国防地下工程排风热回收技术经济性分析

点击：1811 日期：[ 2014-04-26 21:08:24 ]

国防地下工程排风热回收技术经济性分析杨治国刘顺波黄志刚段淇倡（第二炮兵工程学院西安710025）【摘要】在分析比较现有热回收装置的性能及技术要求的基础上，结合国防地下工程实际，以QHW 4044型板翅式全热换热器为研究对象，应用室外逐时气象参数，研究分析了全国不同气候分区内5个典型城市的国防地下工程排风热回收改造的技术经济性。研究结果表明，各典型城市的国防地下工程排风热回收系统改造的节能潜力巨大，投资回报期均在3.3年之内，具有很大的经济效益、社会效益和军事价值。【关键词】国防地下工程；通风除湿系统；排风热回收；节能潜力中图分类号TU831文献标识码A 文章编号：1671-6612（2012）02-173-04 0·引言为了维持国防地下工程适宜的环境条件，通风除湿系统已经成为工程内部的主要能耗之一。据了解，目前通风除湿系统的能耗已经占到工程日常能耗的60%[1]，其中新风负荷占整个系统总负荷的比例已经达到20%以上。相对于工程外部环境而言，排风中含有数量可观的低品位能量，如果直接排放到大气中，不仅会造成能源的白白浪费，还会引起排风口周围环境的异常，不利于战时国防地下工程的隐蔽和生存。因此，利用排风热回收技术来预处理新风，将具有一定的经济效益和军事价值。目前，从事地面建筑空调系统排风热回收技术应用的研究比较全面[2-4]，而针对地下工程，尤其是国防地下工程通风除湿系统应用排风热回收技术的研究则比较少。本文将着重从节能潜力方面，深入分析全国5个典型城市的国防地下工程进行排风热回收改造的技术经济性，为类似工程的节能工作提供借鉴。 1·排风热回收技术在国防地下工程通风的过程中，室外空气与一次回风混合后，经过滤器过滤、除湿机处理，最后通过送风机送入空调房间，等量的室内空气又通过排风机排至工程外部。很显然，逐时变化的室外气象条件与工程内部的排风存在一定的焓差，这是实现排风热回收的一个非常重要的前提。 1.1设备性能及选用根据文献[5]中的规定，国防地下工程的通风除湿系统中设有集中排风并且送风量大于3000m3/h，新风与排风的温差大于等于8℃，应该设置排风热回收装置。排风热回收技术充分利用了工程排风所携带的低品位能量，其工作过程中的能量交换原理，如图1所示。排风热回收装置的种类比较多，总体分为两类：（1）既能回收显热，又能回收潜热的全热回收装置，以转轮式和板翅式全热换热器为代表。（2）只能回收显热的显热回收装置，以热管式和板式显热换热器为代表。各种热回收方式的比较，如表1所示。鉴于国防地下工程热湿负荷的特殊性，一般宜选用热交换效率较高的全热换热装置。由表1分析可知，排风热回收装置中的转轮式和静止型板翅式全热换热器的初投资较少、全热回收效率相对较高，已经成为目前国防地下工程应用较为广泛的排风热回收设备。转轮式全热换热器的焓效率较高，但是受处理面风速和转芯转速的影响较为明显，其结构如图2所示。主要组成部分包括：转芯、壳体、传动装置和附件。蜂窝状的芯体是用特殊材料制成的，吸水性很强，能够回收新风的潜热。在能量回收过程中，转芯持续旋转，新、排风分别通过由隔板密封的两个半区，实现排风的热湿回收和新风的预处理。静止型板翅式全热交换器的结构形式如图3所示。主要组成部分包括：外壳、单体和隔板。承担热湿传递功能的单体是用经过特殊处理的纸和纤维多孔物制作而成。在换热器工作过程中，新、排风互不接触，可逆流或顺流进行。采用焓效率来描述这类全热换热器的性能，计算公式[6]如下。式中，h1，h2，h3分别为全热换热器室外新风、新风、室内排风的焓值，kJ/kg。 1.2技术问题及要求在既有通风除湿系统中增加全热换热装置要充分考虑这样的问题：（1）尽量选择通风除湿系统新排风布置在一个口部的国防地下工程，以减少系统改造的代价；（2）由于换热器阻力损失较大，为了在过渡季节充分利用新风，减少能耗，宜在风管系统的换热器旁设置旁通；（3）空气经过换热器时存在相对较大的压力损失，在一定程度上增加了通风机运行的轴功率；（4）换热器的结构决定了在回收能量的同时存在一定的排风泄漏；（5）气流经过全热换热器时，要受到露点温度的影响，凝结水和结霜现象让换热装置使用寿命降低很多。宜在换热器上设置温控器和压力传感器，当温度达到冰点、阻力发生明显变化时，发出信号调整通过换热器的新风、排风的比例或开启新风预热器；在换热器下方增设用来处理凝结水的滴水盘。对于特定地区特定工程来说，换热器热交换效率的影响因素主要有：风管漏风量，空调系统的回风量，围护结构的密封性，带有运动部件的换热器的运转速度，换热器处理面风速等。