全新风转轮回收与热泵机组性能的比较.docx

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全新风转轮回收与热泵机组性能的比较

转轮能量回收装置与热泵比较

随着我国经济实力的增长和人民物质文化生活水平的不断提高；高层建筑的迅速发展，高气密化、高隔热化影响到人们的工作和生活环境，人们对室内空气品质的要求也越来越高，都渴望拥有一个健康、舒适的室内环境，特别是经历了SARS的袭击，人们越来越注重室内空气品质，对引进室外新风换气提出了更高的要求，但是换气必然会带来能量的损失，引入新风需要消耗更多的能量，因此需要考虑一种有效的节能方法，通过热回收装置使新风和排风进行热交换，效率应大于55%。

热交换器是空气调节和余热回收的关键装置。

一、各类热交换器的性能与热泵回收的比较

目前的热交换器有显热和全热回收两种形式。

不同形式的性能、效率和利用方式，设备费的高低、维护保养的难易也各不相同,安装新、排风热回收装置的条件：

1）风量大于3000m3/h

2）有独立的新、排风系统

3）新、排风的温差大于8度

而空气源热泵安装则比较灵活，仅需回收排风的能量，可以直接处理新风，也可通过制冷热水处理新风和回风。

表1新、排风热回收装置综合比较

热回收方式

效率

设备

费

维护

保养

辅助

设备

占用

空间

交叉

污染

自身

耗能

接管

灵活

抗冻

能力

使用

寿命

转轮换热器

高

中

无

大

有

差

中

热管换热器

较高

中

易

无

中

无

中

好

优

板式显热换热器

低

中

无

大

有

无

差

中

良

板翅式全热换热器

较高

中

无

大

有

无

差

中

溶液全热换热器

高

无

大

无

有

差

中

表2热泵回收装置

空气源热泵回收式

较高

中

有

中

无

多

好

中

良

下面重点介绍转轮热交换器。

1.转轮式全热换热器

转轮式换热器的表面为蜂窝状，涂上一层吸附材料作干燥剂。

将转轮置于风道之间,使其分成两部分。

来自空调房间的排风从一侧排出，室外空气以相反的方向从另一侧进入。

为加大换热面积，轮子缓慢旋转（10~12转/分）。

轮子的一半从较热空气中吸收存储热量，旋转到另一侧时，释放热量,使热量发生转移。

附着表面的干燥剂将来自高湿度的空气流里的湿气冷凝后，通过干燥剂吸收，旋转到另一侧时，将湿气释放到低湿度的气流里，这个过程将潜热转移。

换热器旋转体的两侧设有隔板，使新风与排风逆向流动。

转轮芯片用特殊的纸或铝箔制成，其表面涂上吸湿性涂层，形成热、湿交换的载体，它以10-12r/min的速度旋转，先把排风中的冷热量收集在蓄热体（转轮芯）里，然后传递给新风，空气以2.5-3.5m/s的流速通过蓄热体，靠新风与排风的温差和蒸汽分压差来进行热湿交换。

所以，既能回收显热，又能回收潜热。

1）转轮换热器的功能与适用范围

功能

适用范围

有优良的吸湿性能，可回收显热与潜热，效率可达70%（有覆有吸湿性涂层的轮体）

有湿度要求的空调系统，如纺织厂、造纸厂和一些生产车间

无吸湿性性要求，主要回收显热时，应使用显热回收器，表面无涂层。

当排风温度低于露点时，有吸湿可能，也回收潜热。

体育馆、百货商店，工业通风系统

2）转轮换热器的主要优缺点：

优点

缺点

1.能回收显热和潜热

1.装置较大，占用建筑面积和空间多

2.排风与新风逆向交替过程中具有一定的自净作用

2.接管位置固定，配管灵活性差

3.通过转速控制，能适应不同的室内外空气参数

3.有传动设备，自身需要消耗动力

4.回收效率高，可达到70~80%

4.压力损失较大，易脏堵

5.能应用于较高温度的排风系统

5.有渗漏，无法完全避免交叉污染

3）影响转轮换热器效率的因素：

a.空气流速：

空气流过转轮时的迎风面流速越大，效率越低，反之效率则高，推荐风速2~4m/s。

b.转轮两侧气流入口处，需要加装中效空气过滤器。

c.设计时，必须计算校核转轮上是否会出现结霜、结冰现象；必要时应在新风管上设空气预热器，或在热回收器后设温度自控装置，当温度达霜点，就发出信号关闭新风阀门或开启预热器。

