论文部分内容阅读
【摘 要】根据某工程实例,对热管排风热水收系统的组成及应用进行了阐述,对其节能效果进行了计算及经济性分析。
【关键词】热管;热回收;节能
Energy conservation analysis of pipes exhaust heat recovery
Ouyang Xiao-long
(3M China Limited Shanghai 200233)
【Abstract】According to a project example, hot water heat pipe exhaust system components and applications received were described, the calculation of its energy saving effect and economic analysis.
【Key words】Heat pipe; Heat recovery; Energy
1. 引言
目前,建筑能耗占全国的30%左右,而在建筑能耗中采暖、通风、空调耗能占40%~60%,其中新风负荷占空调总负荷的20%~30%。因此,降低新风能耗对降低建筑物能耗、节约能源有重要意义。热回收通风装置的推广应用不仅能够满足人们舒适性的要求,而且能够回收排风中绝大部分热量。
2. 节能特性分析
利用热交换器回收排风中的能量,降低新风负荷,是空调系统节能的一项有力措施。在排风中设置热交换器,最多可减少70%~80%新风能耗,相当于降低10%~20%的空调总负荷,节能潜力相当可观。当采暖或空调设备运行时,室内排风与室外新风存在一定的温度差及湿度差,也即焓差,热回收装置正是利用二者的焓差进行能量交换使进入室内的新风参数尽可能接近室内的空气状态点。
我国公共建筑节能设计标准(GB50189-2005)已于2005年7月1日正式实施,规范中对排风热回收装置的应用作了详细的规定。对任何条件下应用排风热回收装置,标准规定如下:建筑物内设有集中排风且满足下列条件之一时,宜设置排风热回收装置:
(1)送风量大于等于3000m3/h的直流式空调系统,排风与新风的温差大于等于8℃。
(2)设计新风量大于等于4000m3/h的空调系统,排风与新风的温差大于等于8℃。
(3)设有独立的新风和排风系统。
另外,标准中对于热回收装置的额定效率也规定了下限:全热型和显热型额定换热效率不应低于60%,为工程中更合理地采用排风热回收装置提供了依据。
3. 热管换热器的应用
热管换热器是一种借助工质(如:氨、氟利昂-11、氟利昂-113、丙酮、甲醇等)的相变进行热交换的换热元件。
通常,热管换热器由多根热管组成,为增大换热面积,管外加有翅片,沿气流方向的热管排数通常为4~10排。
空调工程热回收系统中应用的大都是重力热管。利用热管进行空调热回收是,温度范围一班为-20~+40℃。管材一般为铝或铝合金。
热管换热器的优点如下:
(1)接口紧凑,单位体积的换热面积大。
(2)没有转动部件,不额外消耗热量。
(3)运转安全可靠,使用寿命长。
(4)每根热管自成换热体系,便于更换。
(5)热管的传热是可逆的,冷热流体可以变换。
(6)冷热气流之间的温差较小时,仍可以达到较高的回收效率。
(7)本省的温降很小,接近与等温运行,换热效率较高。
(8)属于显热回收,排风和新风不直接接触,可以用于实验室等污染性排风的热回收。
4. 计算示例
上海某公司研发中心:
室内设计参数:夏季室内空气干球温度24℃,相对湿度60%。
室外设计参数:夏季空调室外计算干球温度34℃,夏季空调室外计算湿球温度28.2℃。
因为是实验室排风,空调系统采用全直流系统,总新风量为:19万m3/h,采用热管回收装置,只回收显热,排风热回收装置的显热回收热交换效率为η=65%。
计算如下:
查湿空气焓湿图得:
室外空气焓值i1:90.55KJ/Kg;
室内空气焓值i2:52.64KJ/Kg;
而湿空气焓值I= ig+ iq
其中:
显热ig =Cp.g×t=1.01t
潜热iq =(Cp.q×t+2500)×d
其中Cp.g—干空气比热, kJ/Kg•℃;
t —空气干球温度,℃;
d —空气湿度,g/Kg干空气;
求得
ig1=34.34 KJ/Kg,iq1=56.21KJ/Kg;
ig2=24.24 KJ/Kg,iq2=28.4KJ/Kg;
已知总新风量:L=190000m3/h=52.78m3/s
由此可以得出回收热量Q=( ig1- ig2)×L×η=347Kw
经计算,热交换器后进入空调箱的新风参数为:i1:84.0KJ/Kg,其中ig=27.78 KJ/Kg,iq=56.21KJ/Kg;
查焓湿图可知,经过热交换器后新风的温度为:27℃。
5. 经济性分析
由于排风热回收系统增加了热交换器、过滤器等,使系统阻力有所增加,经初步估算,阻力约增加300Pa。
风机的装机功率 Nm=LPη1η2m,根据热回收设备的实际情况,简化上式为 Nm=1.6LP,则可以计算出新增装机功率Nm=1.6×190000×300/3600=25.3KW。
空調系统能效比3.0计,则减少装机容量:347/3-25.3=90.3KW
按每天运行10小时,每年运行6个月,则每年可以节省电约16.2万KW•h,按0.91元/KW•h计,约合人民币14.7万元。
主机投资费用约为0.8元/大卡,则可以节省主机投资费用23.87万元。
热管的投资费用约为:20万元,在0.5年可以收回投资。
6. 结论
使用热管排风热回收装置,从排风中回收能量,可以减少冷(热)量的浪费、降低能源消耗,具有明显的节能效果。增加的初投资可以在短期内收回,具有良好的经济效益和节能、环保的社会效益。
参考文献
[1] 《节能规范》
[2] 《传热学》
[文章编号]1006-7619(2010)08-31-788
【关键词】热管;热回收;节能
Energy conservation analysis of pipes exhaust heat recovery
Ouyang Xiao-long
(3M China Limited Shanghai 200233)
【Abstract】According to a project example, hot water heat pipe exhaust system components and applications received were described, the calculation of its energy saving effect and economic analysis.
