乙二醇热回收空调系统的节能分析

90·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装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旳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 SystemBy Liu Chani*, Teng Yingwu and Zhu yixuAbstract Presents the principle and make-Up of the heat recovery air-conditioning systemwith glycol circulating units. Compares its energy consumption with runaround loop wi th two orthree coil systems and the conventional reheat system in an example building in Shanghai.Theesul ts demonstrate that the total energy consumption can be reduced by 23. 3% with the twocoil system and 46.6% wi th the three coil system. Considers that the runaround loop heatrecovery system has an optimistic prospect of popularisationKeywords heat recovery system reheat system air-conditioning energy consumption★ Tongji Uhiversity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。对于新风量要求较高的场合如会议室、餐厅、接待室、医院石乙二或水手术室和病房等全年用于冷却和加热室外新风的能量通剀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、一个再〔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图1绕流环路热回收空调系统状态位于点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☆刘传聚男A1942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200092上海市四平路1239号同济大学热能工程系暖通空调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设计标准管3,并使乙二醇数按标准所需新风量284L(s人)图2空气处理过程在焓湿图上的表示溶液在盘管2和按标准所需104kg/s的显热冷负荷3.37kW再热系统盘管3之间流通总新风量AD机械冷却DC再热B室内空气人的潜热冷2.5kW0.94gs)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24℃室内相对湿度AA'由盘管1预冷AD机械冷却回收系统,则这种室外空气34.0℃21.9gkg冬季室外空气设计-40℃22执设计参数盘管系统环路在夏季就具热回收效率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CC再热表2设备及运行时间2力。夏季室外空气经盘管1预运行时间8m0~180运行日期周一~周制冷系统能耗0.42kW热回收效率m冷(过程AA再热系统送风机再热系统排风机0.4kW19側图段)然后经冷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湿(过程A"D1.5kW三盘管热回收系0.7kW段)盘管送风机功率统排风机功率吸收的热量由乙二静沿液循坏泵0.07kWD.加热能源循环的乙二醇0.55m2冷却盘管面积0.55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热送风(过程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=tB-△t需要可以在盘管3后面设置再热盘管再热送入室內的空5.87kW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內热湿比ε计算如下二盘管热回收系统相同乙二醇溶液仅在盘管1与盘管2Q5.87kW+2.50k间循环而不经过盘管3。8 900 kJ/kg夏季也可使乙二醇同时在三盘管热回收系统中的3送风状态点的空气含湿量dc个热回收盘管中流通。在此过程中盘管1预冷室外空气d=d-△d=9.29gkg-1.704g/s0.94g/s乙二醇从室外空气中吸收热量盘管2将部分吸热量送至排风中盘管3吸收剩余的热量同时再热冷却盘管的出口929-0.55=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he= hR-Ah= 47. 9 k//ko 5.87 kW+2. 50kW1.704k于排风温度且再热负荷较低时3个热回收盘管同时工作47.9kJ/kg-4, 9 kJ/kg= 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其它主要点的空气状态参数见表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表3主要空气状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1/相相对湿度/%含湿量d/g/kg焓hkg作模式。若室外空气温度介于排风温度和室内送风温度之间24.09.2992·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2.5℃+(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△t为8.1℃。由于盘管所需冷量AD段)I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-h)=1.704kg/s8.1℃)可使用该温差△t来计算盘管1的出囗空气温度(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/sx1.00kJ(kg℃)x所需冷量A"D段)(20.6℃-12.5℃)=13.80kW(hr-hp)=1. 704 kg/s x上述计算表明冷却盘管不仅要承担冷负荷9.96(823kJ/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増加的风机功率和乙二醇泵的功率1.704kg/s×0.5=8.52kW盘管1的出口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(B/N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-hb)=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和泵的电力消耗以及总的能耗情况。将该系统与再热系统进行比较可以得出该系统夏季4结论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。总的冷却与再热负荷比再热系统低7.8%。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。然而由于冬季室外空气和排风之间的温差更大冬季热回收量要高于夏季。耗。尽管三盘管热回收系统冬季工作原理与二盘管热回收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。有一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23.3%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系统和二盘管热回收系统减少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参考文献传热量最大。热回收效率为50%时实际传热量1刘传聚滕英武,等.绕流环路热回收的空调系统.上海节Q=(34.0℃-12.5℃)×1.00kJ(kg℃)1999(910)1.704kg/s×0.5=19.13kW2 S Tarpon. Runaroundeat 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BIN气象参数制冷技术1990(4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BIN湿球温度时数冷却能耗加热能耗电力消耗总食能耗kWh/kWh5017971618150868968901142556241116223226.421408937433389166616662755924565936644894267126710440895886725334165344433262648227222724237559475940340219.9280328032804241024102454585575x013201202202131278278145234614565025262923482.5279112336939310.412400000000000080000000000281554580202060291802618880880204302331282211821211031901216121618193337114831509405116031603202298327425319011930428817451745251546101149163261611951209相对于再热系统的节能百分比/%0045376121920388180261425874244952043641233243791143236605413593370767542873780123.346.6