d.由于全热交换器转轮需要动力，并且增加了阻力，从而增加输送动力和增加投资，因此，必须计算回收效应，当总能耗节约显著时，方可选用。

e.适用于排风不带有害物或有毒物质的场所。

4）转轮换热器的使用禁区：

新风焓植在40-60kj/kg之间（20℃50%-26℃60%）属于转轮热交换器使用禁区，需采用风管旁通和风机变频等控制技术减小风机能耗

2．空气源热泵

1）概述

热泵作为一种节能技术受到了世界各国的普遍重视，而空气源热泵可从环境大气中吸取丰富的低品位能量，使用方便，安装费用较低，因此空气源热泵成为热泵诸多型式中应用最为广泛的一种。

但是，空气源热泵的应用范围受到气候条件的约束。

随着室外温度的降低，用户的需热量不断增加。

当室外气温很低时，空气源热泵的制热量不能满足用户采暖要求。

同时，随着压缩机压力比的增加，其COP急剧下降，排气温度迅速升高，从而导致压缩机不能正常运行甚至损坏。

对于有独立的新、排风系统，由于冬季室内排风的温湿度大大高于室外，可以大大改善热泵的效率，使COP稳定在3以上，基本不受冬季新风条件的改变，而且无新、排风热回收交换器的共同存在的缺点（如阻力大、交叉污染，要求温差大等）。

2）工作原理

空气源热泵机组由蒸发器、冷凝器、压缩机、膨胀阀四大主要部件构成封闭系统，其内充注有适量的工质。

机组运行基本原理依据是逆卡循环原理：

液态工质首先在蒸发器内吸收空气中的热量而蒸发形成蒸汽（汽化），汽化潜热即为所回收热量，而后经压缩机压缩成高温高压气体，进入冷凝器内冷凝成液态（液化）把吸收的热量发给需要的加热的空气或水中，液态工质经膨胀阀降压膨胀后重新回到膨胀阀内，吸收热量蒸发而完成一个循环，如此往复，不断吸收低温源的热而输出所加热的水中，直接达到预定温度，其工作原理图如下：

