李紅民

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熱回收空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的匹配特性及選型

李紅民

（中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 長沙 410083）

熱回收空調(diào)系統(tǒng)具有自動化程度高，節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，能夠顯著減少空調(diào)系統(tǒng)的能耗。對不同情況下熱回收空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，采用一臺風(fēng)機(jī)取代全熱換熱器和空調(diào)器中的兩臺風(fēng)機(jī)能夠大幅度提升風(fēng)機(jī)的運(yùn)行性能。本研究可為熱回收空調(diào)系統(tǒng)在空調(diào)行業(yè)的推廣和應(yīng)用提供參考。

熱回收空調(diào)系統(tǒng)；風(fēng)機(jī)；運(yùn)行工況

0 引言

現(xiàn)代空調(diào)系統(tǒng)中，如何以較低的能耗獲得新風(fēng)已成為暖通空調(diào)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)[1-3]。近年來，熱回收空調(diào)系統(tǒng)以其節(jié)能環(huán)保、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)引起了國內(nèi)外越來越多專家學(xué)者的關(guān)注，熱回收空調(diào)系統(tǒng)是一種將空調(diào)器與全熱換熱器聯(lián)用的空調(diào)系統(tǒng)，通過增設(shè)全熱換熱器，向室內(nèi)輸入新風(fēng)并回收排風(fēng)中的熱量，能夠顯著減少空調(diào)系統(tǒng)的能耗，對于改善室內(nèi)空氣品質(zhì)、提高能源的利用效率具有非常重要的意義[4]。由于空調(diào)器和全熱換熱器是兩個不同的產(chǎn)品，它們往往是各自獨(dú)立運(yùn)行的。如果只是將兩者簡單組合聯(lián)用，將導(dǎo)致送風(fēng)系統(tǒng)中全熱換熱器送風(fēng)風(fēng)機(jī)和空調(diào)器送風(fēng)風(fēng)機(jī)短距離串聯(lián)，嚴(yán)重影響全熱換熱器及空調(diào)器的性能[5-8]。針對這種情況，本文對全熱換熱器與空調(diào)器在不同組合情況下風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況進(jìn)行了研究，并通過實(shí)際案例分析了如何確定熱回收空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的型號。本文的研究可為熱回收空調(diào)系統(tǒng)在空調(diào)行業(yè)的推廣和應(yīng)用提供參考。

1 簡單串聯(lián)運(yùn)行

將全熱換熱器與空調(diào)器進(jìn)行簡單的串聯(lián)是熱回收空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)前較為普遍的應(yīng)用形式，該空調(diào)系統(tǒng)通常有全熱換熱器單獨(dú)運(yùn)行、空調(diào)器單獨(dú)運(yùn)行、全熱換熱器與空調(diào)器聯(lián)合運(yùn)行三種運(yùn)行模式。通過在全熱換熱器出風(fēng)口、空調(diào)器進(jìn)風(fēng)口、回風(fēng)口安裝閥門，在熱回收空調(diào)系統(tǒng)工作時，分別調(diào)節(jié)這三個閥門就能對全熱換熱器與空調(diào)器的聯(lián)用模式進(jìn)行切換，以達(dá)到不同的工作目的。

當(dāng)全熱換熱器單獨(dú)運(yùn)行時，其風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況如圖1所示，其中F1為全熱換熱器送風(fēng)風(fēng)機(jī)的特性曲線，G1全熱換熱器自身阻力和連接管道的管道阻力曲線，M1點(diǎn)為全熱換熱器送風(fēng)風(fēng)機(jī)的實(shí)際工況點(diǎn)。由圖可知，此模式下風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況良好。

當(dāng)空調(diào)器單獨(dú)運(yùn)行時，其空調(diào)器送風(fēng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況如圖2所示，其中F2為空調(diào)器送風(fēng)風(fēng)機(jī)的特性曲線，G2為包括空調(diào)機(jī)蒸發(fā)器空氣側(cè)的阻力以及連接管道的管道阻力曲線，M2點(diǎn)為空調(diào)器送風(fēng)風(fēng)機(jī)的實(shí)際工況點(diǎn)。由圖可知，該模式下風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況良好。

