全年运行空调系统新风节能控制探讨综述

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1、全年运行空调系统新风节能控制探讨摘要：全年运行的空调系统变新风设计与控制，直接关系到空调房间的室内空气品质和 系统的全年能耗，过渡季利用新风的“免费冷源”和回收排风能量对新风进行预处理，具有 较好的节能效果。从新风处理、风量调节和能量回收三方面来阐述全年空调系统节能控制。 并对设备和材料进行简单的介绍。以及做了一定的经济评估。关键词：新风处理风量调节能量回收全年空调1、空调安装新风系统节能的现状及重要性随着暖通空调的应用日益广泛，人们对室内空气环境的要求也越来越高，全年空调的 建筑要求空调系统能随气候变化及室内负荷变化进行调节，以满足室内热环境的舒适性及 健康性的要求，室内空气品质的优劣，直接

2、影响人们生理上、心理上的健康和工作效率，因 此，空调系统的任务是既要创造健康、舒适的室内空气环境，又要降低能耗，减少环境污染， 除了对室内热舒适环境进行调节控制外，改善室内空气品质问题逐渐成为室内空气环境控制 的重要课题，它对优化人类发展具有战略意义。由于过去对于室内空气品质很少重视，暖通空调的设计与配置以控制室内温度、湿度为 主要目的，同时为了节能往往忽略了新风量的供给，但是“病态建筑综合症（Sick Building Syndrome简称SBS） ”的出现，使人们认识到使室内有充足的新风供给是十分必要的。改善空调室内的空气品质可有多方面的考虑，如消除或有效控制室内污染源的产生；供 给必要的

3、清洁新风，用室外新风来稀释室内空气中的污染物，使空气中污染物含量降低到可 允许水平；采取合理的气流组织，提高新风的稀释和置换效应；严格控制新、排风的空气平 衡；人员居留密集和人员变化较大的场所采用co2浓度监控；过渡季尽可能多地利用室外新 风等，为了节省能耗还可采取新、排风热回收等节能措施。设计空调系统的新风时不仅应满足国家标准规定的最小新风量的要求，并且尽量考虑新 风量加大的可能性，以便在过渡季或有疫情的时候能利用大量室外新风进行通风或降温，冬 季也可利用加大新风来解决建筑内区的冷负荷。2、新风空调系统的节能问题在空调的能耗中，新风负荷所占的比例较大。按照最小新风量标准计算，在设计条件下 的

4、新风负荷占总负荷的比例：写字楼和酒店约为50 %，商业大厦约为40 %。目前，常见的新风处理设备装有加热/冷却盘管：这些系统通常用于那些需要处理大量 新风的场合。我们可以用装有能量回收装置的新风处理设备取代传统的新风处理设备，以降 低能耗。目前常用的能量回收装置有：旋转能量交换器/转轮能量回收器、环式能量回收盘 管、环式能量回收双塔、热泵热交换器、固定板式交换器和热虹吸管热交换器等。在今后的 新风节能设计中，提倡的新风空调的节能预处理方法主要有以下四种：热回收、除湿冷却、 蒸发冷却等。3、新风节能的措施3.1、全年空气处理过程首先我们队全年的空气处理进行分析，为了达到节能的目的我们需要分为冬夏

5、季空气处 理过程和过渡季节空气处理过程。而在空调系统新风控制方面方法则,包括冬、夏典型工况 的最小新风量控制、过渡季利用室外新风供冷控制、排风与新风的热回收控制、浓度实时监 控、调节新、风量等。在全年运行工况分析的基础上，按照多工况的判别条件确定新风的 控制策略，在这里我们主要了解一下冬夏典型工况的最小新风量控制和过渡季节利用室外新 风供）令控制的原理3.1.1冬夏两季空气处理过程夏季当室外空气比焓hwi大于回风比焓hRi或室外空气温度twi高于回风温度tRi时，为了 满足卫生要求，空调系统维持最小新风比。混合风（状态点）经冷水盘管令却、除湿至盘 管出风状态（匕）。当室外温度低于回风温度，且差

