丑雪松，韋新東，陶 進(jìn)

（1：吉林建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，吉林 長春 130118；2：吉林建筑科技學(xué)院市政與環(huán)境工程學(xué)院，吉林 長春 130114）

0 引言

如今隨著人們生活水平的提高，對(duì)建筑已經(jīng)不僅是為了遮風(fēng)擋雨、御寒保暖等一些基本要求，除此之外對(duì)所居住的建筑室內(nèi)空氣品質(zhì)也有著極高的要求，這加劇了空調(diào)系統(tǒng)的消耗。而在空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗中，新風(fēng)負(fù)荷卻占據(jù)了30%以上[1]。在嚴(yán)寒地區(qū)，冬季室內(nèi)的排風(fēng)中存在著大量的熱能，如果全部排到室外會(huì)浪費(fèi)掉很多能源。所以對(duì)室內(nèi)排風(fēng)中的熱能進(jìn)行再回收顯得尤為重要。對(duì)此，我們選擇通過實(shí)際工程——對(duì)吉林建筑科技學(xué)院近零能耗建筑中的新風(fēng)熱回收效率進(jìn)行實(shí)測(cè)，并分析所得到的數(shù)據(jù)計(jì)算節(jié)能效果。

1 測(cè)試地點(diǎn)簡介

此次研究地點(diǎn)位于吉林省長春市，長春市位于東經(jīng)125 °35 ′，北緯43 °88 ′，地處嚴(yán)寒地區(qū)。該近零能耗建筑位于長春市吉林建筑科技學(xué)院校內(nèi)東部，是學(xué)校工程訓(xùn)練實(shí)訓(xùn)中心的附屬建筑。該建筑是一所集多項(xiàng)建筑節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)和清潔能源及可再生能源利用技術(shù)的多能互補(bǔ)型建筑，共2 層，總面積為1 180 m2。建筑新風(fēng)系統(tǒng)為室內(nèi)工作區(qū)域提供新風(fēng)量，房間內(nèi)送風(fēng)方式采用上送下回以此滿足室內(nèi)人員的新風(fēng)需求[2]。

2 新風(fēng)熱回收測(cè)試

2.1 測(cè)試系統(tǒng)簡介

本建筑所用的熱交換器為全熱交換器，它既可以回收室內(nèi)排風(fēng)中的顯熱，也可以回收排風(fēng)中的潛熱。溫度低的新風(fēng)與室內(nèi)排出的高溫度排風(fēng)在換熱器的同一側(cè)，兩股氣流由于溫度差及蒸汽分壓差的原因，在經(jīng)過換熱器的芯體時(shí)產(chǎn)生全熱交換過程。新風(fēng)回收室內(nèi)排風(fēng)中的部分能量從而提高自身，使得用相對(duì)較少的電能即可將新風(fēng)加熱到足以向室內(nèi)送風(fēng)的狀態(tài)，從而達(dá)到節(jié)能的效果。

由于本次測(cè)試在嚴(yán)寒地區(qū)的供暖期內(nèi)，所以新風(fēng)溫度的控制極為重要，經(jīng)調(diào)查，嚴(yán)寒地區(qū)工程都會(huì)將新風(fēng)預(yù)熱到5 ℃左右[3]，在室外新風(fēng)溫度高于5℃時(shí)，采用如圖1 的處理方式。

圖1 冬季新風(fēng)熱回收流程圖

而在室外新風(fēng)達(dá)不到5 ℃時(shí)，尤其當(dāng)室外溫度低于0 ℃時(shí)，我們將開啟電輔助系統(tǒng)，先將室外新風(fēng)預(yù)熱到5 ℃左右，再將預(yù)熱后的新風(fēng)送入熱交換機(jī)，從而與室內(nèi)排風(fēng)在交換機(jī)內(nèi)進(jìn)行熱交換。流程如圖2 所示。

圖2 冬季電預(yù)熱新風(fēng)熱回收流程圖

2.2 測(cè)試方法

2.2.1 新風(fēng)量測(cè)試

根據(jù)《公共建筑節(jié)能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)其新風(fēng)量采取風(fēng)管、風(fēng)量檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)。由于此次試驗(yàn)測(cè)試的風(fēng)管斷面尺寸皆為0.5 m×0.5 m。所以在矩形截面縱橫比小于1.5 的情況下，在風(fēng)管上采取5 個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)位置分布如圖3 所示。

圖3 風(fēng)管測(cè)試點(diǎn)

圖中A 代表風(fēng)管的邊長，依據(jù)此項(xiàng)目中風(fēng)管的邊長為0.5 m，對(duì)新風(fēng)管進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布置，測(cè)試前，關(guān)閉新風(fēng)機(jī)組空氣處理系統(tǒng)，即加濕、加熱、風(fēng)機(jī)等。并將機(jī)組內(nèi)部旁通風(fēng)閥關(guān)閉。采用數(shù)字式風(fēng)速儀對(duì)風(fēng)管斷面風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量并取得算數(shù)平均值。經(jīng)測(cè)試，新風(fēng)管內(nèi)平均風(fēng)速為1.8 m/s，室內(nèi)排風(fēng)管內(nèi)平均風(fēng)速為3.7 m/s。

