熱回收新風(fēng)機(jī)組風(fēng)量優(yōu)化控制的研究

何冠成 劉大為 施 慧 鄭 帥

（1.威凱檢測技術(shù)有限公司 廣州 510663； 2.江蘇黑森林環(huán)?？萍加邢薰?蘇州 215631；3.嘉興威凱檢測技術(shù)有限公司 嘉興 314000）

引言

熱回收新風(fēng)機(jī)組具有高效、節(jié)能的特點，其熱回收率一般為（55～70）%，也就是說機(jī)組會把（30～45）%的熱量帶入建筑內(nèi)。由于建筑的新風(fēng)需求量是隨著人員、空氣質(zhì)量而變化的，如果熱回收新風(fēng)機(jī)組不能根據(jù)這些因素來自動調(diào)節(jié)新風(fēng)量，一直維持在高風(fēng)檔，就會為建筑帶來不必要的熱負(fù)荷，空調(diào)系統(tǒng)除去這些熱負(fù)荷又需要消耗更額外的電能，而且高風(fēng)檔下機(jī)組的噪聲比較大，用戶體驗差。

本文研究熱回收新風(fēng)機(jī)組工作原理及風(fēng)量控制技術(shù)，通過實驗反映風(fēng)量與噪聲、熱負(fù)荷、新風(fēng)-空調(diào)系統(tǒng)功率的關(guān)系，并驗證在熱回收新風(fēng)機(jī)組與空調(diào)器配合使用情況下，風(fēng)量自適應(yīng)控制的可行性與優(yōu)越性，為熱回收新風(fēng)裝置風(fēng)量控制的優(yōu)化提供實證。

1 熱回收新風(fēng)機(jī)組

熱回收新風(fēng)機(jī)組是以顯熱或全熱回收裝置為核心,通過風(fēng)機(jī)驅(qū)動空氣流動實現(xiàn)新風(fēng)對排風(fēng)能量的回收和新風(fēng)過濾的設(shè)備[1]。熱回收新風(fēng)機(jī)組進(jìn)行室內(nèi)、外空氣交換的過程分為兩個：其一，室內(nèi)空氣經(jīng)排風(fēng)管排除，通過過濾器向室外進(jìn)行排放；其二，室外新鮮空氣通過風(fēng)口進(jìn)入機(jī)組，途徑過濾器進(jìn)行過濾后，再通過機(jī)組風(fēng)扇吹向室內(nèi)。相同的送風(fēng)、回風(fēng)量不但保證了室內(nèi)外空氣再不斷的更新，同時，也可以進(jìn)行室內(nèi)、室外的冷熱交換，保證了室內(nèi)溫度舒適。新風(fēng)熱回收機(jī)組一般會與空調(diào)系統(tǒng)配合使用，應(yīng)用于大型人員密集場所，可增加室內(nèi)空氣的新鮮度，保持室內(nèi)空氣的溫、濕度指標(biāo)，減少空調(diào)負(fù)荷、降低空調(diào)設(shè)備的容量和日常運行費用，以達(dá)到空氣凈化和節(jié)能的雙重目的。

熱回收新風(fēng)機(jī)組的熱回收率一般為（55～70）%，意味著機(jī)組會帶來把（30～45）%的熱量帶入建筑內(nèi)，這部分熱負(fù)荷需要空調(diào)系統(tǒng)來平衡。由于建筑的新風(fēng)需求量是隨著人員、空氣質(zhì)量而變化的，如果熱回收新風(fēng)機(jī)組不能根據(jù)這些因素來自動調(diào)節(jié)新風(fēng)量，而一直維持在高風(fēng)檔，會有以下不良影響：①為建筑帶來額外的熱負(fù)荷，增加空調(diào)系統(tǒng)的能耗；②噪聲比較大，用戶體驗不好；③降低熱回收新風(fēng)機(jī)組的熱回收率。因此有必要對新風(fēng)熱回收裝置風(fēng)量控制進(jìn)行優(yōu)化，以提高產(chǎn)品的實用效果。

2 風(fēng)量控制技術(shù)

