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全热交换器投资周期分析点击：1679 日期：[ 2014-04-26 22:55:07 ] |
| 0 引言最近几年，国内建筑物开始向高气密性、高隔热化方向发展，虽然在“绿色”建筑材料方面有所突破，但是在室内使用的建筑材料中仍然存在有大量挥发性化学物质，加上人类自身造成的污染，使得“病态建筑综合症”日益严重。根据北京市疾病预防控制中心公布的一份数据，在新建或新装修的10多个小区及30多家高档宾馆、写字楼、会议中心和实验室生活或工作的一万多人中，有30％出现头痛、头晕、乏力、睡眠不好等状况，有30％~40％的人出现了胸闷、喉部不适等问题[1]。增大新风量，稀释室内空气中的有害气体浓度是减少“病态建筑综合症”最直接，最有效的方法。因此，国内相关规范和标准均对室内新风量给予了限制，并逐年有所提高。2002年颁布执行的《室内空气质量标准》，对室内新风量作出了明确的规定[2]。2003年开始出版的《全国民用建筑工程设计技术措施》（暖通空调·动力）分册也对各类建筑物的最小新风量标准作出了重大调整， 其中影剧院、体育馆、商场、医院等商业建筑及办公楼的最小新风量明显增加[3]。新风量的增大虽然显著地改善了室内空气质量，但同时也使得新风负荷相应增加，室内空气品质与空调节能之间的矛盾更加突出。 另外，现代小型家用空调和分散独立空调系统大多不能很好地满足引入新风量的要求，室内空气质量较差，简单依靠不定时的开窗或者安装换气扇的方法来改善室内空气质量，会导致室内出现空调负荷波动较大、室内空气状态不稳定等情况。因此，寻找一种既能完全满足新风量要求，又可以减少新风能耗的方法，已成为当务之急。空气全热交换器可以说是目前解决上述矛盾的最好方法。近年来，全热交换器正以其独特的优势受到越来越多用户的亲睐。据初步统计，2004年中国内地全热交换器的市场就已经达1亿多元，估计在未来5年的时间内，这一市场规模将会增长5~10倍，达到5~10亿元[1]。全热交换器虽然是一种公认的节能效果十分明显的空调设备，但是，由于其价格一直居高不下，因此在国内，全热交换器仍然是一种“阳春白雪”的产品，未能普及，无法充分发挥其在建筑节能中的应有作用。除了产品的市场价格过高之外，影响到全热交换器推广的另一个重要因素就是缺乏合理的经济分析方法。对于全热交换器，通常的经济分析方法是：用全热交换器减少的空调运行费用与全热交换器所增加的空调系统的一次投资相比较，从而得出全热交换器的回收年。这种经济分析的方法存在一个重大的缺陷，就是忽略了空调系统由于增设了全热交换器之后，空调总负荷减少而导致的冷（热）源设备一次投资的消减。本文主要通过对影响全热交换器投资回收期的各种因素的分析，提出了全热交换器投资回收期的简易计算公式以及全热交换器的性价比的概念，可供厂家产品价格定位以及设计师设计选型时参考。1 投资回收期理论分析全热交换器主要是利用回收排风中的能量来减少空调系统的新风负荷。新风在进入空调机组表面式换热器进行热、湿处理之前，先通过全热交换器，新风和排风之间的热、质交换降低（增加）了新风焓值，减少了系统的新风负荷，从而减少了空调系统的冷（热）负荷。空调系统负荷的降低，一方面减少了空调系统的主机容量，降低了空调系统主机的一次投资，同时空调系统的运行费用也相应减少。空调系统主机一次投资减少和空调系统运行费用的节省则补偿了全热交换器的投资。影响全热交换器投资回收期的主要因素是：1.1 空调系统冷（热）源一次投资的减少（ΔCS）空调系统冷（热）源的一次投资主要包括制冷主机、水泵、冷却塔、锅炉等的设备及安装费。使用全热交换器后，空调系统一次投资的减少主要表现为机房设备及安装费用的降低，空调末端设备的一次投资（不包括全热交换器）并无明显改变。因此空调系统节省的一次投资等于空调系统机房节省的一次投资，可以按下式进行计算：（1）式中 ΔCS——空调冷（热）源一次投资的减少值，万元；CS1,CS2——使用全热交换器前后，空调冷（热）源的一次投资，万元。当进行概算时，冷（热）源的一次投资可以按照空调系统单位冷量的造价分别进行概算。由于空调冷（热）源一次投资减少值与全热交换器减少的系统冷负荷成正比，因此可以按照下式进行概算： （2）式中 Q——空调系统设计冷（热）负荷，kW；ηx——空调系统新风负荷与空调系统设计冷（热）负荷之比，%；εt——全热交换器的全热交换效率，%；Ps——空调系统冷（热）源单位冷（热）量造价，元/ kW。空调冷源的一次投资和热源的一次投资需要分别计算。1.2 全热交换器一次投资（Ce）目前全热交换器市场的价格不一，作为一种产品，其价格的高低对其投资回收期的影响不言而喻。为了便于计算，本文中全热交换器的价格均按照单位风量价格进行计算：（3）式中 Ce——全热交换器一次投资，万元；Gx——空调系统新风量，m3/h；Pe——全热交器单位风量价格，元/（m3/h）。当ΔCS=Ce时，使用全热交换器后，空调系统冷（热）源节省的投资刚好可以补偿全热交换器的一次投资。当ΔCS>Ce时，使用全热交换器后，空调系统的总投资减少。当ΔCS<Ce时，全热交换器投资回收期大于0，空调系统总投资增加，要通过年运行费用的节省来回收所增加的一次投资。1.3 空调系统节省的运行费用（ΔCO）使用全热交换器后，空调末端设备耗电量基本不变，虽然全热交换器本身需要消耗一定的能量，但是与冷（热）源设备的能耗的减少相比要低得多，因此空调系统运行费用依然明显减少。