转轮式全热交换器上的运动部件要消耗一部分额外的能量，而且换热器配管的位置是固定的，灵活性很差，整个装置所占的空间比较大。与转轮式全热交换器相比，静止型板翅式全热交换器没有运动部件，本身不会消耗额外的能量。选取QHW 4044型[7]板翅式全热换热器为研究对象，其温度效率80%，湿度效率56%，冬季平均焓效率72%，夏季平均焓效率65%。根据下式计算各典型城市国防地下工程中增加全热换热装置后排风的终状态参数： t4=t3-ηt(t3-t1)（3） d4=d3-ηd(d3-d1)（4）式中，t1、t3、t4分别为新风温度、室内排风温度、排风终温度，℃；d1、d3、d4分别为新风含湿量、室内排风含湿量、排风终状态含湿量，g/kg·干空气；ηt、ηd分别为QHW 4044型板翅式全热换热器的温度效率和湿度效率。 2·节能潜力分析 2.1选取典型城市我国疆土辽阔，南北纬度相差大，室外典型气象参数大相径庭。本文结合主要城市所处的建筑气候分区[5]，分别选取哈尔滨、北京、南京、昆明和福州作为典型城市，应用室外逐时气象参数进行分析。综合式（3）、（4），计算分析可得，在前四个典型城市的国防地下工程中增加全热回收装置后，有凝结水和结冰现象产生。因此，要在换热器上设置温控器和压力传感器，当温度达到冰点、阻力发生明显变化时，发出信号调整通过换热器的新风、排风的比例，达到消除凝结水结冰现象的目的；并且在换热器下方要增设用来处理凝结水的滴水盘。 2.2节能效果分析设计参数选择如下：地下工程送风量15000m3/h，新风比30%，干球温度20℃，相对湿度60%，室内状态点为含湿量dN=8.83g/kg，焓hN=42.62kJ/kg。通风除湿系统按每天24h运行，分为两个不同的运行阶段，8h（08：00～12：00，14：00～18：00）工作时间段和16h非工作时间段（注，工作时间段有新风，非工作时间段无新风）。QHW4044型板翅式全热换热器冬季平均焓效率72%，夏季平均焓效率65%，过渡季节平均焓效率取68.5%[7]，各城市电费取0.6元/kWh，排风热回收设备费用2.5万元左右。则全热交换器全年回收的能量为：全国5个典型城市（8h工作时间段）全年焓频统计条形图如图4[8]所示，区段间隔m=5kJ/kg；国防地下工程排风热回收技术回收能量计算结果如表2所示。由于系统中设置换热设备而导致通风机功耗的增加量远小于从排风中回收的能量，故可以忽略不计。综上分析可知，地下工程利用排风热回收技术对新风进行预处理，可以减小新风负荷，节约通风除湿系统的运行成本；能够在一定程度上减小工程内部的最大负荷，提高既有通风除湿系统应对极端气候条件的能力；还可以在不增加能源消耗的同时加大新风量，进一步提高室内空气品质。 3·结束语本文结合各地区国防地下工程实际，系统分析了排风热回收的技术经济性。研究结果表明，排风热回收技术的正确运用能够有效地回收利用工程排风中的低品位能量。其技术改造应用于全国5个典型城市的国防地下工程通风除湿系统中，投资回报期均在1.36～3.30年之内，具有很大的经济效益、社会效益和军事价值。为确保最大程度的发挥工程排风热回收的技术经济性，还需要设计人员在操作的过程中根据通风除湿系统的实际情况，制定详细的换热器启停和除霜除冰控制方案。参考文献： [1]张天伟,张吉光,韩海涛.空调系统的节能措施[J].制冷与空调,2005,19(1):28-30. [2]吴宇红,梁江.空调排风热回收系统设计应用浅析[J].暖通空调,2008,38(9):60-63,54. [3]刘宇宁,李永振.不同地区采用排风热回收装置的节能效果和经济性探讨[J].暖通空调,2008,38(9):15-19. [4]袁旭东,柯莹,王鑫.空调系统排风热回收的节能性分析[J].制冷与空调,2007,7(1):76-81. [5]GB 50189-2005,公共建筑节能设计标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2005. [6]王丽慧,黄晨,吴喜平,等.焓频法及其在全热回收节能潜力分析中的应用[J].制冷学报,2010,31(1):11-17. [7]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2002. [8]中国气象局气象信息中心气象资料室,清华大学建筑技术科学系.中国建筑热环境分析专用气象数据集[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

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