新型溶液热回收新风机性能分析

新型溶液热回收新风机性能分析

清华大学建筑技术科学系刘晓华李震江亿摘要为了解决提高室内空气品质与降低新风处理能耗的矛盾，提出了由溶液全热回收装置和带板式换热器的单级喷淋模块组成的溶液全热回收型新风机。采用全热回收装置，明显降低了新风处理能耗；利用板式换热器调节溶液的温度，有效的改善了溶液的除湿或加湿能力。通过北京市全年逐时性能模拟分析，以及与常规新风机和其它两种不同形式的溶液热回收型新风机运行能耗的比较，进一步证实了该新风机具有明显的节能效果。溶液具有杀菌、除尘作用，能够避免新风和室内排风的交叉污染；而且新风处理能耗的降低，为新风量的增加提供了条件，能够进一步提高室内空气品质。

关键词除湿溶液全热回收室内空气品质节能运行费用

1 简介

在空调领域中，除了热湿环境外，室内空气品质也受到越来越多的关注[1-2]。室外新风在排除室内CO2和VOC以及稀释室内可能存在的病菌方面，明显优于室内回风。但考虑到新风机的运行能耗，使得增加新风量受到制约。采用全热回收方法是降低新风处理能耗的有效方法，但转轮式、板翅式等全热回收装置不能避免新风和室内排风的交叉污染。为了解决提高室内空气品质与降低新风处理能耗的矛盾，提出了溶液热回收型新风机，该形式的新风机有较高的全热回收效率，而且溶液具有杀菌除尘作用[2-3]，能够避免新风和室内排风的交叉污染。

以溶液为循环介质的热回收型新风机可以有多种方式：文献[4]提出了由溶液全热回收器和一个小容量的制冷循环组成的电能驱动的新风机，夏季，制冷循环中蒸发器的制冷量用于冷却溶液以增强其除湿能力，冷凝器的排热量用于溶液的浓缩再生；冬季运行时，可采用四通阀实现蒸发器和冷凝器的相互转换，使冷机工作在热泵工况下，新风被加热加湿。文献[5]提出了由90ºC热水驱动的溶液热回收型新风机，夏季，通过板式换热器回收室内排风蒸发冷却的冷量来冷却溶液增强其除湿能力，除湿后的新风由15~18ºC冷水进一步降温冷却后送入室内；冬季，通过新风机工况的转换，可以使其按照全热回收模式运行，加湿后的新风再由高温热水进一步加热后送入室内。本文提出的溶液热回收型新风机是由溶液全热回收装置和带板式换热器调温的单级喷淋模块组成，以热水作为主要的驱动源，夏季，15~18ºC的冷水用于调节进入单级喷淋模块的溶液温度，增强其除湿能力，与文献[5]相比

循环溶液的浓度降低，可以使用60ºC 热水即可满足溶液再生要求；冬季，40~50ºC 的热水用于调节进入单级喷淋模块的溶液温度，以增强其加湿能力。

本文介绍了该新型溶液热回收型新风机的工作原理，在此基础上进行全年运行能耗的分析，并与常规新风机、文献[4]和文献[5]分别提出的溶液热回收型新风机进行运行能耗的比较。

2 新风机的工作原理

新风机的工作原理参见图1，布水阀关闭，溶液阀打开。该新风机由两部分组成：虚线左边是以溶液为循环介质的溶液式全热回收装置[4]（图中共有三级），虚线右边是单级喷淋模块。室外新风首先经过全热回收装置，回收室内排风的能量后，再经过单级喷淋模块进一步处理后送入空调房间。夏季，为了增强溶液除湿的能力，在溶液进入单级喷淋装置前，由冷冻水实现溶液的降温处理过程。由于除湿任务是由溶液系统承担的，因此冷冻水的水温高于常规冷凝除湿的水温要求，制冷机的蒸发温度和性能系数均明显增大。流出新风机的溶液浓度降低，需要浓缩再生才能重新使用。图1所示新风机使用60ºC 的热水作为溶液的再生热源，再生器的结构与喷淋模块类似，参见图2。系统中设有溶液回热器和空气回热器，分别预热进入再生器的稀溶液和再生空气，减少系统的能耗。建筑中可以采用集中再生的方法，将各个新风机流出的稀溶液统一进入图2所示的再生器中，实现溶液的集中浓缩再生。新风和室内排风在新风机中的状态变化参见图3a(状态编号见图1)，进入单级喷淋模块板式换热器的冷水温度为16ºC 。其中a 1是新风状态，a 5是送风状态，R 1是室内状态，R 4是排风状态。a 1~a 2~a 3~a 4是新风在溶液全热回收器中的状态变化过程，a 4~a 5是经过单级喷淋模块的状态变化；R 1~R 4是排风在溶液全热回收器的状态变化情况。

冬季，再生器停止运行，溶液仅在各自的新风机中实现循环流动，如图1所示，其中补水阀打开，溶液阀关闭。图1中虚线的左侧仍然是溶液式全热回收装置，虚线右侧是单级喷淋模块。溶液在进入单级喷淋模块之前，先经过板式换热器由热水加热，从而增强其加湿能

板式

溶液 回热器

图2 再生器

新风

排风

/热水

力。由于溶液的表面蒸汽压高于被处理新风的水蒸汽分压力，溶液中不断有水分进入空气中，系统中设有补水装置，以维持单级喷淋模块中溶液的浓度。室外新风和室内排风在新风机中的状态变化过程参见图3b ，状态编号参见图1，进入单级喷淋模块板式换热器的热水温度为40ºC 。 3 新风机性能的评价方法

3.1 夏季

新风机所消耗的能量包括两部分，一是制冷机制备冷冻水所消耗的电量E air ，二是溶液浓缩再生所需要投入的加热量Q hot 。新风机的性能，可以用电性能系数ECOP 和热性能系数TCOP 来描述[6]，两系数的定义如下：

air

air E Q ECOP =

(1)

hot

air Q Q TCOP =

(2)

其中，Q air 为新风获得的冷量，其计算方法见式(3)，h w 和h send 分别为新风和室内排风的焓值。ECOP 可以改写为式(4)的形式，其中r 为新风机中冷水提供冷量与新风获得冷量的比值，COP R 为制冷机的性能系数。

)(send w air air h h G Q -= (3)

r

COP ECOP R =

(4)

3.2 冬季

新风机所消耗的能量是：热水加热溶液所需投入的热量Q hot 。新风机的性能，用热性能系数TCOP 来描述，具体表达形式如式(5)所示。

hot

air Q Q TCOP =

(5)

d (kg/kg)

t (o

C )

d (kg/kg)

t (o

C )

a. 夏季

b. 冬季

图3 空气的状态变化过程

4 新风机的性能分析 4.1 夏季