乙二醇热回收空调系统的节能分析

技术交流园地2001年第31卷第4期乙二醇热回收空调系统的节能分析同济大学刘传聚☆滕英武朱轶勋提要介绍了带乙二醇循环裝置热回收空调系统的组成、工作原理并以上海某建筑为例比较了绕流二盘管、绕流三盘管及常规的采用再热的空调系统的能耗认为在上海地区采用绕流二盘管系统可节能23.3%采用绕流三盘管系统可节能46.6%。绕流环路热回收技术在空调节能方面具有广阔应用前景。关键词热回收系统再热系统空调能耗Energy analysis of a glycol heat recoveryair-conditioning systemByL元 Chani★,7 ng yingwu and Zhu yixunAbstract Presents the principle and make-Up of the heat recovery air-conditioning systerwith glycol circulating units. Compares its energy consumption wi th runaround loop with two orthree coil systems and the conventional reheat system in an example building in Shanghai.Theresul ts demonstrate that the total energy consumption can be reduced by 23. 3% with the twocoil system, and 46. 6%with the three coil system. Considers that the runaround loop heatrecovery system has an opt imistic prospect of popularisationKeywords heat recovery system reheat system, air-conditioning, energy consumptionTongji Uhiversity China在一般的定风量空调系统中通常在冷却盘管后设置1系统工作原理再热盘管通过增加室内冷负荷中的显热部分来维持房间图1是一绕流环路二盘管热回收系统其中包括两个的温湿度特别是当系统用于湿热地区部分负荷工况下。-通入载热流体然而这样用于再热的能量和相应增加的冷负荷非常高。一节乙二醇或水)对于新风量要求较高的场合如会议室、餐厅、接待室、医院的盘管(盘管手术室和病房等全年用于冷却和加热室外新风的能量通1和盘管2)常很高特别是在寒冷的冬季和炎热的夏季。为了减少通间乙二醇循风所带来的能耗,可以使用热回收系统回收排风中的热环泵再〔冷量这些热回收系统包括热转轮、气一气换热器、热管热盘管及连接和绕流环路系统等。绕流环路系统是这些节能系统中采用管。室外空气综合措施的高效节能系统它具有更大的经济性状态位于点绕流环路三盘管热回收系统采用一个附加的乙二醇A,室内空气环路可回收排风热并具有再热功能因此该系统既减小了中国煤化工系统状态位于点B冷冻设备的尺寸又减少了全年所需的冷量和再热能耗。THCNMHG绕流环路热回收系统的优点还有新风与回风不会产生交叉污染置于新、排风管中的盘管布置不受距离限制①☆刘传聚男,1942年9月生,大学教授暖通空调教研室主任, ASHRAE会员设置方便、灵活。上海金茂大厦在340m高处的88层观光20092上海市四平路1239号同济大学热能工程系厅等处就采用了具有这种先进节能装置的全新风空调系(021)65982382统以保证至有数罐品质达到高标准11E-mail iu@ guomai. sh en收稿日期:1999-11-29暖通空调HV&AC技术交流园地·91见图2)在夏季,室外空气先由盘管1预冷(过程AA′将热回收系统关闭段),然后再由冷冬季由于室外空气温度较低排风中可能会出现结冰14却盘管冷却去湿现象。为防止盘管结冰可安装一个三通调节阀将部分乙过程A'D段)二醇溶液旁通盘管1吸收的热2设计工况下能耗计算量在盘管2中由面以上海地区某建筑物内部一100m2的吸烟房间排风带走为例对各系统的冷负荷和再热负荷进行比较。设计参数若在冷却盘见表1空调系统的设备及所需功率见表2管后设置一个盘表1设计标准3,并使乙二醇按标准所需新风量28.4L(s人)图2空气处理过程在焓湿图上的表示溶液在盘管2和1.704kg/s人的显热冷负荷3.37kWAD机械冷却DC再热B室内空气盘管3之间流通再热系统2.5kW0.94g/s)照明冷负荷2.5kW状态点C室内送风状态点(见图3),形成绕(散湿顶荷二盘管系统流环路三盘管热室内温度24℃AA由盘管1预冷AD机械冷却回收系统则这种夏季室外空气34.0℃2.9gkg冬季室外空气设计40℃22gDC再热环路在夏季就具kg三盘管系统热回收效率50%室内总显热冷负荷5.87kWAA"由盘管1预冷A"D机械冷却有更强的去湿能DC′由盘管3再热C'C再热表2设备及运行时间2力。