高向榮

（蘭州生物制品研究所有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730046）

0 引言

排風(fēng)系統(tǒng)帶走的能量排出室外，既造成能源極大的浪費(fèi)，又會(huì)對(duì)室外環(huán)境造成熱污染。未來(lái)，在暖通空調(diào)方面主要是實(shí)現(xiàn)節(jié)能系統(tǒng)化，尋找新的節(jié)能設(shè)計(jì)方向。

1 乙二醇熱回收系統(tǒng)

1.1 乙二醇能量回收系統(tǒng)功能

如圖1 所示，乙二醇熱回收的基本原理是以換熱器和乙二醇溶液作為換熱媒介，在排風(fēng)側(cè)將排風(fēng)中的熱量通過(guò)換熱器傳遞給乙二醇溶液（25%濃度），提高乙二醇溶液的溫度，然后通過(guò)循環(huán)泵將被加熱的乙二醇溶液輸送到新風(fēng)側(cè)的換熱器中，提高新風(fēng)溫度，減少系統(tǒng)的負(fù)荷和整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行成本。乙二醇作為載冷劑，滿足載冷劑的6 項(xiàng)基本要求。1）在使用范圍內(nèi)，不凝固，不氣化。2）無(wú)毒，化學(xué)穩(wěn)定性好，對(duì)金屬不腐蝕。3）比熱大，輸送一定能量所需流量小。4）密度小，黏度小，可減小流動(dòng)阻力，降低循環(huán)泵消耗功率。5）導(dǎo)熱系數(shù)大，可減少換熱設(shè)備的傳熱面積。6）來(lái)源充裕，價(jià)格低廉[2]。

乙二醇熱回收系統(tǒng)中最核心的設(shè)備就是乙二醇回收泵組，泵組包括泵站管路本體及附屬控制系統(tǒng)。泵站管路本體包括水路管道、手動(dòng)閥門(mén)、水泵、過(guò)濾器、膨脹罐等設(shè)備。泵站控制系統(tǒng)由集中控制器PLC、水泵變頻器、一系列水路、外部傳感器和其他電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。基礎(chǔ)系列泵站自帶水系統(tǒng)監(jiān)測(cè)及能量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，其他系列泵站可以選擇裝風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、能量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)及VPN 遠(yuǎn)程調(diào)試監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，還可以選擇平臺(tái)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)查看等功能。

圖1 乙二醇能量回收原理示意圖

泵組在控制水泵、水閥進(jìn)行熱量回收的功能上，可以附加各種模塊，可以通過(guò)直觀的數(shù)據(jù)顯示有效地監(jiān)測(cè)熱回收系統(tǒng)。可以附加的功能包括水系統(tǒng)回收能量檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)、風(fēng)系統(tǒng)回收能量檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)、VPN 遠(yuǎn)程調(diào)試及檢測(cè)系統(tǒng)、VPN 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)等。

1.2 水系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和能量統(tǒng)計(jì)

水系統(tǒng)管路上安裝有水溫傳感器和流量傳感器，水溫傳感器可以監(jiān)測(cè)盤(pán)管進(jìn)出水溫度，流量計(jì)可以監(jiān)測(cè)盤(pán)管進(jìn)出水流量。

根據(jù)能量公式θ=cm△T，衍生出實(shí)時(shí)回收功率P。

式中：θ—回收能量，c—水的比熱，m—水的質(zhì)量，ρ—水的密度，V—水的體積，Q—水流量，t—時(shí)長(zhǎng)秒，T1—盤(pán)管進(jìn)水溫度，T2—盤(pán)管出水溫度。

式中：P—回收功率，c—水比熱，ρ—水密度，Q—水流量，T1—盤(pán)管進(jìn)水溫度，T2—盤(pán)管出水溫度[1]。

由此可以計(jì)算得出盤(pán)管回收功率，并根據(jù)實(shí)時(shí)功率計(jì)算累計(jì)的回收能量值?？刂破鞲鶕?jù)回收能量進(jìn)行記錄和統(tǒng)計(jì)，可以根據(jù)每天每月每年所記錄數(shù)據(jù)匯出圖表，方便操作人員分析。

