排风热回收系统设计方法的研究

排风热回收系统设计方法研究

The Way to Design a Good Air-to-Air Energy Recovery Ventilation System

中国建筑科学研究院孙宁

摘要本文提出排风热回收系统的设计方法，讨论如何计算可供热回收的排风量、节能收益，以及热回收装置的选型方法。

关键词：空气热回收，设计方法

Abstract: This paper provides the design method of air-to-air energy recovery ventilation system, with discussing the ways to calculate the recoverable exhaust air volume, benefit of energy recovery and how to specify the heat recovery exchanger.

Key Words: air-to-air energy recovery, design method

随着用户节能意识的提升，越来越多地被公共建筑采用排风热回收系统对排风中的冷热湿进行回收再利用。而且，国家和地方先后颁布实施了一些节能设计标准和规范，如《GB50189-2005公共建筑节能设计标准》第5.3.14规定：“建筑物设有集中排风系统且符合下列之一时，宜设置排风热回收装置”。北京地方标准《DBJ01-621-2005公共建筑节能设计标准》更进一步对各种系统形式做出了具体要求。这些标准成为排风热回收技术应用的重要推手之一。

但是，单纯为了用而用，或仅仅为满足规范要求而设计的节能系统，很可能曲解国家标准的初衷，很可能造成误用，导致日后运行问题，甚至反而增加能耗。部分建筑用户和设计人员[1]已经开始质疑，花这么多钱买的节能设备有意义吗？

笔者认为，设计者首先应该确定是可供回收的排风量有多少，判断是否适合安装热回收系统；然后要计算节能量和进行投资回收期分析，判断是否值得安装热回收系统；最后，确定热回收装置的效率等技术要求，并且为了实现设计意图，还要结合用户的施工和物业水平提供切实可操作的安装和运行的技术措施。

1. 可回收排风量

排风有两种形式：一为有组织的排风，即采用排风口和排风道进行的排风；二是房间向外渗出的“无组织”排风。只有有组织排风才是可以被回收的，无组织排风是无法热利用的。

无组织渗出风并非没有用处，文献[3]的作者指出必要的建筑物渗出风对保持室内正压、防止未经处理的室外风侵入室内是必需的。无组织渗出比无组织渗入要节能，因为从门窗空洞渗入的室外风是未经过滤和热湿处理的，这些风量会增加系统的冷热负荷、污染室内空气。所以，新风量不能比正压需求渗出风量小，只有比所需渗出风量大的部分，才有可以被回收利用。

那么，如何计算维持必要正压所需要的渗出风量呢？当确定室内正压值后，如果知道建筑门窗的阻力系数和缝隙（空洞）的面积，我们就可以计算出房间向室外渗出风量。下面算式为缝隙风速的计算方法：

V = [2·ΔP / (ρ·ξ)]½

其中：

V - 门窗缝隙流速，m/s；

ΔP - 室内正压，Pa；

ρ- 空气密度，kg/ m3；

ξ- 门窗缝隙空洞的阻力系数。

以一层200人的办公室为例，面积2500 m2，高2.7 m，门缝加窗缝的面积为1.6 m2，设室内对室外压差为5 Pa，缝隙阻力系数为5.0，则缝隙处风速为1.29 m/s，渗风量为7400 m3/h。如果人均新风量为30 m3/h，则总新风量才6000 m3/h。那么，就没有可供回收的排风风量了，反而要提高新风量。

《GB50019-2003采暖通风与空气调节设计规范》也指出为保证室内5~10Pa的压差，需要的新风量约为1~1.5次换气次数。一些新风加风机盘管系统的新风量仅占循环风的15%左右，也就1次换气左右，仅够维持建筑正压。所以，北京市地方节能设计标准对风机盘管加新风系统要求设排风热回收装置的规定是值得商榷的。

2. 回收装置的性能

热回收装置的性能有了重要参数，一个是效率，另外一个是压降。前者关乎节能量，后者关乎节能的代价----风机电耗的增加。

前面的例子已经说明装置的回收效率对节能量和投资回收期影响很大。本文所指的效率是指美国《ARI Standard 1060-2005 Performance Rating of Air-to-Air Exchangers for Energy Recovery Ventilation Equipment》中的C1 Effectiveness。它的定义如下：

ε = m s·(X1-X2) / [m min·(X1-X3)]

其中，

m s - 新风流量；

m min - 新风和排风流量中的最小值；

X1- 新风的焓、温度或含湿量；

X2- 送风的焓、温度或含湿量；

X3- 排风的焓、温度或含湿量。

比如，对于通常的排风量小于新风量系统，全热节能量的计算就是用效率乘以室内外焓差。热回收换热装置的厂家一般都可以提供电脑选型单，上面会有冬夏两个工况的显热、潜热和全热效率值，显热和潜热的回收效率往往是不同的，有的差异还很大。在选型时，设计者需要留意热回收效率随温度的变化，部分厂家的全热转轮显热效率可以达到50%以上，而冬夏季节潜热效率变化比较大，夏季只有10~20%，冬季达到20~40%，还没有能够“达标”。（导致潜热效率变化的原因可能是它们的涂层材质与所通过的空气温度有关系。）

第二个重要参数是装置的压降。压力损失导致的风机功耗增加会削减部分节能收益，因此必须重视压降，而且是在新风侧和排风侧都有压降。减小压降可以减少风机电费损耗。然而，降低压降的办法主要有两个：增加迎风面积；减小装置的厚度。前者会增加造价，甚至尺寸过大；后者会降低效率。

提高所选设备的效率可以提高节能量，但是往往要多花钱，高效率设备的压降可能也要增加，所以设备选型是个通过试算反复优化参数的过程。