6、值不大于4C时，可以通过全热交换器进 行新、排风热回收，否则应进入旁通工况。当室外空气比焓hv2小于回风比焓hRi。且室外空气温度匕低于回风温度tRi时，新，风比 越大，混合风比焓越低，系统能耗也越小，应采用全新风并由令却盘管令却、除湿至盘管出 风状态匕。当室外空气温度tv3低于冷却盘管出风温度tL2时，冬季供令系统可以调节新风比使混合 温度tc2=tL2，并对混合进风（状态点C2）适当加湿到出风状态l2。冬季供暖系统则维持最小新风比，室外空气加热至送风温度。同理当室外温度低于回风 温度，且差值大于4C时，可以通过全热交换器进行新、排风热回收，否则应进入旁通工况。图1空气节能器处理过程3.1.

7、2过渡季节的空气处理在过渡季负荷为冷负荷情当外新烩值低内气焓值节空调系统新风量，将新风作为“免 费冷源”来抵偿部分或全部冷负荷,节省空气处理的能耗，缩短制冷机的运行时间。这里所述 的调节空调系统新风量来节省能耗是相对于全年固定新风量而言的，以往为了节省处理新风 的能耗，将新风量固定在满足室内卫生标准所要求的最小新风量，在冬、夏季典型工况下节 能是毫无疑问的，但在非典型工况下，仍将新风固定在最小新风量有时反而浪费能量。例如1）室内空调供冷的情况下。当室外空气焙值低于室内空气烩值且含湿量大于送风状态 的含湿量，空气处理为冷却减湿过程。如果采用最小新风量使新、回风混合后再冷却减湿 处理，如图1a所示

8、，空气处理过程为F与N混合fC经冷却减湿fL加热fS。反而会使 表冷器的年能耗大于使用全新风时的能耗。此时如果采用全新风，则空气处理过程为FfL fSfN Ah即为使用全新风节省的烩差2）室内空调供冷的情况下，当室外空气熔值低于室内空气焙值且含湿量小于送风状态的含湿量如图2所示，新、 回风以最小新风比混合后含湿量超过要求的送风状态点的含湿量即dcds时，需冷却减 湿到L点，再加热到S点，而用改变新风量的方法使新回风混合后到C1点，使含湿量 dc1=ds。只需冷却到S点,从而节省了能耗。3）室内空调供热的情况下，如图2所示，新、回风以最小新风比混合后到C点，由表冷器冷却减湿到机器露点L，然后再加

9、热到送风状态点S如果调节新、回风比时，可以将新风F与回风N混合到C1 点，再由加热器加热到送风状态点S。这样不仅可以减少加热器的能耗，而且可以推迟冷 机的启时间。由此可见，在对空调系统全年运行工况分析的基础上调节空调系统的新风量，不仅可 以满足全年空调的温、湿度要求，提高空调室内的空气品质，而且还能节省空调系统运行能 耗。图1供冷的情况下室外空气嬉小于室内空气焙图2变新风量节能示意图3.2能量回收3.2.1新、排风全热交换利用热交换回收排风中的能量，实行新风、排风全热交换是空调系统节能的一项有力的 措施。但是选择热回收装置时，应结合当地气候条件、经济状况、工程的实际状况、排风中 有害气体的情况

10、等多种因素综合考虑，进行技术、经济分析比较，以确定选用合适的热回收 装置，从而达到经济节能的效果。实施的原理：热回收方式比较多，但归纳起来共两大类：全热回收装置和显热回收装置。 全热回收新风换气机工作原理是一种空气一空气能量回收通风装置，其核心功能是利用室 内、外空气的焓差，通过全热回收机芯良好的导热透湿性能，在双向置换通风的同时，产生 能量交换，使新风有效获取排风中的焓值，从而大大节约了新风预处理的能耗，达到节能换 气的目的。其节约的能量包括显热和潜热，节能效果非常显著，全热交换效率可以达到约 65%。具体设计时的措施：1）合理设置空调机房全热回收必要条件是新风系统与排风系统布置在一处，这就