1.3 風(fēng)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和能量統(tǒng)計(jì)

風(fēng)系統(tǒng)管路上安裝了風(fēng)溫傳感器，空調(diào)機(jī)組風(fēng)機(jī)側(cè)安裝了風(fēng)量傳感器，風(fēng)溫傳感器可以監(jiān)測(cè)盤(pán)管進(jìn)出風(fēng)的溫度，風(fēng)量傳感器可以監(jiān)測(cè)進(jìn)出盤(pán)管風(fēng)的流量。根據(jù)能量公式（1）和（2） 可以同時(shí)計(jì)算出回收側(cè)和使用側(cè)盤(pán)管回收功率，并實(shí)時(shí)累計(jì)回收的能量值?？刂破鞲鶕?jù)回收能量進(jìn)行記錄和統(tǒng)計(jì)，可以根據(jù)每天每月每年所記錄的數(shù)據(jù)匯出圖表，圖表可以為雙柱形圖，同時(shí)顯示回收總的能量和有效利用的能量，方便操作人員分析。

1.4 VPN遠(yuǎn)程調(diào)試及檢測(cè)系統(tǒng)

泵組PLC 控制器可以安裝VPN 遠(yuǎn)程調(diào)試模塊，該模塊可以通過(guò)有線以太網(wǎng)、無(wú)線Wi-Fi、3G/4G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)跟我司服務(wù)器終端連接，運(yùn)行維護(hù)人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制器、變頻器、智能儀表等信息，及時(shí)對(duì)泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，排除泵站可能存在的問(wèn)題，可在線及時(shí)處理泵站軟件故障等內(nèi)容?？梢詫?duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)泵站故障進(jìn)行快速反應(yīng)及有效分析處理。

1.5 VPN遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)

泵組PLC 控制器可以安裝VPN 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊，該模塊可以通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線Wi-Fi，3G/4G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)跟遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器終端連接，熱回收泵站將傳感器采集信息、執(zhí)行器動(dòng)作信息和回收能量數(shù)據(jù)等都上傳到上位服務(wù)器內(nèi)，可以通過(guò)App 快速查看泵站狀態(tài)、泵站回收能量統(tǒng)計(jì)等信息。

2 乙二醇能量回收系統(tǒng)全新風(fēng)全排風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

以蘭州某項(xiàng)目為例，分析乙二醇能量回收系統(tǒng)在該項(xiàng)目中的運(yùn)用和優(yōu)勢(shì)。該項(xiàng)目是一個(gè)兔舍空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)改造項(xiàng)目，之前一直未采用空調(diào)系統(tǒng)控室內(nèi)制溫度，特別是在冬天，室內(nèi)僅靠暖氣供熱，溫度偏低，同時(shí)窗戶緊閉，氣味難聞，極大地影響了兔子的繁殖率。

基于這些問(wèn)題，對(duì)該兔舍的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了改造。選擇了全新風(fēng)全排風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。因?yàn)榕棚L(fēng)溫度約為20℃～21℃，排出室外會(huì)造成能量非常大的損耗，所以增加了高效乙二醇熱回收系統(tǒng)，將排風(fēng)熱量進(jìn)行回收，對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱，可降低蒸汽的供應(yīng)量，減少運(yùn)行成本。具體有4 點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。1）該系統(tǒng)為全新風(fēng)設(shè)計(jì)，沒(méi)有回風(fēng)，且24 h 全天開(kāi)機(jī)運(yùn)行，機(jī)組的能耗非常巨大。乙二醇熱回收系統(tǒng)以高達(dá)75%的熱回收效率，節(jié)省巨大的能耗，帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。2）考慮到成本與現(xiàn)場(chǎng)機(jī)房布置的問(wèn)題，熱回收系統(tǒng)的布置盡量簡(jiǎn)潔高效，其水力模塊采用集成化設(shè)計(jì)，使現(xiàn)場(chǎng)的施工更加方便。3）在控制系統(tǒng)上可實(shí)現(xiàn)夏季自動(dòng)切換停止與冬季熱回收的功能。4）乙二醇熱回水路系統(tǒng)具有很大的靈活性，管路的施工可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況靈活布置，對(duì)距離不敏感。

