（论文）不同气候区的汽车展厅热回收装置设置的合理性分析

第 13卷 第 3期 為 4睾 堂 崎2 0 1 3年 4月 REFRIGERATION AND AIR-CONDITIONING 76-80不 同 气 候 区 的 汽 车 展 厅 热 回 收 装 置设 置 的 合 理 性 分 析孙 永 霞 王 平(中 国 建 筑 标 准 设 计 研 究 院 ）摘 要 为 了 研 究 处 于 不 同 气 候 区 的 汽 车 展 厅 新 风 机 组 设 置 排 风 热 回 收 装 置 的 合 理 性 ， 以 赤 峰 、 北 京 、 重 庆 、 广 州 和 昆 明 的 汽 车 展 厅 作 为 实 例 ， 采 用 全 年 逐 时 动 态 计 算 方 法 进 行 经 济 性 分 析 。 结 果 表 明 ， 严 寒 和 寒 冷 地 区 设 置 排 风 热 回 收 装 置 时 节 能 效 果 明 显 ， 夏 热 冬 冷 地 区 效 果 不 甚 明 显 ， 夏 热 冬 暖 和 温 和 地 区 效 果 相 对 较 差 。关 键 词 汽 车 展 厅 ； 新 风 机 组 ； 热 回 收 装 置 ； 技 术 经 济 分 析Rationality analysis of heat recovery equipment forautomobile exhibition hall at different climatic zonesSun Yongxia Wang Ping(China Institute of Building Standard Design Research)ABSTRACT In order to study the rationality of setting exhaust air heat recovery equipment in the fresh air handling units at different climatic zones，taking the automobile exhibition halls in Chifeng， Beijing, Chongqing, Guangzhou and Kunming as examples, the economy is analyzed by using the all-year hourly dynamic calculation. The results show that the energy conservation effect of setting exhaust air heat recovery equipment is obvious at cold regions，it is not obvious at hot summer and cold winter area, it is relatively poor at the hot summer and warm winter area and the area where humidity and temperature are appropriate.KEY WORDS automobile exhibition hall； fresh air handling unit； heat recovery equip-ment； technical and economic analysis1汽 车 展 厅 概 述汽 车 展 厅 是 一 个 建 筑 规 模 在 8 000 20 000 m2的 中 小 型 公 共 建 筑 ， 它 引 人 了 最 能 体 现 汽 车 操 控 性 和 冲 击 力 的 弯 道 （ 如 图 1所 示 ） 概 念 。汽 车 展 厅 按 照 功 能 可 分 为 2大 部 分 ， 3个 模 块 ， 即 汽 车 展 示 区 、 客 户 服 务 和 办 公 区 及 维 修 车 间 。汽 车 展 示 区 通 常 为 1层 ， 层 高 8.5 m， 吊 顶 高 6 m,结 构 形 式 通 常 为 桁 架 。客 户 服 务 和 办 公 区 通 常 为 2层 ， 首 层 按 照 德 方 CD标 准 层 高 定 为 3. 