大空間應用新風換氣機加風機盤管的節(jié)能分析

周朝霞，葉曉江

（武漢工程大學理學院，湖北 武漢 430074）

0 引 言

隨著人類生存和發(fā)展的需求，各種規(guī)模宏大、功能復雜的公共建筑拔地而起，公共建筑的能耗電量已接近城市建筑能耗電量的50%，而空調能耗占建筑能耗的33%～45%［1－2］，巨大的能耗在能源危機的今天已越來越引起人們的關注，在充分發(fā)揮這些建筑的功能，創(chuàng)造優(yōu)質環(huán)境的同時，暖通空調技術也在不斷的進步，也在不斷地探索節(jié)能的方法和措施.對于公共建筑的大空間空調分兩種情況，一種是體型復雜，空間大小不規(guī)則，空間高度大于5m以上，主要采取分層空調，自然通風，土壤熱利用等方式，以達到節(jié)能的目的［3］；另一種是體型比較規(guī)整，房間吊頂凈高在4m左右的大空間，常規(guī)空調方式是采用一次回風（無再熱）的空調方式，筆者主要針對后者情況，對照常規(guī)空調一次回風（無再熱）的空調方式，分析采用新風換氣機加風機盤管系統(tǒng)的工況及節(jié)能效果.

1 采用新風換氣機方式

新風換氣機的主要部件是空氣熱回收裝置，按空氣熱交換器的種類可分為板翅式、板式、熱管式、轉輪式等幾種，按回收熱量的性質來分有顯熱回收新風換氣機與全熱回收新風換氣機.市場上的新風換氣機有以下幾種形式：①采用導熱透濕的紙制板式空氣全熱回收裝置；②采用鋁箔換熱器的板翅式空氣顯熱回收裝置；③轉輪式全熱回收裝置等［4］.

在常規(guī)的風機盤管加新風空調系統(tǒng)中，新風單獨設置并分別送入房間，多余的空氣靠房間正壓從門窗縫隙排出，但在有些封閉嚴密的建筑中，門窗縫隙滲透量不及送入房間的新風量，因而當房間正壓過大時將有可能產生新風量不足的現象.用新風換氣機代替新風機組來供應新風，在供給新風的同時置換出等量室內污濁的空氣，從這一方面來看，新風換氣機有其明顯優(yōu)勢［4］，另一方面，新風換氣機內不需要設置盤管，既省去了人工提供的冷量，又達到熱量回收的目的，這是新風換氣機的又一個節(jié)能優(yōu)勢，因此，新風換氣機已普遍取代過去采用風機盤管加獨立新風系統(tǒng)場合中的新風機組.但在體型比較規(guī)整，房間吊頂凈高在4m左右的大空間采用新風換氣機，卻有不同的觀點，有學者持謹慎的態(tài)度.筆者通過一工程實例的工況和節(jié)能分析，說明在這種大空間同樣能采用新風換氣機加風機盤管系統(tǒng)，并且節(jié)能效果顯著.

2 新風換氣機加風機盤管系統(tǒng)的工況分析

以全熱回收型新風換氣機為例分析新風換氣機加風機盤管系統(tǒng)的工況，并與常規(guī)一次回風（無再熱）全空氣系統(tǒng)對比進行節(jié)能分析.

武漢市某450m2大空間辦公室，室內負荷：夏季冷負荷54.9kW，冬季熱負荷51.3kW，全年濕負荷18.5kg／h，室內人員數量113人，人均新風量20m3／h，武漢市室內外空調計算參數如表1所示.

表1 武漢室內外空調計算參數Table 1 Calculation parameter of indoor and outdoor air conditioner in Wuhan ℃

2.1 夏季工況分析

圖1是風機盤管空調系統(tǒng)中采用全熱回收型新風換氣機供給新風的系統(tǒng)布置圖，圖2是該系統(tǒng)夏季處理過程的h－d（焓濕圖）示意圖.

圖1 全熱新風換氣機加風機盤管系統(tǒng)平面圖Fig.1 Total－h(huán)eat fresh air ventilator plus fan－coil system layout

（1）確定新風換氣機新風出口狀態(tài)點

全熱回收新風換氣機的空氣既有顯熱（溫度）的變化，又有全熱（焓）的變化，根據大金HRV全熱交換器資料，其顯熱交換效率為75%，夏季全熱交換效率為61%，故計算新風經全熱交換器后的工況點：

tOX＝tWX－（tWX－tN）×75%＝35.2－（35.2－26）×75%＝28.3℃

hOX＝hWX－（hWX－h(huán)N）×61%＝91－（91－53）×61%＝67.82kJ／kg（干）

過28.3℃的等溫線與過67.82kJ／kg（干）的等焓線相交，即可得OX點.