目前熱回收新風(fēng)機(jī)組的風(fēng)量控制方式主要分為三種，開關(guān)式控制、多擋調(diào)速控制和自適應(yīng)調(diào)速控制。開關(guān)式控制通過控制風(fēng)扇電機(jī)的啟停，實現(xiàn)熱回收新風(fēng)機(jī)組的開啟和關(guān)閉，使用過程中風(fēng)扇電機(jī)保持同一個速度，風(fēng)量不會變化。多擋調(diào)速控制一般采用3～4個擋位，用戶可以手動調(diào)整風(fēng)量，如房屋剛裝修時，為了降低室內(nèi)甲醛、苯類、VOC濃度，增加室、內(nèi)外空氣交換次數(shù)，可將擋位調(diào)至高風(fēng)擋位，夜晚睡眠時間，新風(fēng)量需求降低，為了獲得較低的噪音，可將擋位調(diào)至低風(fēng)擋位。自適應(yīng)調(diào)速型控制，可實現(xiàn)熱回收新風(fēng)機(jī)組的風(fēng)量自動調(diào)節(jié)，根據(jù)室內(nèi)空氣污染情況、溫度情況自動調(diào)整風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速、或整機(jī)的運行模式，從而控制風(fēng)量，三種控制方式接線原理如圖1所示。顯然具有自適應(yīng)調(diào)速控制風(fēng)量的熱回收新風(fēng)機(jī)組更符合智能、節(jié)能的需要。

圖1 風(fēng)量控制方式

黑森林ERV系列的熱回收新風(fēng)機(jī)組使用了自適應(yīng)調(diào)速風(fēng)量控制技術(shù)，具有運行模式分為，智能、手動、內(nèi)循環(huán)、睡眠、單送風(fēng)、單排風(fēng)等多種模式，產(chǎn)品配備HK-G6控制系統(tǒng)及直流變頻無刷電機(jī)，通過控制系統(tǒng)設(shè)置7個VSP電壓值，將電機(jī)運行擋位設(shè)定為7個擋位，接近無極調(diào)速?？刂葡到y(tǒng)可根據(jù)不同運行模式依據(jù)不同的邏輯調(diào)整VSP實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)速風(fēng)量控制。在智能模式下，通過傳感器的實時檢測與反饋，可根據(jù)過濾后的室外溫度值、運行時間、PM2.5濃度值及CO2濃度值四個因素，自主運行調(diào)整至合適的擋位。以ERV-350QDJ-HD-L-N（BO）型號（風(fēng)量350 m3/h）為例，不同自適應(yīng)控制邏輯下，機(jī)組的運行狀態(tài)如表1所示。

表1 智能模式控制邏輯及運行狀態(tài)

自適應(yīng)調(diào)速風(fēng)量控制技術(shù)通過直流無刷電機(jī)本身的高效率及良好的調(diào)速性，將手動調(diào)擋控制方式精細(xì)化、自動化，風(fēng)量擋位由原來的3擋調(diào)至8擋，結(jié)合多位傳感器的監(jiān)測、反饋數(shù)據(jù)，實時管理運行模式，按需工作，從而降低了熱回收新風(fēng)機(jī)組的能耗，減少室內(nèi)熱負(fù)荷。

3 試驗方案與結(jié)果分析

3.1 試驗方案與結(jié)果

為了分析風(fēng)量控制系統(tǒng)在不同新風(fēng)需求下的應(yīng)用特性設(shè)計試驗，測試熱回收新風(fēng)機(jī)組在不同的新風(fēng)需求下，機(jī)組的熱負(fù)荷、噪聲、新風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)耗電量。本文采用ERV-350QDJ-HD-L-N（BO）型號為試驗樣機(jī)，熱回收新風(fēng)機(jī)組的性能參數(shù)如表2所示。

表2 熱回收新風(fēng)機(jī)組性能參數(shù)

3.1.1 風(fēng)量-熱負(fù)荷試驗方案與結(jié)果

有研究[2]表明，新風(fēng)機(jī)組為房間提供新鮮空氣同時會增加房間熱負(fù)荷，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21087-2020《熱回收新風(fēng)機(jī)組》（下文簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》）安裝樣機(jī)，使用《標(biāo)準(zhǔn)》附錄F中F.1.3兩室法進(jìn)行風(fēng)量測試，熱負(fù)荷通過下公式（1）計算：

式中：

C—熱負(fù)荷，W；

qhm—換風(fēng)量（取送風(fēng)質(zhì)量流量與回風(fēng)質(zhì)量流量中較大者），kg/s。

風(fēng)量-熱負(fù)荷測試的結(jié)果如表3所示。

表3 制冷工況下風(fēng)量-熱負(fù)荷試驗結(jié)果

風(fēng)量-熱負(fù)荷關(guān)系曲線如圖2所示。

圖2 風(fēng)量-熱負(fù)荷關(guān)系圖

3.1.2 風(fēng)量-噪聲試驗方案與結(jié)果

參考《標(biāo)準(zhǔn)》附錄I對樣機(jī)的進(jìn)行噪聲測試，測試在焓差實驗室進(jìn)行，測試環(huán)境本底噪聲為43.5（dB（A））