8 m， 二 层 层 高 为 4. 8 m左 右 。维 修 车 间 有 单 层 和 多 层 之 分 ， 结 构 形 式 有 门图 1汽 车 展 厅 的 设 计 理 念式 钢 架 和 钢 筋 混 凝 土 框 架 2种 形 式 ， 层 高 通 常 为收 稿 日 期 =2012-05-16作 者 简 介 ： 孙 永 霞 .硕 士 ， 高 级 工 程 师 ， 主 要 从 事 暖 通 空 调 设计 。万方数据第 3期 孙 永 霞 等 ： 不 同 气 候 区 的 汽 车 展 厅 热 回 收 装 置 设 置 的 合 理 性 分 析 77 6. 5 m， 工 位 上 部 净 高 要 求 4. 2 m。2汽 车 展 厅 的 空 调 系 统 2.1空 调 末 端 形 式本 部 分 重 点 介 绍 汽 车 展 厅 各 功 能 模 块 的 空 调 末 端 形 式 。2.1.1汽 车 展 示 区汽 车 展 示 区 建 筑 面 积 一 般 在 700 m2左 右 ， 净 高 6 m,空 间 高 大 ， 房 间 的 外 围 护 结 构 面 积 较 大 ， 而 且 多 为 大 面 积 的 玻 璃 幕 墙 。 因 此 展 厅 部 分 围 护 结 构 的 负 荷 所 占 比 例 较 高 。 通 过 计 算 得 知 ， 房 间 冷 负 荷 在 200 300 W/m2范 围 内 。汽 车 展 示 区 为 汽 车 展 厅 设 计 中 重 要 的 部 分 ， 为 了 体 现 展 示 区 弯 道 部 分 动 感 的 设 计 效 果 ， 德 方 CD标 准 规 定 ， 展 示 区 吊 顶 除 设 置 筒 灯 以 外 ， 空 调 风 口 只 能 是 靠 近 外 墙 部 分 的 条 形 风 口 和 旋 流 风 口 ， 而 且 旋 流 风 口 的 总 个 数 不 能 超 过 20个 ， 风 口直 径 不 能 超 过 300 mm。 针 对 以 上 要 求 和 特 点 ， 此 区 域 采 用 全 空 气 空 调 系 统 较 为 合 适 。根 据 各 地 气 候 特 点 以 及 甲 方 的 要 求 ， 展 示 区 的 末 端 空 调 形 式 有 ：1)严 寒 地 区 ， 夏 季 采 用 全 空 气 空 调 系 统 供 冷， 冬 季 除 采 用 全 空 气 空 调 系 统 供 热 外 ， 采 用 地 板 辐 射 采 暖 辅 助 供 热 ；2)寒 冷 地 区 、 夏 热 冬 冷 地 区 、 夏 热 冬 暖 地 区和 温 和 地 区 ， 夏 季 和 冬 季 均 采 用 全 空 气 空 调 系 统 供 冷 和 供 热 。图 2为 已 经 施 工 完 成 的 天 津 展 厅 的 展 示 区 效 果 图 。图 2天 津 展 厅 的 展 示 区 效 果 图2.1.2客 户 服 务 和 办 公 区1)对 于 房 间 较 多 ， 面 积 适 中 的 客 户 服 务 及 办 公 区 ， 在 已 设 计 的 展 厅 中 ， 各 个 气 候 区 域 均 适 合采 用 风 机 盘 管 加 新 风 系 统 和 变 制 冷 剂 流 量 多 联 机 室内 机 加 新 风 系 统 形 式 。2) 如 前 面 所 述 ， 客 户 服 务 和 办 公 区 首 层 层 高 受 限 ， 而 二 层 空 间 高 度 相 对 富 裕 。 因 此 首 层 和 二 层 的 新 风 机 组 通 常 都 设 在 二 层 的 新 风 机 房 内 。3) 根 据 德 方 CD标 准 ， 新 车 交 车 区 灯 光 效 果 要 求 比 较 严 格 ， 要 求 各 种 管 线 布 置 的 最 低 点 距 吊 顶 不 能 少 于 200 mm。 因 此 ， 与 建 筑 专 业 人 员 沟 通 协 商 后 ， 在 吊 顶 靠 内 墙 处 设 置 百 叶 风 口 ， 风 机 盘管 则 装 在 走 道 区 域 。 图 3所 示 为 已 完 成 的 昆 明 展 厅 新 车 交 车 区 的 最 终 效 果 图 。