分析了設(shè)置排風(fēng)能量回收裝置的必要條件，指出新風(fēng)量和送風(fēng)量不能作為設(shè)置熱回收的必要條件。文獻(xiàn)[5]分析了空調(diào)系統(tǒng)漏風(fēng)量對(duì)熱回收效率的影響因素，指出在評(píng)價(jià)能量回收指標(biāo)中，應(yīng)考慮風(fēng)機(jī)的能耗指標(biāo)。文獻(xiàn)[6]分析了常用的轉(zhuǎn)輪全熱交換器、板翅式換熱器、熱管換熱器等熱回收設(shè)備的特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了熱質(zhì)循環(huán)能量回收方式，展望這一技術(shù)的發(fā)展。目前，小型新風(fēng)處理方式一般采用的是板式顯熱交換器[7]，首先熱回收效率比較低，其次，在夏季工況下熱回收后的新風(fēng)仍然比室內(nèi)的設(shè)計(jì)溫濕度要高，為實(shí)現(xiàn)既能節(jié)能又能改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的目的，本文提出了一種新型轉(zhuǎn)輪全熱回收新風(fēng)機(jī)組。

1 機(jī)組結(jié)構(gòu)與熱工參數(shù)

1.1 機(jī)組內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理

機(jī)組內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，機(jī)組外形尺寸為3500mm×1250mm×1440mm，機(jī)組額定風(fēng)量為800m3/h。

1-排風(fēng)機(jī)；2（8）-換熱器；3-全熱回收轉(zhuǎn)輪；4-四通閥；5-壓縮機(jī)；6-粗效過濾器；7-高效過濾器；9-加濕器；10-送風(fēng)機(jī)

從新風(fēng)側(cè)方向看，室外新風(fēng)先經(jīng)過粗效過濾器進(jìn)行過濾，然后經(jīng)過全熱回收轉(zhuǎn)輪進(jìn)行全熱交換，再經(jīng)過換熱器（蒸發(fā)器）加熱（冷卻除濕），最后由送風(fēng)機(jī)送入房間；從回風(fēng)側(cè)方向看，室內(nèi)回風(fēng)先經(jīng)過粗效過濾器進(jìn)行過濾，然后經(jīng)過全熱回收轉(zhuǎn)輪進(jìn)行熱（冷）濕回收，再經(jīng)過換熱器（冷凝器）對(duì)制冷系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，最后由排風(fēng)機(jī)排出室外。

1.2 系統(tǒng)主要性能參數(shù)

系統(tǒng)主要性能參數(shù)如表1所示。

表1 系統(tǒng)主要性能參數(shù)

2 樣機(jī)性能的實(shí)驗(yàn)研究

2.1 測(cè)試的理論依據(jù)

根據(jù)文獻(xiàn)[8]《空氣-空氣能量回收裝置》（GB/T 21087-2007）規(guī)定，機(jī)組的性能測(cè)試名義工況如表2所示。室內(nèi)回風(fēng)首先經(jīng)過熱回收轉(zhuǎn)輪3進(jìn)行熱濕交換；熱濕交換后的回風(fēng)與換熱器2的制冷劑進(jìn)行熱交換；最后通過排風(fēng)機(jī)1排至室外。

表2 空氣-空氣能量回收裝置測(cè)試名義工況

本實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)工況做了一定的調(diào)整，利用夏季高溫時(shí)段自然工況進(jìn)行測(cè)試，室外溫度控制在35℃，相對(duì)濕度未做嚴(yán)格控制；室內(nèi)利用先進(jìn)的恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室，模擬12種不同的室內(nèi)排風(fēng)工況測(cè)試機(jī)組的交換效率和新風(fēng)送風(fēng)溫度，如表3所示。

表3 實(shí)驗(yàn)工況

該新風(fēng)全熱回收機(jī)組采用熱泵和轉(zhuǎn)輪兩種熱回收形式，實(shí)驗(yàn)通過改變不同室內(nèi)排風(fēng)溫濕度參數(shù)，在三種不同運(yùn)行模式下進(jìn)行測(cè)試：（1）單獨(dú)運(yùn)行制冷系統(tǒng)；（2）單獨(dú)運(yùn)行轉(zhuǎn)輪；（3）轉(zhuǎn)輪、制冷系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行。本實(shí)驗(yàn)主要以測(cè)試夏季該機(jī)組熱回收性能來研究其可行性和節(jié)能潛力。