夏季室外空运行时间8m0~1800运行日期周一~周五经盘管1预制冷系统能耗0.42kWm冷(过程AA再热系统送风机段)然后经冷I kW再热系统排风机0.4kW就却盘管冷却去热回收系统送风机1.3kW热回收系统排风0.7kW机功率湿(过程A"D三盘管热回收系统1.5kW三盘管热回收系0.7kW段)盘管送风机功率统排风机功率收的热量由乙二醇溶液循环泵0.07kW0.9L/s循环的乙二醇热回收盘管面积0.55m2冷却盘管面积0.55m2溶液传递给盘本例为吸烟房间故采用100%新风。空气处理过程管3盘管3加见图2。为了维持室内温度24.0℃相对湿度50%室内图3绕流环路热回收/去湿空调系统送风状态必须位于点C。C点的温度tc计算如下DC'段)此时乙二醇仅在盘管1和盘管3之间循环。根据tC =t需要可以在盘管3后面设置再热盘管再热送入室内的空24.0℃气过程C'C段)因此需保留再热盘管。冬季三盘管热1.704kg/s×1.00kJ/(kg:℃)24.0℃-3.4℃=20.6℃回收系统处于热回收模式下此时其工作原理与绕流环路室内热湿比ε计算如下盘管热回收系统相同,二醇溶液仅在盘管1与盘管287kW+2.50k间循环而不经过盘管3。=8900kJ/k0.94g/s夏季也可使乙二醇同时在三盘管热回收系统中的送风状态点的空气含湿量d个热回收盘管中流通。在此过程中盘管1预冷室外空气乙二醇从室外空气中吸收热量盘管2将部分吸热量送至=dB-△d=9.29gkg0.9岁排风中盘管3吸收剩余的热量同时再热冷却盘管的出口=9.29-0.55=8.74g/kg空气。在此过程中盘管2将盘管1吸收的热量排出增加送风状态点的空气的焓hc盘管1的预冷能力降低了所需冷量。当室外空气温度高hc=hB-△h=47.9kJ/kg5.87kW+2.50kW1.704kg/s于排风温度且再热负荷较低时3个热回收盘管同时工作I/IA OLI/43.0 kJ/kg的系统效率较高。当室外空气温度接近排风温度,正如二中国煤化工见表3。盘管热回收系统中的情形一样3个热回收盘管同时工作CNMHG态点的参数的系统效率不高应将其切换至两个热回收盘管的去湿工状态点温度/℃相对湿度/%含湿量d/gkg焓h/kJ/kg作模式。34.021.90若室外空气温度介于排风温度和室内送风温度之间B24.047则该系统不仅无法回收热量反而会增加冷却盘管的负荷。因此在夏孕的絷鹕中热回收量较低或无法回收热量应92·技术交流园地2001年第31卷第4期2.1采用再热的空调系统无热回收盘管)盘管3的出口空气温度为了维持室内的空气状态采用再热系统时先用冷却12.5℃+(34.0℃-12.5℃)×0.5=23.3℃盘管将室外空气从状态A处理到状态D然后用再热盘管很明显盘管3的计算出口空气温度23.3℃(点C)将空气从状态D再加热到状态C。因而状态D点也必须高于所需的送风温度20.6℃(点C)为了将送风温度维位于8.74g/kg的等含湿量线上。选取状态D的相对湿度持在点C可调节三通阀将部分乙二醇溶液旁通至盘管为95%则D点的干球温度为12.5℃。所需冷量和再热1从而降低传热效率。通过倒推法盘管3将送风由温度负荷计算如下12.5℃加热至温度20.6℃温差Δt为8.1℃。由于盘管所需冷量AD段1与盘管3的风量和传热量相同即盘管1的最大温降为Q1=G(hA-hp)=1. 704 kg/s x8.1℃)可使用该温差△t来计算盘管1的出口空气温度。(90.4kJ/kg-34.67kJ/kg)=94.96kW盘管1的出口空气温度为再热负薇DC段)34.0℃-8.1℃=25.9℃Q2=Gxcx△t=1.704kg/s×1.00kJ所需冷量A"D段)(20.6℃-12.5℃)=13.80kWQ"1=G×(hx-hp)=1.704kg/s上述计算表明冷却盘管不仅要承担冷负荷9482.3kJ/kg-34.67kJ/kg)=81.l6kWkW而且还要承担再热负荷13.80kW。将三盘管热回收系统分别与再热系统和二盘管热回收2.2采用绕流环路二盘管热回收的空调系统系统进行比较可以得出夏季设计工况下,该系统所需冷绕流环路中设置两个盘管。使用前例来计算所需冷量比再热系统低15%而比二盘管热回收系统低6%。这量意味着冷却设备容量可以分别减小15%和6%。而且盘热回收效率定义为实际传热量与气流间最大可能传热管3后无需设置再热盘管。