图 3昆 明 展 厅 的 新 车 交 车 区 效 果 图2.1.3维 修车 间根 据 各 地气 候 特 点以 及 甲 方的 设 计 要求 ， 维 修 车 间 部分 采 暖 空调 设 置 如下 ：1)严寒 地 区 ，车 间 部 分冬 季 设 置散 热 器 采暖 ， 夏 季 个 别办 公 房 间设 置 风 机盘 管 加 新风 系 统 或者 新 风 换 气机 系 统 。2)寒冷 地 区 ，车 间 内 的办 公 房 间设 置 风 机盘 管 加 新 风系 统 ， 而车 间 开 敞区 域 夏 季多 数 不 设空 调 ， 也 有个 别 设 置立 式 风 机盘 管 系 统（ 如 天 津的 汽 车 展 厅 ）。 冬 季 则为 散 热 器采 暖 、 立式 风 机 盘管 和 暖 风 机 3种形 式 。3)夏热 冬 冷 地区 ， 除 车间 内 的 办公 房 间 考虑 空 调 供 冷和 供 热 外， 其 余 区域 不 考 虑设 置 空 调。4)夏热 冬 暖 地区 ， 车 间内 的 办 公房 间 仅 考虑 夏 季 供 冷 、冬 季 不 供热 ， 其 余区 域 则 均不 考 虑 设置 空 调 。5)温和 地 区 ，车 间 部 分不 考 虑 设置 空 调 ，仅 在 展 示 区 域和 服 务 办公 区 域 分别 设 置 全空 气 空 调系 统 和 风 机盘 管 加 新风 系 统 。2.2空 调 冷热 源 形 式在 已 设 计的 汽 车 展厅 中 ， 空调 冷 热 源形 式 有 ： 变 制 冷 剂流 量 多 联机 空 调 系统 、 水 源热 泵 系 统、 土 壤 源 热 泵系 统 、 风冷 冷 水 机组 和 空 气源 热 泵 机组 。万方数据 78 . 第 13卷3新 风 机 组 设 置 排 风 热 回 收 装 置 的 合 理 性 分 析我 国 能 源 形 势 紧 张 ， 节 能 成 为 我 国 能 源 发 展 的 重 要 战 略 。 为 此 ，GB 50 892005 公 共 建 筑 节 能 设 计 标 准 n(以 下 简 称 标 准 )提 出 应 在 空 调系 统 设 计 中 采 取 排 风 热 回 收 措 施 。 针 对 全 国 不 同 气 候 区 ， 新 风 机 组 是 否 均 需 设 置 排 风 热 回 收 系 统 成 为 汽 车 展 厅 空 调 设 计 的 重 点 。 为 此 ， 对 应 不 同 的 气 候 区 ， 笔 者 分 别 选 择 赤 峰 、 北 京 、 重 庆 、 广 州和 昆 明 的 汽 车 展 厅 作 为 实 例 ， 采 用 全 年 逐 时 动 态 计 算 方 法 ， 通 过 分 析 数 据 及 比 较 经 济 性 ， 最 终 以 热 回收 性 能 系 数 和 投 资 回 收 期 作 为 判 定 依 据 ， 得 出 一 些 结 论 ， 为 后 续 的 汽 车 展 厅 设 计 提 供 设 计 依 据 。3.1理 论 依 据热 回 收 装 置 大 致 可 分 为 显 热 式 和 全 热 式 2种 。 根 据 06K301-2空 调 系 统 热 回 收 装 置 选 用 与 安 装 2， 热 回 收 装 置 类 型 有 转 轮 式 、 板 式 、 板 翅式 、 热 管 式 、 液 体 循 环 式 和 溶 液 吸 收 式 等 。 针 对 汽 车 展 厅 建 筑 面 积 比 较 紧 张 、 办 公 区 域 空 气 相 对 清 洁 的 特 点 ， 笔 者 主 要 讨 论 板 翅 式 全 热 交 换 器 和 板 式 显 热 交 换 器 的 可 行 性 。3.1.1热 回 收 效 率 全 热 回 收 效 率 为_ Qi _ Gx(/i2 - /； !) _ Gp(/i3 hA)V Q Gih.-h,) _ 式 中 ： Q,为 实 际 交 换 的 能 量 （ kW);Q,.max为 最 大可 能 交 换 的 能 量 （ kW) 和 /分 别 为 新 风 进 、 出 热 回 收 装 置 的 焓 （ kJ/kg);A3和 /分 别 为 排 风 进 、 出 热 回 收 装 置 的 焓 (kJ/kg);GA Gp分 别 为 新 风 和 排 风 的 空 气 质 量 流 量 （ kg/s) ;Gmi为 新 风 、 排 风 气 流 中 质 量 流 量 小 的 空 气 质 量 流 量 （ kg/s)。