（2）確定室內送風狀態(tài)點

過室內狀態(tài)點N，作室內熱濕比線ε（ε＝10 683kJ／kg）線與φ＝90%線相交于O＇點（tO＇＝14℃，hO＇＝36.8kJ／kg（干）），因該點低于室內空氣露點溫度（tluN＝15℃），所以不合適，為防止風口結露，取送風溫度為tO＝16℃，tO等溫線與ε線的交點即為室內送風狀態(tài)點O（hO＝39.5kJ／kg（干），tO＝16℃）.

（3）空調房間總送風量

（4）房間新風量、新風百分比、換氣次數

GW＝113×20＝2 260m3／h（0.75kg／s）

新風百分比m＝2 260／12 210＝18.5%

新風百分比為18.5%，按辦公室房間凈高4m考慮，換氣次數為6.78次／小時，合理.

（5）全熱新風換氣機的選擇

新風換氣機處理的冷量QX＝GW×（hWX－h(huán)OX）＝0.75×（91－67.82）＝17.39kW

由新風量2 260m3／h，冷量17.39kW 選擇BCF－2500DA型新風換氣機一臺.

（6）確定混合狀態(tài)點

連接N點和OX點的連線與hC＝55.74kJ／kg（干）的等焓線交點即為混合狀態(tài)點C（tC＝26.4℃，hC＝55.74kJ／kg（干））

（7）風機盤管負擔風量GF＝G＝12 210m3／h（4.07kg／s）

（8）風機盤管全熱冷量、顯熱冷量

QT＝G（hC－h(huán)O）＝4.07（55.74－39.5）＝66.10kW

QS＝G×CP（tC－tO）＝4.07×1.01×（26.4－16）＝42.75kW

（9）風機盤管選擇

風機盤管選擇 MCW－1400MD－3LBFA－AA型5臺，機組余壓30Pa，全熱冷量富裕1.8%，顯熱冷量富裕14.7%，高檔風量不足2.6%，但房間換氣次數仍有6.1次／h，完全滿足要求.

2.2 常規(guī)系統(tǒng)設計

大空間空調往往采用常規(guī)的一次回風（無再熱）全空氣空調系統(tǒng)，作為對照，再按常規(guī)系統(tǒng)進行空調機組冷量的計算.其空氣處理過程及工況點確定過程略，空調機組處理風量為12 210m3／h（4.07kg／s），新風量為2 260m3／h（0.75kg／s），空調機組全熱冷量、顯熱冷量分別為：

QT＝G（hC－h(huán)L）＝4.07（60－36.8）＝94.42kW

QS＝G×CP（tC－tL）＝4.07×1.01×（27.8－14）＝56.73kW

3 節(jié)能分析與評價

（2）從本例可以看出，對于長江流域夏熱冬冷的熱濕地區(qū)，在相似的室外設計條件下，對于新風比不大于20%，熱濕比線比較平緩的場所，如商場、會議室、餐飲等，上述分析計算具有普遍意義，大空間空調仍然可以應用新風換氣機加風機盤管系統(tǒng)，并且節(jié)能效果顯著.

（3）當室外設計參數朝著溫度降低、相對濕度增加的方向變化時，節(jié)能效果及室內參數將朝著有利于全熱回收的方向發(fā)展.

（4）采用全熱回收新風換氣機供應空調系統(tǒng)的新風，省去了為風機盤管加新風系統(tǒng)設置配套的排風設施.

（5）在大空間中采用全熱新風換氣機相比一次回風全空氣空調系統(tǒng)的空調機房內的新回風混合過程，具有換氣充分、新風量保證、節(jié)能等優(yōu)點，適合建筑空間不復雜，吊頂下凈高在4m左右不需要分層空調的大空間建筑.如寫字樓、會議室、展廳、商場、宴會廳等.

（6）在大空間中應用全熱新風換氣機加風機盤管系統(tǒng)能夠省去專門為放置空調機組而預留或分割出的空調機房，全熱新風換氣機尺寸比空調機組的尺寸小，可以吊頂在兩個主梁之間，不占用有效空間，且新風管較一次回風的送風管小許多，風機盤管及其接管也可以放置在主梁之間，大大減少空調所占用的吊頂空間，從而降低建筑層高，降低建筑造價.