11、要求设计时对系统划分、风 道布置、送排风机和热回收装置的设备等统筹安排，使系统趋于合理。由于全热交换器有四 个接管，系统中管路较为复杂。而且室外进风和排风口的距离要求尽量间隔远，避免气流短 路，时由于城市空气质量较差，积灰现象较重，过滤器易堵塞，使用中应注意经常清洗过滤 器。2）设置排风热回收装置在空调系统、新风空调系统中，采用全热或显热交换器回收排风中的余热量，可以有效 地减少新风负荷，是常用的节能方法。全热交换器的芯材由不燃吸湿性材料或带吸湿性涂层 的材料构成。夏季时，低温低湿的排风通过芯材，使芯材冷却。同时，由于水蒸气分压力差 的作用，芯材释放出部分水分。当被冷却除湿后的芯材与高温高湿的

12、新风接触时，吸收新风 中的热量与水分，使新风降温减湿。因此，全热交换器比显热交换器更为常用。全热交换器 有转轮式和板式两类，在大型空调系统、新风空调系统中，转轮式全热交换器使用较多（见 图2）。采用排风热回收不是简单地在空调箱里方攵一个转轮式全热交换器，设计和使用中应 注意下列要点：细部图2转轮式全热交换器1. 过滤措施。为了保护全热交换器芯材，新风、排风入口处应设置计重效率约为70%的 粗效过滤器，且需经常清扫，以减少积尘。2. 预热措施。在室外温度很低的严寒地区，当室内、外空气状态在焓湿图上的连线达到 饱和线时（见图3），全热交换器芯材上可能会结露、结冰，甚至造成阻塞，应采取新风预 热措施

13、。3. 旁通措施。 全热交换器工作需要消耗一定的电能E2，可以转化成一定的热量q2。全热交换器在 一定效率下（如60%），可以回收热量Q。以10000m3/h新风空调系统为例，由表1,2可知， 当室外新风参数（状态点W）达到一定值时，qiq2，就不应该再回收排风中的能量了, 应该采取旁通措施。 由图4可知，设夏季新风状态为W，时，令Q二Q6.96kW, Q1 按下式计算:Q=pG (，-)(1)式中P为空气密度；G为风量；hw为室外空气比焓；为回风比焓。在回风温度27C、相对湿度50%条件下，回风比焓hM=55kJ/kg,将已知参数代入式(1), 解得，=58.5kJ/kg。即当室外空气比焓低

14、于58.5kJ/kg时，全热回收就没有意义了，应进入旁通工况。因此，设计时需要计算求得hw。W表1全热交换器附加电耗E2风机增加阻力 A/j/Pa凡机增加功率 iE/kW新风转轮阻力1500. 56排风侧转轮阻力1500+ 83排风增加过滤器阻力1000. 56转轮驱动电荒0. 37合计2. 32表2附加电耗E2转化成的冷热量Q2空调方式3F产生冷热量JkW冷水机组+新风空调箱供冷32. 32X3 = 6. 96冷水机组+新风空调籍供热2.52. 32X2. 5 = 5.8顼季b签季图4热回收分析W为室外新风设计状态点WO为热回收极限条件下室外新风状态点P为全热交换器设计新风出口状态点P为热回

15、收极限条件下全热交换器新风出口状态 点 运行时，控制系统检测室外空气比焓进行工况转换。若测量比焓精度不够准，也可 以根据当地情况设定相对湿度，以测室外温度tW代替测量比焓。如上海地区设定相对湿度 为80%，tW（58.5kJ/kg，80%）=23C，回风温度J=27C ;可见当室外温度tw低于回风温度 tM,且差值不大于4C时，热回收有价值，否则应进入旁通工况。 同理作冬季新风状态判断（见图4）,令。，=Q2=5.8kW,在回风温度22C、相对湿 度50%条件下，回风比焓hM=42kJ/kg，将已知参数代入式（1）,解得，=39.1kJ/kg。在比 焓39.1kJ/kg、相对湿度60%下tW=