2.2 測(cè)試方法

實(shí)驗(yàn)通過恒溫恒濕機(jī)組來控制1個(gè)小室的溫濕度，模擬室內(nèi)排風(fēng)參數(shù)，室內(nèi)排風(fēng)溫度誤差 ±0.3℃，濕度誤差±2%；新風(fēng)直接引入室外新風(fēng)，新風(fēng)參數(shù)與測(cè)試名義工況參數(shù)誤差控制在±3℃。機(jī)組放置在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，新風(fēng)側(cè)用風(fēng)管從室外引進(jìn)新風(fēng)，排風(fēng)側(cè)通過風(fēng)管與模擬室內(nèi)溫濕度的小室相連，實(shí)驗(yàn)臺(tái)如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)示意圖

測(cè)試不同室內(nèi)排風(fēng)溫濕度參數(shù)、不同運(yùn)行模式下該機(jī)組的熱回收效率。實(shí)驗(yàn)采用的溫濕度傳感器溫度范圍0-50℃，精度±0.3℃；濕度范圍0-100%，精度±2%。本次測(cè)試的主要參數(shù)有機(jī)組的送風(fēng)量G、排風(fēng)量G，新風(fēng)進(jìn)口溫度1、相對(duì)濕度1，新風(fēng)出口溫度2、相對(duì)濕度2，排風(fēng)進(jìn)口溫度3、相對(duì)濕度3。機(jī)組內(nèi)各溫濕度傳感器布置點(diǎn)如圖3所示。

圖3 機(jī)組內(nèi)傳感器布置圖

3 測(cè)試結(jié)果與分析

3.1 室內(nèi)溫濕度變化對(duì)新風(fēng)送風(fēng)溫度的影響

圖4表示不同運(yùn)行工況下室內(nèi)溫濕度變化對(duì)新風(fēng)送風(fēng)溫度的影響。

圖4 室內(nèi)溫濕度變化對(duì)新風(fēng)送風(fēng)溫度的影響

實(shí)驗(yàn)過程中，室外新風(fēng)送風(fēng)溫度變化不大，溫度維持在35±0.5℃，由圖4可知，保持室內(nèi)排風(fēng)溫度不變，改變室內(nèi)排風(fēng)相對(duì)濕度，在三種運(yùn)行模式下，室內(nèi)排風(fēng)溫度波動(dòng)在±1℃，表明室內(nèi)排風(fēng)相對(duì)濕度對(duì)新風(fēng)送風(fēng)溫度的影響不大。保持室內(nèi)排風(fēng)相對(duì)濕度不變，改變室內(nèi)排風(fēng)溫度，在三種運(yùn)行模式下，新風(fēng)送風(fēng)溫度也相應(yīng)提高，表明新風(fēng)送風(fēng)溫度受室內(nèi)排風(fēng)溫度的影響較大。

由圖4（a）可知，轉(zhuǎn)輪單獨(dú)運(yùn)行工況下，新風(fēng)送風(fēng)溫度高于室內(nèi)溫度，隨著室內(nèi)排風(fēng)溫度的提高，送風(fēng)溫差由2℃減小到0.5℃左右。由圖4（b）可知，在單獨(dú)制冷運(yùn)行工況下，新風(fēng)送風(fēng)溫度都低于房間溫度，隨著室內(nèi)排風(fēng)溫度的提高，送風(fēng)溫差由3.5℃增加到6.5℃左右；只有在室內(nèi)排風(fēng)溫度為30℃時(shí)，新風(fēng)送風(fēng)溫度高于文獻(xiàn)[9]《直接蒸發(fā)式全新風(fēng)空氣處理機(jī)組》（GBT 25128-2010）規(guī)定的23℃，其他工況下，其新風(fēng)送風(fēng)溫度均低于23℃。由圖4（c）可知，在聯(lián)合運(yùn)行工況下，新風(fēng)送風(fēng)溫度低于房間溫度，隨著室內(nèi)排風(fēng)溫度的提高，聯(lián)合工況下送風(fēng)溫差由6.5℃增加到8℃左右；新風(fēng)送風(fēng)溫度均低于23℃。

3.2 轉(zhuǎn)輪對(duì)熱泵系統(tǒng)能效的影響分析

夏季聯(lián)合運(yùn)行工況下，熱泵系統(tǒng)的冷凝溫度對(duì)應(yīng)為排風(fēng)側(cè)轉(zhuǎn)輪后的排風(fēng)溫度（即傳感器2所讀數(shù)據(jù)），蒸發(fā)溫度對(duì)應(yīng)為新風(fēng)側(cè)轉(zhuǎn)輪后的新風(fēng)溫度（即傳感器5所讀數(shù)據(jù)），如圖5所示。

圖5 熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)器、冷凝器進(jìn)口側(cè)空氣溫度變化