4 結 語

對于大空間公共建筑的空調系統(tǒng)設計，《采暖、通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》（GB50019－2003）和《公共建筑節(jié)能設計標準》（GB50189－2005）都有相應的規(guī)定與要求.比如前者規(guī)定，對于人員較多、空間較大的空氣調節(jié)區(qū)，宜采用全空氣空調系統(tǒng)；全空氣空調系統(tǒng)可用新風作冷源時，應最大限度地使用新風.后者的相關條文中也明確規(guī)定了，對于房間面積或空間較大、人員較多的空調區(qū)，其空調系統(tǒng)不宜采用風機盤管系統(tǒng)；設計定風量全空氣空調系統(tǒng)時，應考慮實現全新風運行或可調新風比的可能性，同時應設計相應的排風系統(tǒng)［5－8］.縱觀兩個規(guī)范的規(guī)定，可以看出雖然編者沒有提倡在大空間空調設計中采用風機盤管，但編者都旨在說明要充分利用新風的冷量以達到節(jié)能的目的.過去風機盤管加獨立新風系統(tǒng)都是用新風機組來處理新風，不但需要人工提供冷量，而且全年新風量不變，一般是按冬夏計算的最小新風量，同時為保證新風量還必須有配套的排風系統(tǒng)，不可能充分利用新風的冷量，是不節(jié)能的空調設計，當然不被編者所提倡.而今全熱新風換氣機的出現，取代了新風機組，提升了風機盤管系統(tǒng)的空調品質，不但節(jié)能還能保證新風量供應，并且省去了全空氣系統(tǒng)中為保證充分利用新風冷量而設置的許多自控元件系統(tǒng).因此，筆者認為全熱新風換氣機加風機盤管系統(tǒng)非常適合于房間吊頂凈高在4m左右大空間的空調.

［1］王遠，魏慶芃，薛志峰，等.大型公建節(jié)能會診（三）——調查分析篇大型公建建筑能耗調查分析［J］.建設科技，2007（2）：17－19.WANG Yuan，WEI Qing－peng，XUE Zhi－feng，et al.Large scale public building conference （Ⅲ ）－Investigation section of large scale public building energy consumption investigation［J］.Building Technology，2007（2）：17－19.（in Chinese）

［2］何華，周智勇，龍?zhí)煊?，?重慶市江北區(qū)公共建筑能耗調研［J］.燃氣與熱力，2009，29（10）：A22－A26.HE Hua，ZHOU Zhi－yong，LONG Tian－yu，et al.Energy consumption investigation of public building in jiang bei section of chong qing city［J］.Combustion Gas and Thermodynamic，2009，29（10）：A22－A26.（in Chinese）

［3］趙國慶.大空間建筑空調設計概述［J］.低溫與特氣，2007，25（5）：7－9.ZHAO Guo－qing.Summary of large space building air－conditioning design［J］.Low Temperature and Special Gas，2007，25（5）：7－9.（in Chinese）

［4］李向東.住宅空調系統(tǒng)設計與室內空氣質量研究［D］.西安：西安建筑科技大學，2004.LI Xiang－dong.Design of residence air－conditioning system and quality research of indoor air ［D］.Master Thesis of Xian Building Technology University，2004.（in Chinese）

［5］北京節(jié)能環(huán)保節(jié)能服務中心.大型公建節(jié)能讀本［M］.北京：經濟日報出版社，2006.Beijing energy saving and environment protection service center.Large scale public building energy saving book［M］.Beijing：Economic Daily Press，2006.（in Chinese）

［6］周祖毅.基于大流量、大空間空調系統(tǒng)設計及運行不合理現象的思考［J］.制冷空調與電力機械，2010，31（6）：62－66.ZHOU Zu－yi.Thought on design of large space airconditioning system design and unreasonable phenomenon based on large scale human flow［J］.Refrigeration Air－conditioning and Electric Power Machinery，2010，31（6）：62－66.（in Chinese）

［7］中華人民共和國建設部.GB50019－2003，采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2003.Construction department of The People’s Republic of China.GB50019－2003The code for design of heating ventilation and air conditioning［S］.Beijing：China Planning Press，2003.（in Chinese）

［8］中華人民共和國建設部.GB50189－2005公共建筑節(jié)能設計標準［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.Construction department of The People’s Republic of China.GB50189－2005The code for energy saving design of public building ［S］.Beijing： China Architecture and Building Press，2005.（in Chinese）