该系统总的冷却和再热负荷比量的比值。当室外空气被冷却至排风温度时传热量最大再热系统低25%而比二盘管热回收系统低19%。冬季,热回收效率为50%时实际热回收量该系统的热回收量与二盘管热回收系统相同。同样,该系Qh=(34.0℃-24.0℃)×1.00kJ(kg:℃)统需考虑因克服各级热回收盘管压降而增加的风机功率和乙二醇泵的功率。1.704kg/s×0.5=8.52kW盘管1的出区A'点痉气温度3年能耗比较34.0℃-(34.0℃-24.0℃)×0.5=34.0℃-5℃本文使用改进的温频汯(BN进行全年能耗计算、分析和比较。比较时使用上海地区的气象数据3。仍旧使29.0℃所需冷量A"D段)用前例设计参数、空调系统的设备及功率见表1表2。表4列出了再热系统、二盘管热回收系统以及三盘管Q’1=G×(hx-hp)=1.704kg/s热回收系统对应于各BN值的冷却能耗、加热能耗、风机(85.40kJ/kg-34.67kJ/kg)=86.44kW将该系统与再热系统进行比较可以得出该系统夏季4电力消耗以及总的能耗情况。设计工况下所需冷量比再热系统低9.0%。这意味着冷却从表4可以看出夏季二盘管热回收系统比再热系统设备容量可以减小9.0%。该系统的再热负荷与再热系统仅减少5%的冷却能耗而三盘管热回收系统相对于再热的相同。总的泠却与再热负荷比再热系统低78%。此处系统和二盘管热回收系统分别减少21%和17%的冷却能不再计算冬季设计工况下的热负荷。然而由于冬季室外耗。尽管三盘管热回收系统冬季工作原理与二盘管热回收空气和排风之间的温差更大冬季热回收量要高于夏季°系统相同但其全年比二盘管热回收系统减少53%的加热因此相对于夏季而言冬季该系统的热负荷会更低于再热能耗这主要是由于其夏季工作时节约了再热量。二盘管系统。有点须注意汁算时应考虑克服盘管阻力而增加热回收系统比再热系统减少41%的加热能耗。三盘管热的风机功率和泵的功率。回收系统用于风机和泵的能耗分别比再热系统和二盘管热2.3采用绕流环路三盘管热回收的空调系统回收系统增加62%和10%二盘管热回收系统的总能耗比绕流环路中设置3个热回收盘管。仍然使用前例计算再热系统减少23%三盘管热回收系统的总能耗分别比所需冷量和再热负荷。再热玄和一肀爸执回贴玄练少46.6%和30.4%。当室外空气温度被冷却到冷却盘管出口空气温度时中国煤化工传热量最大。热回收效率为50%时实际传热量CNMHG回收的空调系统,上海节能Q=(34.0℃-12.5℃)×1.00kJ(kg:℃)1999(9,10)1.704kg/s×0.5=19.13kW2 S Parporn. Runaround loop heat recovery with dehumidification盘管1的出口空气温度system, ASHRAE J, 1999(6)3龙惟定上海地区的BN气象参数制冷技术,1990(4)34.0℃-(34.0℃-12.5℃)×0.54 ASHRAE. ASHRAE handbook fundamentals. 1993歹有数据10.7℃=23.3℃5 ASHRAE. ASHRAE handbook systems and epuipment, 1992暖通空调HV&AC技术交流园地·93表4再热系统的能耗分析表湿球温度时数冷却能耗加热能耗电力消耗总能耗/kWhkWh/kWh64200217971618508689689070104114255624111622408937433389166616660592456593664194601656004894267126715886725334530950324236267126711152724418252810547921653444332626482272227223134237559475940340219.92803280328042410241069924536239755753180170120422042136127682768114528241645650925226296216.5114172552791129.3965000000000000000202060288316221489091861888088020430233128221182121102880104410441892793063069132313508642031901216144040511603中国煤化工4253190190360428817454792027205425151046CNMHG261相对于再热系统的节能百分358744504604123243701423605435937074273801261448注:再热系数搪管热回收系统3三盘管热回收系统