16、18C ;回风温度tM=22C，当室外温度低于回风温度，且 差值大于41,热回收有价值，否则应进入旁通工况。3.2.2回收湿焓着眼于一种回收湿焓的新风换气节能空调，基于Volume of Fluid算法，建立其核心 换热部件波纹板换热器板外两相流传热传质的计算模型，并利用该模型模拟分析了壁面热流 密度、喷淋水入口温度、喷淋水量、气相进口速度及板间距等因素对板外传热性能的影响， 分析了不同工况下，壁面温度和两相界面温度分布及传热情况。结果表明：热流密度对壁面 温度、两相界面温度的影响是线性的；壁面热流密度增大、冷却水喷淋密度减小、气相进口 速度提高、板间距减小对传热传质效果具有强化作用。通过这个

17、计算实例我们来更好的了解一下空气一空气能量回收的益处：新风机组选用型 号为KL-2-4101000的表冷器一台，4排，表面管数10根，有效长度为1000mm。表冷器的每 排传热面积Fd=31此通水截面积fW=0.00201 irf,迎风面积fy=0.430 irf,迎面风速仉vy= 2.3m /s。采用假定流速法，水流速w取1.0m/s。新风机组采用效率为70%的显热型能量回收 装置。新风机组采用AAERE前处理新风的焓差为40.1kJ/kg，使用热回收后新风处理焓差 值为33.6kJ/kg;采用AAERE前，新风机组所需要的供回水温度分别为10.5C, 16.2C, 采用AAERE之后，新风

18、机组所需供水温度提高为12.3C ,回水温度为17.1C ;采用AAERE 前，新风机组所需的供冷量为48.12kW，采用AAERE之后所需要的供冷量为40.32 kW，节约 效率为19.4%。新风机组采用AAERE回收部分排风余热预处理新风，可以降低新风机组处 理新风的焓差和冷水机组的供冷量，提高供水温度和冷水机组的蒸发温度，使冷水机组的 COP值得到提高，提高运行效率，降低空调系统的能耗。而且供回水温度提高时，冷水管路 保温投资节省，减少了系统冷损失，空调系统运行经济效益得到提高。3.3新风处理在新风方面的节能，运用低温送风的形式来处理。低温送风主要有以下优点：1）从空调系统及建筑结构上考

19、虑，节省了初投资。这缘自更小的空气处理设备，更小 的风管，对建筑的层高要求降低。所有这些结合起来常常能抵消由于采用蓄冷系统而增加的 初投资。2）由于风系统和冷冻水系统都是大温差换热，使风机和水泵的功率大大减少，节省了 运行电费。低温送风系统有更强的除湿能力，在给定的温度下，减湿可使人感觉更凉爽和舒适。4、设备选择、材料选择1）装有转轮能量回收装置的新风空调转轮能量回收装置是圆柱体状，通常高是10 -2 5 c m内装热交换介质填料，填料通常 是纸质蜂巢状。这些填料有大量的与气流方向平行的小的气流通道。转轮中填料与气体接 触的表面积介于300-3300m2/m 3,。通常是把转轮能量回收器安装在

20、风道系统中以便于把风 道分成两个半月形。来自空调区域的回风从转轮的一个半月形排出，室外新风逆着回风方向 被吸进转轮的另一半月形。同时，转轮缓慢地（2一2 0 r / m i n旋转。当转轮介质吸收 并储存来自热气流的热量并把它传递给冷气流时就发生了显热交换。当介质通过干燥（同 时放出热量）来吸收高湿度气流中的湿气并通过蒸发（同时吸收热量）到低湿度气流中时就 发生了潜热的交换。转轮能量（热量）回收器应用最广泛的是用于预处理进入建筑物的室外新风。在已经存 在的通风系统中，转轮能量（热量）回收器很容易安装进去。且只需一个小电机就能带动转轮 运行来预处理新风。通常情况下，在无机械制冷或加热时，它能处理