圖1 全熱換熱器送風(fēng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行圖

圖2 空調(diào)器風(fēng)機(jī)運(yùn)行圖

當(dāng)全熱換熱器與空調(diào)器聯(lián)合運(yùn)行時，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況如圖3所示，其中F1為全熱換熱器送風(fēng)風(fēng)機(jī)的特性曲線，F(xiàn)2為空調(diào)器送風(fēng)風(fēng)機(jī)的特性曲線，F(xiàn)′為串聯(lián)后風(fēng)機(jī)的綜合特性曲線。因管路布置的原因可能有三種不同的管道阻力曲線a、b和c，分別與風(fēng)機(jī)綜合特性曲線F′相交于工作點(diǎn)Ma、Mb和Mc。由圖可知，在工作點(diǎn)Mb時，其風(fēng)量和壓力與風(fēng)機(jī)F1單獨(dú)工作時相同，風(fēng)機(jī)F2處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。在工作點(diǎn)Mc時，其風(fēng)量和壓力反而比風(fēng)機(jī)F1單獨(dú)工作時要小，此時風(fēng)機(jī)F2只起到增加阻力和節(jié)流的作用，其操作上可靠性很差。因此，在簡單串聯(lián)時要著重于管道的布置情況，以避免風(fēng)機(jī)在運(yùn)行效果較差的工況點(diǎn)運(yùn)行。

圖3 聯(lián)用后風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行圖

2 改進(jìn)串聯(lián)運(yùn)行

由1可知，在簡單串聯(lián)情況下，全熱換熱器與空調(diào)器在聯(lián)合運(yùn)行時風(fēng)機(jī)在操作上可靠性較差，這一點(diǎn)在管道阻力曲線越平緩時越明顯。針對這種情況，本文通過合理布置管道，并采用一臺風(fēng)機(jī)F來代替全熱換熱器風(fēng)機(jī)F1與空調(diào)器風(fēng)機(jī)F2工作（如圖4所示），此時風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況如圖5所示，其中F為風(fēng)機(jī)的特性曲線，G為管道阻力曲線，M為風(fēng)機(jī)的實(shí)際工況點(diǎn)。由圖可知，與簡單串聯(lián)相比，風(fēng)機(jī)的性能大大提高。

圖4 全熱換熱器和空調(diào)機(jī)聯(lián)用示意圖

圖5 聯(lián)用后風(fēng)機(jī)F運(yùn)行圖

3 風(fēng)機(jī)選型實(shí)例

由2可知，采用一臺風(fēng)機(jī)F來代替全熱換熱器風(fēng)機(jī)F1與空調(diào)器風(fēng)機(jī)F2工作能夠大幅度提高熱回收空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的工作性能。在只采用一臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，為保證空調(diào)效果，該臺風(fēng)機(jī)F所提供的風(fēng)量不能減小，所提供的壓頭也要能克服全熱換熱器、空調(diào)器及其連接管道的阻力之和。因此風(fēng)機(jī)的選型變得尤為重要。

本節(jié)以北京地區(qū)某家庭安裝的熱回收空調(diào)系統(tǒng)為例，設(shè)計(jì)風(fēng)量為500m3/h。管道長5m，采用斷面尺寸為250mm×160mm的膠合板標(biāo)準(zhǔn)矩形風(fēng)管。全熱換熱器進(jìn)氣側(cè)的阻力為：ΔP=1978.951.998，送風(fēng)風(fēng)機(jī)F1的選型參數(shù)為：1=525m3/h，1=110Pa；空調(diào)器蒸發(fā)器空氣側(cè)的阻力為：ΔP=2003.8781.7，空調(diào)器風(fēng)機(jī)F2的選型參數(shù)為：2=525m3/h，2=140Pa。

為使計(jì)算簡便，首先作如下假設(shè)：

（1）假定管道只有一個送風(fēng)口；

（2）風(fēng)機(jī)及設(shè)備所占的管道長度忽略不計(jì)；

（3）除送風(fēng)口外，其他部件處的面積均假設(shè)為管道面積。

已知膠合板標(biāo)準(zhǔn)矩形風(fēng)管管道摩阻系數(shù)＝0.06，管道的實(shí)際面積A=0.04m2。管道送風(fēng)口面積A=0.07m2。夏季北京地區(qū)的空氣密度值為1.136kg/m3。管道送風(fēng)口局部阻力系數(shù)取1.0，進(jìn)風(fēng)口局部阻力系數(shù)取0.9，閥門及其它局部阻力系數(shù)之和取1。