通過(guò)采集蘭州地區(qū)一年的氣候參數(shù)，明確每種溫度參數(shù)在目標(biāo)地區(qū)每年的持續(xù)時(shí)數(shù)，再以原理中的方法進(jìn)行計(jì)算，可以得出相對(duì)準(zhǔn)確的熱回收效益分析。

通過(guò)專(zhuān)業(yè)的選型軟件對(duì)每一種溫度工況的計(jì)算，可以得出在每種工況溫度下，新風(fēng)可以被預(yù)熱到多少℃。我們可以精確地計(jì)算出每種工況下單位風(fēng)量可以節(jié)省的能量。本應(yīng)由相應(yīng)的蒸汽提供的熱量，此時(shí)由乙二醇回收系統(tǒng)提供，從而達(dá)到工況要求。根據(jù)制熱COP 值，可以精確地計(jì)算出為了提供這些熱量需要付出的“代價(jià)”（即蒸汽的費(fèi)用等），從而直接算出節(jié)省的經(jīng)濟(jì)效益，見(jiàn)表1。

表1 某項(xiàng)目空調(diào)機(jī)組1年運(yùn)行成本計(jì)算結(jié)果

通過(guò)表1 的計(jì)算結(jié)果可看出，在蘭州冬季和過(guò)渡季節(jié)時(shí)，新風(fēng)送風(fēng)溫度低于18℃，熱回收機(jī)組自動(dòng)開(kāi)啟，3 臺(tái)空調(diào)機(jī)組帶熱回收比不帶熱回收，1年運(yùn)行成本可節(jié)約17 余萬(wàn)元，占運(yùn)行成本的41%左右。

通過(guò)對(duì)該項(xiàng)目的工程投資計(jì)算分析，空調(diào)增加熱回收模塊后，成本增加約90 萬(wàn)元，熱回收模塊約占總投資43.21%，但可以在3～4年內(nèi)回收熱回收的模塊成本。

另外，如果空調(diào)機(jī)組不帶熱回收，機(jī)組到了15年的設(shè)計(jì)年限后，須進(jìn)行報(bào)廢處理。但空調(diào)機(jī)組帶熱回收后，就會(huì)隨著每年節(jié)約成本的累計(jì)增加，12年后可將項(xiàng)目所有的總投資回收。同時(shí)，該項(xiàng)目兔舍能量回收機(jī)組目前只是針對(duì)室內(nèi)熱量進(jìn)行回收，沒(méi)有對(duì)夏季工況室內(nèi)冷量的回收，一年的運(yùn)行時(shí)間約在5 165 h，占全年的58.96%，還有40%的時(shí)間是停止運(yùn)行的，能量回收機(jī)組沒(méi)有發(fā)揮出全部功效。考慮到該項(xiàng)目目前是用蒸汽加熱，成本偏低，回收的成本相對(duì)較小。但對(duì)于一些無(wú)法利用蒸汽加熱，只能用電加熱的區(qū)域，這時(shí)回收熱量的利用價(jià)值就會(huì)非常高（電熱成本約是蒸汽制熱成本的 1.5 倍）。

3 結(jié)語(yǔ)

能量回收機(jī)組非常適合運(yùn)用在全新風(fēng)全排風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱或預(yù)冷效果最好。該系統(tǒng)能大大降低空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行成本，對(duì)企業(yè)的長(zhǎng)久發(fā)展意義深遠(yuǎn)。