【Key words】Heat pipe; Heat recovery; Energy
1. 引言
目前,建筑能耗占全国的30%左右,而在建筑能耗中采暖、通风、空调耗能占40%~60%,其中新风负荷占空调总负荷的20%~30%。因此,降低新风能耗对降低建筑物能耗、节约能源有重要意义。热回收通风装置的推广应用不仅能够满足人们舒适性的要求,而且能够回收排风中绝大部分热量。
2. 节能特性分析
利用热交换器回收排风中的能量,降低新风负荷,是空调系统节能的一项有力措施。在排风中设置热交换器,最多可减少70%~80%新风能耗,相当于降低10%~20%的空调总负荷,节能潜力相当可观。当采暖或空调设备运行时,室内排风与室外新风存在一定的温度差及湿度差,也即焓差,热回收装置正是利用二者的焓差进行能量交换使进入室内的新风参数尽可能接近室内的空气状态点。
我国公共建筑节能设计标准(GB50189-2005)已于2005年7月1日正式实施,规范中对排风热回收装置的应用作了详细的规定。对任何条件下应用排风热回收装置,标准规定如下:建筑物内设有集中排风且满足下列条件之一时,宜设置排风热回收装置:
(1)送风量大于等于3000m3/h的直流式空调系统,排风与新风的温差大于等于8℃。
(2)设计新风量大于等于4000m3/h的空调系统,排风与新风的温差大于等于8℃。
(3)设有独立的新风和排风系统。
另外,标准中对于热回收装置的额定效率也规定了下限:全热型和显热型额定换热效率不应低于60%,为工程中更合理地采用排风热回收装置提供了依据。
3. 热管换热器的应用
热管换热器是一种借助工质(如:氨、氟利昂-11、氟利昂-113、丙酮、甲醇等)的相变进行热交换的换热元件。
通常,热管换热器由多根热管组成,为增大换热面积,管外加有翅片,沿气流方向的热管排数通常为4~10排。
空调工程热回收系统中应用的大都是重力热管。利用热管进行空调热回收是,温度范围一班为-20~+40℃。管材一般为铝或铝合金。
热管换热器的优点如下:
(1)接口紧凑,单位体积的换热面积大。
(2)没有转动部件,不额外消耗热量。
(3)运转安全可靠,使用寿命长。
(4)每根热管自成换热体系,便于更换。
(5)热管的传热是可逆的,冷热流体可以变换。
(6)冷热气流之间的温差较小时,仍可以达到较高的回收效率。
(7)本省的温降很小,接近与等温运行,换热效率较高。
(8)属于显热回收,排风和新风不直接接触,可以用于实验室等污染性排风的热回收。
4. 计算示例
上海某公司研发中心:
室内设计参数:夏季室内空气干球温度24℃,相对湿度60%。
室外设计参数:夏季空调室外计算干球温度34℃,夏季空调室外计算湿球温度28.2℃。
因为是实验室排风,空调系统采用全直流系统,总新风量为:19万m3/h,采用热管回收装置,只回收显热,排风热回收装置的显热回收热交换效率为η=65%。
计算如下:
查湿空气焓湿图得:
室外空气焓值i1:90.55KJ/Kg;
室内空气焓值i2:52.64KJ/Kg;
而湿空气焓值I= ig+ iq
其中:
显热ig =Cp.g×t=1.01t
潜热iq =(Cp.q×t+2500)×d
其中Cp.g—干空气比热, kJ/Kg•℃;
t —空气干球温度,℃;
d —空气湿度,g/Kg干空气;
求得
ig1=34.34 KJ/Kg,iq1=56.21KJ/Kg;
ig2=24.24 KJ/Kg,iq2=28.4KJ/Kg;
已知总新风量:L=190000m3/h=52.78m3/s
由此可以得出回收热量Q=( ig1- ig2)×L×η=347Kw
经计算,热交换器后进入空调箱的新风参数为:i1:84.0KJ/Kg,其中ig=27.78 KJ/Kg,iq=56.21KJ/Kg;
查焓湿图可知,经过热交换器后新风的温度为:27℃。
5. 经济性分析
由于排风热回收系统增加了热交换器、过滤器等,使系统阻力有所增加,经初步估算,阻力约增加300Pa。
风机的装机功率 Nm=LPη1η2m,根据热回收设备的实际情况,简化上式为 Nm=1.6LP,则可以计算出新增装机功率Nm=1.6×190000×300/3600=25.3KW。
空調系统能效比3.0计,则减少装机容量:347/3-25.3=90.3KW
按每天运行10小时,每年运行6个月,则每年可以节省电约16.2万KW•h,按0.91元/KW•h计,约合人民币14.7万元。
主机投资费用约为0.8元/大卡,则可以节省主机投资费用23.87万元。
热管的投资费用约为:20万元,在0.5年可以收回投资。
6. 结论
使用热管排风热回收装置,从排风中回收能量,可以减少冷(热)量的浪费、降低能源消耗,具有明显的节能效果。增加的初投资可以在短期内收回,具有良好的经济效益和节能、环保的社会效益。
参考文献
[1] 《节能规范》
[2] 《传热学》
[文章编号]1006-7619(2010)08-31-788