根據(jù)已知信息，計(jì)算得到k＝3088.714。將其代入（2）式，可得管道阻力的計(jì)算式。

單安裝全熱換熱器時管道的阻力：

1=3088.7142+1978.951.998（3）

單安裝空調(diào)器時管道的阻力：

2=3088.7142+1973.8781.7（4）

兩臺設(shè)備聯(lián)用時管道的阻力：

=3088.7142+1978.951.998+1793.8781.7（5）

在設(shè)計(jì)風(fēng)量=500m3/h下，1=97.91Pa，1=122.15Pa，=160.47Pa。

同時風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與風(fēng)壓，考慮一定安全裕度為

=1.05×500=525m3/h （6）

=1.1×160.47=176.52Pa（7）

由于當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?9860Pa，溫度為33.2℃，與標(biāo)準(zhǔn)條件不符，風(fēng)壓需進(jìn)行換算。標(biāo)準(zhǔn)條件下的風(fēng)壓：

由于風(fēng)機(jī)在民用空調(diào)系統(tǒng)中工作，考慮到噪聲要求，風(fēng)機(jī)F可選用FGD系列方接口低噪聲管道風(fēng)機(jī)，F(xiàn)GD-I No.40-20M風(fēng)機(jī)滿足要求。根據(jù)式（3）～（5），可做出管道特性曲線，得到風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行曲線，如圖6所示（由于篇幅所限，只列出兩臺設(shè)備聯(lián)用時的風(fēng)機(jī)選型結(jié)果圖）。聯(lián)用后，風(fēng)機(jī)F的工作參數(shù)（即圖上M點(diǎn)坐標(biāo)）為：=518.50m3/h，=171.83Pa。

圖6 風(fēng)機(jī)F運(yùn)行工況圖

Fig.6 Operation diagram of blower F

4 結(jié)論

本文對不同情況下熱回收空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況進(jìn)行了研究，得到的結(jié)論如下：

（1）全熱換熱器和空調(diào)器作為兩個獨(dú)立的產(chǎn)品，將兩者進(jìn)行簡單串聯(lián)使用時，應(yīng)注意合理布置管道，以避免風(fēng)機(jī)在操作性很差的工況點(diǎn)運(yùn)行；

（2）當(dāng)全熱換熱器與空調(diào)器聯(lián)合運(yùn)行時，應(yīng)該采用一臺風(fēng)機(jī)取代全熱換熱器和空調(diào)器的兩臺風(fēng)機(jī)，使其運(yùn)行效率最大，同時滿足全熱換熱器及空調(diào)機(jī)的性能要求；

（2）在采用一臺風(fēng)機(jī)取代兩臺風(fēng)機(jī)工作時，應(yīng)選擇合理的風(fēng)機(jī)型號，在選擇該臺風(fēng)機(jī)時應(yīng)遵循的原則為：風(fēng)量保持不變，風(fēng)壓為原來兩臺風(fēng)機(jī)風(fēng)壓之和的0.5～1倍，如果風(fēng)機(jī)實(shí)際工作環(huán)境與標(biāo)準(zhǔn)條件不一樣，還應(yīng)進(jìn)行性能參數(shù)換算。

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Matching Performance and Selection of Blower for Heat Recovery Air Conditioning System

Li Hongmin

( School of Energy Science and Engineering, Central South University, Changsha, 410083 )

Heat recovery air conditioning system can significantly reduce the energy consumption of air conditioning systems and it has the merit of highly automatic, energy saving and environmental. In this paper, the blower operating conditions of heat recovery air conditioning system were studied under different situation. The results show that the use of a single blower to replace the two blower of heat recovery ventilator and air conditioner can greatly improve the performance of the blower. The research in this paper can provide a reference for the promotion and application of heat recovery air conditioning system in air conditioning industry.

heat recovery air conditioning system; blower; operation condition

1671-6612（2018）06-595-04

TK091

A

李紅民（1969-），男，研究生，實(shí)驗(yàn)師，E-mail：19057407@qq.com

2018-01-11