《單元式空氣調(diào)節(jié)機(jī)》（GBT17758-2010）規(guī)定，對(duì)機(jī)組的名義制冷量的測(cè)試，要求室外側(cè)冷空氣進(jìn)風(fēng)溫度為35℃。由圖6（a）可知熱泵進(jìn)口側(cè)溫度為29～32℃，低于35℃，即冷凝溫度降低，輸入功率減小，能效比提高[10]；同時(shí)由圖6（b），對(duì)蒸發(fā)器而言，進(jìn)風(fēng)溫度由35℃降低至24～30℃，蒸發(fā)負(fù)荷大大降低。

3.3 室內(nèi)溫濕度變化對(duì)轉(zhuǎn)輪熱回收效率影響分析

圖6表示轉(zhuǎn)輪運(yùn)行工況下不同室內(nèi)排風(fēng)溫度下改變室內(nèi)排風(fēng)相對(duì)濕度時(shí)轉(zhuǎn)輪熱交換效率的變化。

圖6 轉(zhuǎn)輪運(yùn)行工況下轉(zhuǎn)輪熱交換效率的變化

由圖6（a）可知，隨著室內(nèi)排風(fēng)溫度從24℃升高到30℃，轉(zhuǎn)輪的溫度交換效率有所提高；排風(fēng)溫度從24℃升高到27℃，轉(zhuǎn)輪的溫度交換效率增加1%-3%，排風(fēng)溫度從27℃升高到30℃，轉(zhuǎn)輪的溫度交換效率增加4%左右，增幅有所增大。在保持室內(nèi)排風(fēng)溫度恒定的條件下，改變室內(nèi)排風(fēng)相對(duì)濕度從45%提高到60%，轉(zhuǎn)輪的溫度交換效率沒有明顯的變化；排風(fēng)溫度恒定為24℃時(shí)，轉(zhuǎn)輪溫度交換效率在78%左右波動(dòng)，排風(fēng)溫度為27℃時(shí)，轉(zhuǎn)輪溫度交換效率在80%左右波動(dòng)，排風(fēng)溫度恒定為30℃時(shí)，轉(zhuǎn)輪溫度交換效率在84%左右波動(dòng)。

由圖6（b）可知，在室內(nèi)排風(fēng)相對(duì)濕度恒定的條件下，隨著室內(nèi)排風(fēng)溫度從24℃升高到30℃，轉(zhuǎn)輪的焓交換效率有所提高，但增幅不大。在保持室內(nèi)排風(fēng)溫度恒定的條件下，改變室內(nèi)排風(fēng)相對(duì)濕度從45%提高到55%，轉(zhuǎn)輪的焓交換效率有明顯的上升趨勢(shì)；但室內(nèi)排風(fēng)相對(duì)濕度提高到60%時(shí)，轉(zhuǎn)輪的焓交換效率有急劇下降的趨勢(shì)，尤其在排風(fēng)溫度較高的情況下更為明顯。這說明在一定范圍內(nèi)提高室內(nèi)排風(fēng)相對(duì)濕度可以適當(dāng)提高轉(zhuǎn)輪焓交換效率。

3.4 節(jié)能分析

轉(zhuǎn)輪運(yùn)行工況下，計(jì)算熱回收主要考慮：排風(fēng)回收能量、轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)能耗（包括轉(zhuǎn)輪和風(fēng)機(jī)能耗），將排風(fēng)熱回收的能量折合成制冷用電量。

排風(fēng)回收能量E計(jì)算公式如下：

圖7為轉(zhuǎn)輪運(yùn)行工況下排風(fēng)回收能量與設(shè)備能耗的對(duì)比柱狀圖。隨室內(nèi)排風(fēng)溫度的提高，轉(zhuǎn)輪回收能量與設(shè)備能耗之比逐漸降低，由室內(nèi)排風(fēng)溫度為24℃時(shí)的3.5降為室內(nèi)排風(fēng)溫度為30℃的1.6。

4 結(jié)論

（1）保持室內(nèi)排風(fēng)溫度恒定的條件下，改變室內(nèi)排風(fēng)相對(duì)濕度從45%提高到60%，轉(zhuǎn)輪的溫度交換效率沒有明顯的變化；隨著室內(nèi)排風(fēng)溫度從24℃升高到30℃，轉(zhuǎn)輪的溫度交換效率有所提高。