2.2.2 熱回收效率測(cè)試

在開始測(cè)試前，同樣關(guān)閉新風(fēng)機(jī)組空氣處理系統(tǒng)，即加濕、加熱、風(fēng)機(jī)等。并將機(jī)組內(nèi)部旁通風(fēng)閥關(guān)閉。工作完成后開啟全熱回收機(jī)，進(jìn)行對(duì)交換效率的測(cè)試。在每天開始測(cè)試前，需將新風(fēng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行30 min，并在其穩(wěn)定運(yùn)行后，將具有自動(dòng)記錄功能的4 個(gè)WSZY—1 溫濕度自記儀分別安置在全熱回收機(jī)前后的新風(fēng)管、送風(fēng)管、回風(fēng)管及排風(fēng)管內(nèi)部。各個(gè)位置的溫濕度測(cè)試頻次為1 次/min，測(cè)試時(shí)間為30 min，共30 次測(cè)量。

2.3 測(cè)試結(jié)果

熱回收效率是評(píng)價(jià)一個(gè)熱回收裝置換熱性能的重要指標(biāo)[4]。根據(jù)《近零能耗建筑測(cè)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)》可知，近零能耗建筑新風(fēng)熱回收機(jī)組的交換效率在熱量回收的工況下，要求顯熱交換效率≥75%，全熱交換效率≥70%。其計(jì)算公式如下：

式（1）中：ηwd，ηh分別為顯熱交換效率和全熱交換效率，%；toA，tsA和tRA分別代表新風(fēng)干球溫度、送風(fēng)干球溫度及室內(nèi)回風(fēng)干球溫度，℃；hoA，hsA，hRA分別代表新風(fēng)焓值、送風(fēng)焓值及室內(nèi)回風(fēng)焓值，kJ/kg。本次選取了長春市冬季供暖期期間的 10 d（2019.12.31—2020.01.09）進(jìn)行新風(fēng)熱回收效率的測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如圖4 所示。

圖4 交換效率

由上述試驗(yàn)得到的管內(nèi)風(fēng)速可計(jì)算得出：新風(fēng)熱回收機(jī)組的新風(fēng)量為1 620 m3/h。室內(nèi)排風(fēng)量為3 330 m3/h。并通過計(jì)算得到熱回收新風(fēng)機(jī)組新風(fēng)單位風(fēng)量耗功率為0.4 W/（m3/h）。根據(jù)李雪華[5]所做的試驗(yàn)可知，迎面風(fēng)速對(duì)于熱回收效果影響很大。由于本次測(cè)試期間風(fēng)管內(nèi)平均風(fēng)速在合理的迎面風(fēng)速范圍內(nèi)，所以通過圖4 的測(cè)試結(jié)果可以看出，測(cè)試期間該建筑新風(fēng)熱回收系統(tǒng)顯熱交換效率平均為75%，全熱回收效率平均為73%。完全滿足《近零能耗建筑測(cè)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)》中熱回收新風(fēng)機(jī)組的交換效率要求。

3 節(jié)能分析

該近零能耗建筑冬季運(yùn)行模式主要為地源熱泵供暖，其次為太陽能光熱供暖。在滿足太陽能光熱供暖的條件下，優(yōu)先使用太陽能。試驗(yàn)期間皆為地源熱泵供暖，每日8 h 的供暖時(shí)間，且室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為26 ℃。對(duì)此進(jìn)行全熱回收的節(jié)能測(cè)試。熱回收量計(jì)算公式如下：

式中，E 為熱回收能量，kW；G 為新風(fēng)風(fēng)量，m3/h；ρ為空氣密度，kg/m3；η 為熱回收效率，%。根據(jù)式（3）計(jì)算所得測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 熱回收量測(cè)試結(jié)果

經(jīng)測(cè)試及計(jì)算，試驗(yàn)期間總熱回收量為618.12 kW·h，由熱泵機(jī)組向室內(nèi)提供的熱量為1 261 kW·h，在新風(fēng)機(jī)組運(yùn)行期間，新風(fēng)所消耗的能量為280 kW·h。因此，在試驗(yàn)期間嚴(yán)寒地區(qū)冬季新風(fēng)熱回收率為26.8%。長春市冬季供暖期為168 d，通過上述測(cè)試，供暖期間新風(fēng)熱回收機(jī)組總回收熱量約為10 384.4 kW·h，并可以為建筑實(shí)際節(jié)約近5 680.4 kW·h 的能量。按照長春市學(xué)校用電每度電0.525 元來計(jì)算。供暖期期間可節(jié)省約2 982.21 元。

4 結(jié)語

1）該近零能耗建筑冬季顯熱回收效率為75%，全熱回收效率為73%。二者均滿足《近零能耗建筑測(cè)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

2）測(cè)試期間，試驗(yàn)實(shí)際總熱回收量為338.12 kW·h，熱回收率為26.8%。整個(gè)供暖期可以為建筑節(jié)約5 680.4 kW·h 的能量，并節(jié)省約2 982.21 元。

通過測(cè)試結(jié)果及分析來看，在嚴(yán)寒地區(qū)這類受環(huán)境因素影響較大的地區(qū)，新風(fēng)熱回收機(jī)組的使用前景還是非?？捎^的，并在不斷的改進(jìn)與完善，嚴(yán)寒地區(qū)新風(fēng)熱回收機(jī)組在以后會(huì)有更廣闊的推廣價(jià)值。同時(shí)為后期如何提高嚴(yán)寒地區(qū)機(jī)組換熱效率及提高機(jī)組熱回收率等方面提供了新的研究方向。