为了便于计算，本文将全热交换器的能耗归入冷（热）源能耗之中。这样系统运行费用的节省就等于冷（热）源运行费用的节省，其计算方法如下：（4）式中 Co——空调系统冷（热）源年运行费用，万元；Ns——空调系统冷（热）源耗电量，kW；ηi——空调系统新风负荷占设计负荷的比例，%；T——空调系统全年运行小时数，小时；λi——各种空调负荷情况下运行时间比例，%；Pd——电价，元/kWh。（5）式中 ΔCO——空调系统冷（热）源每年节省的运行费用，万元；CO1,CO2——使用全热交换器前后空调系统冷（热）源年运行费用，万元；ΔNs——使用全热交换器后空调系统机房设备（含全热交换器）减少的功率，kW。1.4 全热交换器投资回收期和性价比计算根据以上推导，全热交换器投资回收期可用下式表示： （6）式中 n——全热交换器投资回收期，年。将式（1）~（5）代入式（6）得 （7）或 （8）按照式(9)，将全热交换器效率与价格的比值定义为全热交换器的性价比 （9）则当n=0时，式（8）可以变为： （10）此时，全热交换器的投资回收期为零年。将投资期为0年的全热交换器的的性价比（μ0）定义为全热交换器投资回收期的临界值。当μ＜μ0时，n ＞0，全热交换器的投资回收期为正。说明了全热交换器的使用增加了空调系统的投资，增加的投资需要通过带有全热交换器的空调系统的运行费用的节省来回收。全热交换器的投资回收期一般在5年内被认为是比较合理的[3]。当μ=μ0时，n =0，全热交换器的投资回收期为0，此时，全热交换器通过能量回收节省的系统一次投资刚好等于全热交换器的投资。当μ＞μ0时，n ＜0，全热交换器的投资回收期为负，说明由于使用全热交换器后，空调系统由于负荷减小而节省的一次投资已经高于全热交换器的投资。计算全热交换器的投资回收期时，其具体步骤如下：① 根据常规空调系统（不带全热交换器的系统）Q，ηx，Gx，Ps等设计参数，按照式（1），（2）和（10）计算空调系统冷(热)源节省的一次投资ΔCS和全热交换器投资回收期临界值μ0；② 根据厂家报价及产品 样本 资料，确定εt，Pe，根据式（9）和式（3）计算全热交换器性价比μ和一次投资Ce。当μ＜μ0时，n ＞0；μ=μ0时，n =0；当μ＞μ0时，n ＜0；③ 根据式（4）和（5）计算空调系统每年节省的运行费用ΔCO；④ 利用式（7）或（8）计算全热交换器的投资回收期。调整产品价格或品牌，重复步骤2~4，直到得出满意的投资回收期为止。2 工程实例分析本文将对深圳某已投入运行的全热交换器工程项目进行经济分析。该工程中选用国内某公司自主开发的透湿膜式全热交换器，投入使用两年来，系统运行稳定，节能效果明显。该工程为深圳某单位三层办公楼，建筑面积共计4953 m2，空调面积共计3753 m2，空调系统设计制冷负荷626.7 kW，冬季不供热。其中新风负荷177 kW，新风负荷比为28.2%，设计风量73617m3/h，新风量14421 m3/h。所选用的全热交换器全热交换效率为60%，价格按照 7元/(m3/h)计算，全热交换器的投资回收期计算如下：① 空调冷源为水冷螺杆式冷水机，冷源单位冷量造价按：Ps=1220元/kW计算，根据已知条件，系统不考虑冬季供热，仅冷源部分节省的一次投资为万元由式（10）得到全热交换器投资回收期临界值为② 根据厂家 样本 及报价，该全热交换器的投资及性价比分别为万元由于μ＞μ0时，n ＜0。由此可以看出，使用全热交换器后，系统总投资降低了2.84万元。③ 使用全热交换器前后，空调机房的设备功率分别为199.7kW，176.7 kW，降低了23 kW。深圳地区空调系统全年制冷运行时间为240天，每天运行10小时，电价为1元/ kWh，分别用设计负荷的90%，60%，20%作为设计负荷80~100%，40~80%， 0~40%的代表值，他们分别占全年空调时间的15%，50%，35%，机房节省的运行费用计算如下：万元计算结果表明：空调系统运行费用每年可以节省2.78万元。通过以上计算可知，使用全热交换器后，空调系统一次投资降低了2.84万元，年运行费用减少了2.78万元，节能效果明显。3 结语本文推导了全热交换器投资回收期的计算公式，提出了全热交换器性价比的概念，并将其用于对实际工程进行投资分析，得出以下结论：（1）全热交换器的性价比的高低决定了在空调系统中使用全热交换器是否会增加空调系统的一次投资。当选用性价比较高的全热交换器时，空调系统的一次投资不会增加，运行费用明显减小。（2）厂家应该合理确定产品的性价比，使其产品具有合理的投资回收期。（3）设计师应根据不同的空调系统，选用不同性价比的全热交换器，合理控制全热交换器的投资回收期。参考文献1 重视居室质量 家电企业强攻家庭环保市场 广州日报. 广州：中国计划出版社，20042 室内空气质量标准（GB/T 18883-2002）3 全国民用建筑工程设计技术措施 暖通空调·动力. 北京：中国计划出版社，20034 Air-to-Air Energy Recovery. ASHRAE Handbook HVAC Systems and Equipments,2003 |
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