21、新风温差3 -7C和约 10%的相对湿度。常见的用于新风空调的转轮能量（热量）回收器如图1所示。装有转轮 能量回收装置的新风空调优点如下：1. 能够以较小的能耗提供较多的新风；2. 进来的室外新风被转轮除湿机除湿，因此，控制了室内湿度，抑制了霉菌、霉和其它 污染物的生长；3. 去湿和冷却后使室外新风所需的冷却容量减少或消除；4. 在冬季，转轮系统能够预热和加湿室外新风；5. 回收了从建筑物排出的8 0 %的热量或冷量，因此节省了能耗。新风入口供新风过滤器蒸发盘管屋顶HVAC机蛆热交换器扇艇至回风热转轮不新鲜空气_困_排放回风送风图1用于新风处理的转轮能重（热豪）回收器2）积极选择节能空调与材料

22、近些年来，空调用电的增长与城市电网之间的矛盾已越来越突出，使用高效节能的集中 式空调替代分散式空调已是当务之急。设计人员应与制造商加快沟通，变被动接受为主动参 与；系统设计也要突破旧有的思路，积极探索节能空调系统。同时在空调绿色材料的选择以 及材料的回收再利用在新的设计项目中，禁止使用HCFCs和Halons产品，减少使用CFCs 制冷剂。禁止使用对人体有害的石棉类保温材料。选择可回收利用的管材以及保温材料，重 复使用空调系统中的材料，包括保温材料、管道、密封材料、胶粘剂、油漆涂料等。舍近求 远选择境外的这些“新材料”是不符合绿色建筑要求的。就地取材，可以减少材料运输对环 境造成的影响，促进当

23、地经济的发展，也降低产品成本，减轻建筑业主负担。5、经济性评估在新风方面的节能具有良好的经济性效益，就低温送风而言，低温送风系统的经济性主 要表现在初投资低运行费用省。在初投资时主要减少了空气处理设备，风机，风管，冷冻水 泵，冷冻水管，建筑净空要求方面的费用。但实际上，低温送风系统的经济性并不能就此简 单地概括，因为真正经济的低温送风系统与许多因素有关费。由于全年省能器循环日数的 减少而导致的冷风分布系统全年能耗的增加是对不同气候条件其增幅是不同的。对于干燥地 区这个增幅是最大的，而对这种地区由于全年风机在全负荷下运行的时间也最长，所以用低 温送风系统节省的风机能耗可以抵消这部分能耗的增加。过

24、渡季节使用空调的时间占全年空调总时间的比例也是影响排风热回收装置设置与否的 重要因素之一。过渡季时间越长，相对来说全年回收冷量越小。我国大多数地区气候特点四季不分明，炎热时间长，采用这种热回收技术虽然初投资相对大一些，却节省了运行费用， 而且节能效果是显著的。而现实中，虽然在前期设计工作时，设计师会给业主提供采用这个 热回收系统后有关的初投资增加、运行费用减少以及增加的初投资的回收期长短分析，但是 业主往往单纯地从经济效益方面来权衡热同收装置的设置与否，对于大型商场而言，热回收 装置投资的回收期会稍长一些，而且全热回收系统没计还要充分考虑安装尺寸，运行的安全 可靠性以及设备配置的合理性。1 董

25、子忠，许永光，温永玲，等炎热地区夏季窗户的过程研究J .暖通空调，2003, 33(3) : 93-96.2 玲，龙恩深.某宾馆空调系统能耗调研与节能改造分析J.山西建筑，2008, 34(5): 254-255.3 杨纯华，赵志安.现代化办公楼的空调节能与新风控制方法的研究.第十届全国暖 通空调技术信息网大会论文集，北京中国建筑工业出版社1999,9.4 叶大法，杨国荣.变风量空调系统的分区与气流混合分析J暖通空调，206,36 (6) 60-64,665 汪训昌译低温送风系统设计指南，北京：建筑工业出版社，1998.6 刘仙萍，丁力行.空气一空气能量回收装置对风机盘管加新风空调系统的节能影响 分析