（2）在室內(nèi)排風(fēng)相對(duì)濕度恒定的條件下，隨著室內(nèi)排風(fēng)溫度從24℃升高到30℃，轉(zhuǎn)輪的焓交換效率有所提高，但增幅不大；在保持室內(nèi)排風(fēng)溫度恒定的條件下，改變室內(nèi)排風(fēng)相對(duì)濕度從45%提高到55%，轉(zhuǎn)輪的焓交換效率有明顯的上升趨勢(shì)；但室內(nèi)排風(fēng)相對(duì)濕度提高到60%時(shí)，轉(zhuǎn)輪的焓交換效率有急劇下降的趨勢(shì)，尤其在排風(fēng)溫度較高的情況下更為明顯。這說明在一定范圍內(nèi)提高室內(nèi)排風(fēng)相對(duì)濕度可以適當(dāng)提高轉(zhuǎn)輪焓交換效率。

（3）聯(lián)合運(yùn)行工況下，熱泵進(jìn)口側(cè)溫度為29～32℃，溫度低于35℃，制冷系統(tǒng)冷凝溫度降低，輸入功率減小，能效比提高；蒸發(fā)器的進(jìn)風(fēng)溫度由35℃降低至24～30℃，蒸發(fā)負(fù)荷大大降低。

（4）隨室內(nèi)排風(fēng)溫度的提高，轉(zhuǎn)輪回收能量與設(shè)備能耗之比逐漸降低，由室內(nèi)排風(fēng)溫度為24℃時(shí)的3.5降為室內(nèi)排風(fēng)溫度為30℃的1.6。

[1] 錢以明,董啟平.轉(zhuǎn)輪式全熱交換器結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化[J].制冷學(xué)報(bào),1990,46(4):6-12.

[2] 羅絨,黃翔,靳貴銘.轉(zhuǎn)輪式熱回收型間接-直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組的性能測(cè)試與分析[J].潔凈與空調(diào)技術(shù), 2013,(1):4-7.

[3] 袁旭東,柯瑩,王鑫.空調(diào)系統(tǒng)排風(fēng)熱回收的節(jié)能性分析[J].制冷與空調(diào),2007,7(1):76-81.

[4] 徐征.設(shè)置排風(fēng)熱回收裝置能節(jié)多少能[J].暖通空調(diào),2007,37(6):119-121.

[5] 林喜云,沈國(guó)民,謝軍龍.空調(diào)系統(tǒng)熱回收影響因素及評(píng)價(jià)方法[J].制冷與空調(diào),2007,7(2):10-12.

[6] 張谷,戴石良.熱回收技術(shù)在排風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].制冷與空調(diào),2008,22(6):126-129.

[7] 黃華榮.板翅式新風(fēng)熱交換器及其應(yīng)用分析[J].福建建筑,2008,(5):104-106.

[8] GB/T 21087-2007,空氣-空氣能量回收裝置[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[9] GB/T 25128-2010,直接蒸發(fā)式全新風(fēng)空氣處理機(jī)組[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2010.

[10] 金聽祥,徐笑鋒,吳彥生,等.室外環(huán)境溫度對(duì)房間空調(diào)器性能影響的試驗(yàn)研究[J].低溫與超導(dǎo),2015,43(9): 66-69.

Research of New Wheel Full Heat Recovery Fresh Air Unit Experiment and Energy Saving Analysis

Yan Weidong1Tong Chu2Han Xu2Zhang Yuxiao2

( 1.Jiangsu Institute of Economic&Trade Technology, Nanjing, 211100; 2.School of Defence Engineering, PLA University of Science & Technology, Nanjing, 210007 )

Put forward a new kind of wheel total heat recovery fresh air units, using constant temperature and humidity chamber, and changing indoor ventilation parameters, test cold recycling performance of the unit under the condition of the summer. Experimental data show that, the influence of indoor exhaust air relative humidity on temperature exchange effectiveness of wheel. Within a certain range, with the increase of the indoor relative humidity of exhaust air, the enthalpy exchange effectiveness of wheel has an obvious rising trend. But when the indoor exhaust air relative humidity increase to 60%, the enthalpy exchange effectiveness of the wheel has a tendency to fell sharply, especially in the case of higher exhaust temperature. Improve the indoor exhaust temperature, the temperature exchange effectiveness of the wheel is improved from 2% to 4%, the enthalpy exchange effectiveness of the wheel is improved, but the increase is small. In the combined operation condition, the condensing temperature of the refrigeration system and the input power are reduced, evaporation load is greatly reduced. With the increase of indoor exhaust air temperature, the ratio of the wheel recycling energy and equipment energy consumption reduce gradually, which reduced from 3.5 to 1.6.

heel; heat pump; fresh air; total heat recovery; enthalpy exchange effectiveness; temperature exchange effectiveness

TU831.5

B

1671-6612（2018）02-183-06

嚴(yán)衛(wèi)東（1966.8-），男，本科，副教授，E-mail：445296397@163.com

2017-07-13