上海某办公楼中全热回收转轮应用的技术经济性分析

1 转轮式全热回收装置

1.1 转轮式全热交换器的结构及原理

转轮式全热交换器的心脏是一个以10 r/min 的速度不断转动的蜂窝状转轮，转芯用特殊金属箔作载体，将无毒、无味、环保型蓄热、吸湿材料，用高科技方法合成，制作成具有蓄热吸湿等性能的蜂窝状转轮，装配在一个左右或上下分隔的金属箔箱体内由传动装置通过皮带驱动轮子转动。冬季时，室内排风经过过滤后再通过热回收转轮处理，转芯温度升高，水分含量增加，当转芯转过清洗扇后与室外新鲜空气接触，转轮向低温的新鲜空气放出热量和水分，使新鲜空气升温增湿。夏季与之相反，降低新风温湿度。通过换热从而使空调系统达到节能的目的。装置原理见图1。

1.2 转轮式全热交换器的节能特性

用于评价全热交换器性能的重要指标是热交换效率。全热交换器的热交换效率分为显热（温度）交换效率ηt，潜热（湿度）交换效率ηx和全热（焓）交换效率ηi。其各自的定义为：

式中：T1为换热前新风的温度（℃）；T2为换热后新风的温度（℃）；T3为换热前回风的温度（℃）；x1为换热前新风的含湿量[g/kg(dry air)] ；x2为换热后新风的含湿量[g/kg(dry air)] ；x3为含湿量[g/ kg(dry air)]；h1为换热前新风的比焓（kJ/kg）；h2为换热后新风的比焓（kJ/kg）；h3为比焓（kJ/kg）。本文选用设备设计工况下全热回收效率为70% 。

2 项目概况及系统应用介绍

本项目（见图2）位于上海虹桥商务区，其主要功能为办公、信息中心及公共事务受理，建筑面积为28386.1m2，地下2层，地上8层，建筑总高度为42.550m。

空调系统主要冷热源为风冷热泵系统，并结合了部分热电冷三联供系统和变制冷剂流量空调系统，空调末端形式主要为全空气系统（针对大空间及敞开办公区）和风机盘管加独立新风系统（针对小办公室、会议室），项目中依据可实施条件对于风机盘管加独立新风系统采用了以全热回收转轮为换热设备的排风热回收技术，系统应用形式如图3所示。当通过室外焓值传感器信号判断系统处于空调季工况时，全热回收转轮和电动风阀V2、V3开启，V1、V2 关闭，室外新风经全热回收转轮跟室内排风进行传热传湿后，经新风机组处理至所要求的状态点后送至室内；当通过室外焓值传感器信号判断系统处于过渡季工况时，全热回收转轮和电动风阀V2、V3关闭，V1、V2开启，新、排风旁通过全热回收转轮，以直接利用室外能源，避免不必要的能量损失。（www.iwuchen.com）

3 技术经济性分析

本文以单位新风量处理量为基准，分析该项目中排风全热回收措施的技术经济性。

3.1 能量回收计算

3.1.1 计算条件

（1）办公楼空调系统运行时间

日工作时间：08：00~19：00。

周工作时间：周一?周五。

年假日情况：元旦（3天）、春节（7天）、清明节（3天）、劳动节（3天），端午节（3天），中秋节（3天）、国庆节（7天）（注：上述天数已含周六、周日放假时间）。

（2）系统运行条件

系统根据室外焓值判断空调季工况或过渡季工况，空调季工况全热回收系统投运，过渡季工况全热回收系统停止运行。

（3）室外气象参数（见表1）

采用上海市典型气象年参数进行计算。

（4）室内设计参数（见表2）

（5）排风与新风比值

考虑到平衡卫生间等排风以及保证室内相对正压，排风与新风比值为0.8。

3.1.2 计算过程

对于上海地区来说，室外空气条件时刻都在变化，因为需要计算出每个时刻的负荷，然后累加获得全年空调负荷。本文用全年能耗计算软件导出各个时刻室外计算参数（以 h 为单位），然后计算出每小时中空调节约的新风负荷等，再累加获得全年热回收能量及全年节省电量等结论，过程如下：空调运转期间任意时刻的室外新风比焓为h1,t，设计条件下室内空气比焓为h3，没有采用全热交换器时因换气所带来的新风热负荷QN，采用全热交换器后的新风热负荷 QT，采用全热交换器所降低的新风热负荷（＝节能量）Q可分别表示为:

式中：G 为设计换气所需新风风量（m3/ h ）；为空气密度（kg /m3）；t 为运转时间（h ）。

3.1.3 计算结果

按全年8760 h 计算，单位新风量所对应的全年回收能量为 7.656 kWh/（a?m3/h）。

3.2 节省电量计算

3.2.1 计算条件

（1）新、排风通路阻力增加值 P新、排风侧由于全热回收转阻力及管路阀门等阻力共增加风侧阻力各为200 Pa。

（2）新、排风机全效率η新、排风机全效率均为 55%。

（3）转轮自身耗电量 E40.13 W/（m3/h ）。

（4）全年系统 COP 值取 2.5。

3.2.2 计算过程

式中：E1为单位新风量所对应的全年节省电量[kWh/（a?m3/h）]；E2为增加的风机耗电量[kWh/（a?m3/h）]；E3为增加的转轮自身耗电量[kWh/（a?m3/h）]；h1,t为空调运转期间任意时刻的室外新风比焓换热后新风的比焓（kJ/kg）；h3为设计条件下室内空气比焓换热后新风的比焓（kJ/kg）；t 为运转时间（h ）。

3.2.3 计算结果

按全年8760 h 计算，单位新风量所对应的全年节省电量为 3.06 kWh/（a?m3/h），增加风机耗电量为0.484 kWh/（a?m3/h），增加转轮自身耗电量为 0.456 kWh/（a?m3/h），净节省电量为 3.06-0.484-0.456=2.12 kWh/（a?m3/h）。

3.3 经济性计算

3.3.1 计算条件

（1）电价

峰时段（0 8 ：0 0 ? 11 ：0 0 ，1 8 ：0 0 ?21：00）1.049 元 /kWh。

平时段（0 6 ：0 0 ? 0 8 ：0 0 ，11 ：0 0 ?18：00，21：00~22：00） 0.646 元 /kWh。谷时段（22：00 ?次日06：00）0.310元 /kWh。

（2）全热回收转轮系统初投资约为4 元 /（m3/ h ）。

3.3.2 计算结果

单位新风量所对应的全年节省电费为 1.724元 /（a?m3/h），初投资静态回收期约为 2.32 年。

4 小结

上海地区办公建筑采用转轮式全热回收作为热回收措施，系统初投资静态回收期约为2.32年。除此以外，还要需考虑采用了全热交换器，新风负荷比没有采用热回收装置时要低，这样可以减少新风空调箱的容量，也节省了空调设备的初期投资。由此可见，对于上海这种海洋性气候，夏季室外空气比较潮湿，空调排风中可用供回收的潜热负荷比较大，在空调季时，采用排风热回收装置对于节约系统能耗是非常有利的。