風(fēng)量-噪聲測試的結(jié)果如表4所示。

表4 制冷工況下風(fēng)量-噪聲試驗結(jié)果

風(fēng)量-噪聲的關(guān)系曲線如圖3所示。

圖3 風(fēng)量-噪聲關(guān)系圖

3.1.3 風(fēng)量-系統(tǒng)消耗功率試驗方案與結(jié)果

試驗采用ERV-350QDJ-HD-L-N（BO）型熱回收新風(fēng)機(jī)組與名義制冷量為5 900 W的落地式房間空氣調(diào)節(jié)器組成新風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)，落地式房間空氣調(diào)節(jié)器的性能參數(shù)如表5所示。

表5 制冷工況下風(fēng)量-系統(tǒng)消耗功率試驗結(jié)果

使用10 HP空調(diào)器焓差試驗室的兩個間室分別模擬室外環(huán)境、室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行風(fēng)量-系統(tǒng)消耗功率測試。新風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)的安裝方式如圖4所示。

圖4 新風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)試驗布置圖

測試期間室外側(cè)開啟空氣調(diào)節(jié)裝置，新風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)干/濕球溫度控制在35/24 ℃, 室內(nèi)側(cè)不開啟空氣調(diào)節(jié)裝置，模擬熱負(fù)荷的輸入功率調(diào)節(jié)與空調(diào)器的名義制冷量一致。掛壁式房間空氣調(diào)節(jié)器以制冷模式運行，溫度設(shè)置為26 ℃，風(fēng)檔為自動檔，其他功能不開啟。熱回收新風(fēng)機(jī)組以不同的風(fēng)量狀態(tài)分別進(jìn)行測試，調(diào)節(jié)風(fēng)量后，穩(wěn)定30 min后，開始記錄新風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)耗電量、空調(diào)器室內(nèi)側(cè)回風(fēng)溫度等參數(shù)，記錄約30 min的數(shù)據(jù)，取各數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值作測試結(jié)果。

風(fēng)量-系統(tǒng)消耗功率測試的結(jié)果如表5所示。

風(fēng)量-系統(tǒng)消耗功率的關(guān)系曲線如圖5所示。

圖5 風(fēng)量-系統(tǒng)消耗功率關(guān)系圖

3.2 結(jié)果分析

試驗結(jié)果表明：

1）自適應(yīng)調(diào)速風(fēng)量控制技術(shù)在熱回收新風(fēng)機(jī)組的應(yīng)用可行有效,風(fēng)量調(diào)節(jié)精度可達(dá)30 m3/h。

2）新風(fēng)量對熱負(fù)荷有明顯影響，并呈線性關(guān)系。隨著新風(fēng)量的增加，熱回收新風(fēng)機(jī)組的熱負(fù)荷從438 W上升至1 482 W。

3）新風(fēng)量與噪聲的關(guān)系明顯，隨著新風(fēng)量的減少，自適應(yīng)調(diào)速風(fēng)量控制可降低熱回收新風(fēng)機(jī)組的噪聲9.3 dB（A）

4）新風(fēng)量對新風(fēng)-空調(diào)系統(tǒng)的消耗功率有明顯影響，在新風(fēng)需求小的情況下，自適應(yīng)調(diào)速風(fēng)量控制最多可降低新風(fēng)-空調(diào)系統(tǒng)15.6 %的消耗功率。

4 結(jié)束語

本文通過實驗驗證了熱回收新風(fēng)機(jī)組的新風(fēng)量與熱負(fù)荷、噪聲的關(guān)系?？刂茻峄厥招嘛L(fēng)機(jī)組的風(fēng)量，可有效提高焓交換效率，降低噪聲，降低新風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)的功率。使用熱回收新風(fēng)機(jī)組時，建筑通風(fēng)工程往往按照會最大新風(fēng)需求來選型，而在建筑實際新風(fēng)需求小于設(shè)計值的情況下會造成資源浪費。根據(jù)新風(fēng)需求對熱回收新風(fēng)機(jī)組的風(fēng)量進(jìn)行優(yōu)化控制是可行與有益的，本文為熱回收新風(fēng)機(jī)組風(fēng)量控制的優(yōu)化提供實證。