二、转轮与热泵回收的比较案例

室外环境参数（南京）

夏季空调34.8℃，61%冬季：

-4℃，79%

过渡季（梅雨季）室外工况

26℃，80%

回风状态点（设定）

25-27℃，55~65%

新风量

12000CMH

8000CMH

排风量

10200CMH

6800CMH

用户具体要求

注：

梅雨季只开启新风热泵机组，设备可利用自带冷热源除湿并再热新风，新风出风温度范围要求在18-25度，优选温度可调，绝对含湿量低于11g/kg。

表3转轮热回收装置与热泵的综合比较（8000+6800/m3/h）

热回收方式

风机功率

风机压头

风机噪音

过滤要求

占用

空间

交叉

污染

设备投资

接管

灵活

抗冻

能力

使用

寿命

转轮换热器

5.5KW*2

1000

中效

大

有

大

差

中

空气源热泵

4KW*2

700

初效

中

无

中

好

中

良

1．夏季：

1）夏季转轮回收计算：

转轮夏季（制冷）新风处理过程中各状态点参数表

状态点

干球温度

湿球温度

露点温度

焓

相对湿度

含湿量

空气处理过程

℃

kJ/kg

g/kg

kj/kg

新风

34.8

28.1

26.1

90.6

60.5

21.6

室外

排风

20.4

17.6

58.8

12.7

室内

转轮

29.5

23.8

21.6

71.5

16.3

19.1排风效率70%

制冷量：

19.1*8000*1.2/3600=50.9KW，

风机功耗：

11KW，

2）夏季热泵制冷量：

热泵夏季（制冷）新风处理过程中各状态点参数表

状态点

干球温度

湿球温度

露点温度

焓

相对湿度

含湿量

空气处理过程

℃

kJ/kg

g/kg

kj/kg

回风

20.4

17.6

58.8

12.7

室内

加湿

22.8

20.4

58.8

14.1

降温

排风

26.5

14.1

冷凝热24.2kj/kg

冷凝热：

24.2*6800*1.2/3600=54.8KW

制冷量：

54.8/1.3=42KW

压缩机+风机功耗：

19KW

2．冬季

1）冬季转轮回收计算：

冬季（加热）新风处理过程中各状态点参数表

状态点

干球温度

湿球温度

露点温度

焓

相对湿度

含湿量

空气处理过程

℃

kJ/kg

g/kg

kj/kg

新风

-4

-5.1

-7

1.3

2.1

室外

排风

13.88

9.3

38.9

7.3

室内

转轮

10.4

7.5

4.4

23.8

5.22

22.5排风效率70%

制热量：

22.5*8000*1.2/3600=60KW，

风机功耗：

11KW，

2）冬季热泵回收计算：

冬季（加热）新风处理过程中各状态点参数表

状态点

干球温度

湿球温度

露点温度

焓

相对湿度

含湿量

空气处理过程

℃

kJ/kg

g/kg

kj/kg

排风

13.88

9.3

38.9

7.3

室内

热泵

5.5

4.5

19.2

19.7kj/kg

制冷量：

19.7*6800*1.2/3600=44.6KW

冷凝热：

44.6*1.2=53.6KW

风机+压缩机功耗：

19KW

3．过度季节（含梅雨除湿）

1）梅雨季节转轮回收计算：

梅雨季节（除湿）处理过程中各状态点参数表

状态点

干球温度

湿球温度

露点温度

焓

相对湿度

含湿量

空气处理过程

℃

kJ/kg

g/kg

kj/kg

新风

23.4

22.3

70.3

17.3

室外

排风

20.38

17.6

58.83

12.7

室内

转轮

21.7

19.7

63.4

14.54

6.9kj/kg70%

制冷量：

6.9*8000*1.2/3600=18.4KW，

风机功耗：

11KW，

2）梅雨季节热泵回收计算：

热泵梅雨（制冷）新风处理过程中各状态点参数表

状态点

干球温度

湿球温度

露点温度

焓

相对湿度

含湿量

空气处理过程

℃

kJ/kg

g/kg

kj/kg

回风

20.4

17.6

58.8

12.7

室内

加湿

22.8

20.4

58.8

14.1

降温

排风

26.5

14.1

冷凝热24.2kj/kg

冷凝热：

24.2*6800*1.2/3600=54.8KW

制冷量：

54.8/1.3=42KW

风机+压缩机功耗：

19KW

能效比：

COP=42/11=3.8

4．单元式空调标况计算：

1）夏季转轮回收计算：

转轮夏季（制冷）新风处理过程中各状态点参数表

状态点

干球温度

湿球温度

露点温度

焓

相对湿度

含湿量

空气处理过程

℃

kJ/kg

g/kg

kj/kg

新风

19.75

72.9

40.6

14.6

室外

排风

20.4

17.6

58.8

12.7

室内

转轮

29.6

21.9

18.4

64.4

13.46

8.5效率70%

制冷量：

8.5*8000*1.2/3600=22.6KW，

风机功耗：

11KW，

2）冬季转轮回收计算：

过渡季节（加热）新风处理过程中各状态点参数表

状态点

干球温度

湿球温度

露点温度

焓

相对湿度

含湿量

空气处理过程

℃

kJ/kg

g/kg

kj/kg

新风

20.7

5.4

室外

排风

13.88

9.3

38.9

7.3

室内

转轮

14.8

7.5

4.4

31.6

6.54

10.9排风效率70%

制热量：

10.9*8000*1.2/3600=29KW，

风机功耗：

11KW，

5．计算汇总：

2.22.82

转轮与热泵回收的比较表

项目

性能

转轮

热泵

转轮

热泵

转轮

热泵

转轮

热泵

转轮

热泵

新风

标况35℃/24℃

标况7℃/6℃

梅雨26℃/80%

南京35℃/28℃

南京-4℃/75%

排风

制冷26℃60%

制热20℃50%

制冷26℃60%

制热20℃50%

制冷量

22.6KW

42KW

18.4KW

42KW

50.9KW

42KW

制热量

29KW

53.6KW

60KW

53.6KW

风机功率

11KW

8KW

11KW

8KW

11KW

8KW

11KW

8KW

11KW

8KW

压机功率

11KW

能效比

2.05

2.21

2.63

2.82

1.67

2.21

4.62

2.21

5.45

2.82

备注

增加热泵功率6KW

低温易冻结

1）标准工况下：

夏季35℃/24℃，冬季7℃/6℃，转轮回收能效比与热泵回收相当，但排风的总能量回收却小于热泵回收，如另外增加热泵回收功率6KW，同时风系统阻力会进一步增大，则风系统能耗会大大提高；考虑热泵满负荷运行时间差异，综合性能转轮与热泵回收相当；

2）梅雨季节：

梅雨26℃/80%，室内26℃/60%，转轮回收能效比与热泵回收相当，但湿度达不到设计要求，需增加热泵回收功率6KW，考虑热泵满负荷运行时间差异，综合性能转轮不如热泵回收；

3）过渡季节，转轮回收能效比一般小于热泵回收，排风的总能量回收远小于热泵回收，需采用风管旁通和风机变频等控制技术减小风机能耗实现普通的通风要求；综合性能转轮远不如热泵回收；

4）南京：

冬季-4℃/75%转轮回收能效比远优于热泵回收，排风的总能量回收优于热泵回收，不需另外增加热泵回收功率，风系统阻力会增大，增加风系统能耗3KW，综合性能转轮优于热泵回收，但冬季低温情况下转轮易接霜导致转轮回收效率下降。

6．配置要求：

1）转轮回收：

转轮（1200*200/0.2KW）+表冷器（60KW）+热泵（56KW、P=15KW）+风机（11KW）

配电功率：

26KW

备注：

冷热水温度：

12/17，30/35

2）热泵回收：

表冷器（90KW）+热泵（74KW、P=20KW）+风机（8KW）

配电功率：

28KW

备注：

冷热水温度：

14/19，30/35

XCTS8-H转轮运行成本分析表

项目

性能

表冷+除湿

35℃60%

制冷量/功率

除湿

26℃80%

制冷量/功率

通风

26℃60%，20℃50%

制热

7℃85%

制热量/功率

表冷+制热

-4℃79%

制热量/功率

表冷

60KW/15KW

40KW/15KW

转轮

48KW/0

18KW/0

30KW/0

60KW/0

热泵1

24KW/6.5KW

热泵2

32KW/8.5KW

风机

11KW

运行功率

41KW

26KW

11KW

17.5KW

26KW

运行时间

40*16

60*16

160*16

60*16

40*16

运行能耗

26240

24960

28160

16800

16640

合计

112800

备注

转轮热回收效率：

排风70%，冷热水温度：

12/17，30/35；过渡季节可采用风管旁通和风机变频等控制技术减小风机能耗；不利因素是风系统交叉感染，冬季低温易结霜，导致转轮效率下降；排风70%的回收效率一般也不易达到和保持。

XCTS8-R热泵运行成本分析表

项目

性能

表冷+除湿

35℃60%

制冷量/功率

除湿

26℃80%

制冷量/功率

通风

26℃60%，20℃50%

制热

7℃85%

制热量/功率

表冷+制热

-4℃79%

制热量/功率

表冷

90KW/22KW

46W/16KW

转轮

热泵1

42KW/11KW

54KW/11W

热泵2

32KW/8.5W

32KW/8.5KW

风机

8KW

运行功率

49.5KW

27.5KW

8KW

19W

运行时间

40*16

60*16

160*16

60*16

40*16

运行能耗

31680

26400

20480

18240

22400

合计

119200

备注

排风70%，冷热水温度：

14/19，30/35；冷水温度较高，提高制冷主机效率约

4%/℃，不利因素是夏季效率不如转轮，可采用湿膜加湿提高冷凝效果。

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