显 热 回 收 效 率 为/ _ Q, _ GJt2 -1) _ G(t - tt)Q,.max Gmm(t, - t ) G (m) “式 中 ： Q,为 实 际 交 换 的 能 量 （ kW);Qt,为 最 大可 能 交 换 的 能 量 (10;/,和 分 别 为 新 风 进 、 出 热 回 收 装 置 的 温 度 和 分 别 为 排 风 进 、 出 热 回 收 装 置 的 温 度 （ C)。3.1.2热 回 收 装 置 增 加 的 能 耗 和 运 行 费 用对 于 热 回 收 系 统 ， 常 见 的 安 装 方 式 有 2种 ： 不 设 旁 通 的 热 回 收 系 统 和 设 置 旁 通 的 热 回 收 系 统 。 2种 方 式 增 加 的 风 机 耗 电 费 用 （ 省 略 了 单 位 及 换算 系 数 ） 为 3Cc =( 卜 (3)式 中 少 为 经 换 热 装 置 的 风 量 ； 为 系 统 增 加 的 压 降 ； 7?为 风 机 的 运 行 效 率 ； r为 风 机 的 运 行 时 间 ； 尺 为 电 价 。3.1.3热 回 收 装 置 的 热 回 收 性 能 系 数COPh = QjN 式 中 ： 为 热 回 收 装 置 回 收 的 热 量 （ 显 热 量 或 全 热量 ， kW);N为 热 回 收 装 置 所 附 加 的 设 备 功 率(kW)。3.1.4投 资 回 收 期投 资 回 收 期 按 下 式 计 算 ：C, _ C,Ce Cs-Cc (5)式 中 ： C,为 系 统 投 资 ;Cs为 全 年 节 省 一 次 能 源 费 用。 其 中 ，_ QwPw + QSP, _ COP, COP2(6)式 中 ： 0和 兑 分 别 为 冬 季 、 夏 季 回 收 的 能 量 （ kw* 10;/和 Ps分 别 为 冬 季 和 夏 季 一 次 能 源 单 价 （ 元 / 千 瓦 时 ） ； COP,为 热 源 系 统 冬 季 平 均 综 合 能 效 比； COP2为 冷 源 系 统 夏 季 平 均 综 合 能 效 比 。3.2计 算 实 例 与 分 析因 汽 车 展 厅 客 户 服 务 和 办 公 区 的 面 积 大 致 相 同 ， 根 据 甲 方 的 设 计 任 务 书 ， 通 常 首 层 选 择 一 台 6 00() m3/h新 风 机 组 ， 二 层 选 择 一 台 4 ()(1() m3/h 新 风 机 组 。 笔 者 针 对 汽 车 展 厅 办 公 区 选 用 一 台 4 00() m3/h新 风 机 组 ， 对 其 热 回 收 装 置 选 择 板 翅 式 全 热 交 换 器 和 板 式 显 热 交 换 器 进 行 计 算 。3.2.1设 定 条 件1)汽 车 展 厅 空 调 系 统 每 天 运 行 时 间 为 ()9:00 21:00,全 年 运 行 。2) 室 内 设 计 参 数 :夏 季 ， 温 度 26 C， 相 对 湿 度 65%;冬 季 ， 温 度 20 C， 相 对 湿 度 30%。3) 热 回 收 装 置 ： 板 翅 式 全 热 回 收 和 板 式 显 热 回 收 ， 全 热 回 收 效 率 取 60%， 显 热 回 收 效 率 取 70%， 排 风 侧 压 降 为 400 Pa(包 含 初 效 过 滤 器 的 阻 力 ） ， 送 风 侧 压 降 为 300 Pa。 4 ()00 m3/h的 板 翅 式 全 热 交 换 器 价 格 约 为 11 ()00元 ， 板 式 显 热 热 交 换 器 的 价 格 约 为 10 000元 ， 过 渡 季 热 交 换 器 不 运 行 。4) 风 机 运 行 效 率 取 60%， 风 机 增 加 的 价 格 已 包 含 在 热 交 换 器 的 价 格 中 。5) 商 业 用 电 电 价 取 0. 76元 /千 瓦 时 。6) 夏 季 冷 源 取 风 冷 冷 水 机 组 和 水 源 热 泵 机 组 2种 ， 09尸 2取 标 准 限 值 （ 分 别 为 2. 8和 3);冬 季 热 源 为 市 政 供 热 和 水 源 热 泵 机 组 2种 ， 市 政 供 热热万方数据第 3期 孙 永 霞 等 ： 不 同 气 候 区 的 汽 车 展 厅 热 回 收 装 置 设 置 的 合 理 性 分 析 79 价 约 100元 /兆 焦 ， 水 源 热 泵 机 组 的 。 (巧 取 3。7)对 设 置 旁 通 管 和 不 设 旁 通 管 2种 安 装 方 式 进 行 比 较 。3.2.2分 析 讨 论利 用 全 年 动 态 计 算 方 法 得 出 各 项 参 数 ， 见 图 4 图 70赤 峰 北 京 重 庆 广 州 昆 明 图 4各 城 市 展 厅 全 热 回 收 性 能 系 数5 000 4 500 4 000 3 500罢 3 000ifc 2 500 烛 2 000 1 500 1 000 500 0过 渡 季 全 年图 5各 城 市 展 厅 空 调 运 行 时 间16 -14 - 显 热 回 收全执 fsiiKr赤 峰 北 京 重 庆 广 州 昆 明 图 6各 城 市 展 厅 的 全 热 回 收 性 能 系 数 和显 热 回 收 性 能 系 数 比 较对 于 全 (显 ） 热 回 收 系 统 ， 当 室 外 空 气 焓 值 低 于 冬 季 室 内 设 计 焓 值 时 定 义 为 冬 季 ， 当 室 外 空 气 焓 值 高 于 夏 季 室 内 设 计 焓 值 时 定 义 为 夏 季 ， 而 当 室 外 空 气 焓 值 低 于 夏 季 室 内 设 计 焓 值 且 高 于 冬 季5 000 r 冬 季 夏 季 全 年4 500 4 0003 500it 2 500 闼 2 0001 500 1 0005000赤 峰 北 京 重 庆 广 州 昆 明 图 7各 城 市 展 厅 的 冬 夏 季 空 调 运 行 时 间室 内 设 计 焓 值 时 定 义 为 过 渡 季 节 。由 图 4和 图 5可 知 ， 在 5个 展 厅 中 ， 昆 明 地 区 过 渡 季 节 时 间 最 长 ， 过 渡 季 节 运 行 时 间 占 总 运 行 时 间 的 80%， 而 设 置 旁 通 管 的 全 热 回 收 性 能 系 数 相 当 于 不 设 旁 通 管 的 全 热 回 收 性 能 系 数 的 4. 4倍 。 因 此 ， 在 过 渡 季 节 时 间 较 长 的 地 区 ， 排 风 热 回 收装 置 应 设 置 旁 通 管 。由 图 6可 以 看 出 ， 赤 峰 、 北 京 和 重 庆 地 区 展 厅 的 全 热 回 收 性 能 系 数 与 显 热 回 收 性 能 系 数 的 比 值 在 1.2 1.4范 围 内 。 广 州 地 区 夏 季 空 调 室 外 相 对 湿 度 为 31%， 冬 季 空 调 室 外 相 对 湿 度 为 70%， 室内 外 湿 度 势 差 大 ， 故 该 地 区 的 全 热 回 收 性 能 系 数 为 显 热 回 收 性 能 系 数 的 5倍 。 而 昆 明 地 区 全 年 室 内 外 平 均 湿 度 势 差 为 负 数 ， 该 地 区 的 全 热 回 收 性 能 系 数 低 于 显 热 回 收 性 能 系 数 。 由 此 可 以 看 出 ， 在 空 气 湿 度 较 大 的 地 区 ， 采 用 全 热 交 换 器 比 采 用 显 热 交 换 器 节 能 效 果 更 明 显 。由 图 7可 知 ， 冬 季 、 夏 季 和 过 渡 季 节 的 运 行 时 间 直 接 影 响 整 个 系 统 的 节 能 效 果 。 赤 峰 和 北 京 地 区 的 冬 季 空 调 运 行 时 间 长 且 室 内 外 焓 差 较 大 ， 过 渡 季 节 相 对 较 短 ， 风 机 能 耗 较 小 ， 故 热 回 收 装 置在 这 2个 地 区 全 热 回 收 性 能 系 数 较 高 。表 1热 回 收 性 能 系 数城 市 赤 峰 北 京 重 庆 广 州 昆 明全 热不 设 旁 通 管 显 热 8. 68 6.69 2. 76 4.06 1. 177.21 4. 81 1.98 0.791.28显 热14. 46 10.40 4.57 7. 64 5. 0712.01 7. 48 3.28 1.49 5. 55由 表 1可 以 看 出 ， 不 设 旁 通 管 的 热 回 收 装 置 ， 只 有 北 京 、 赤 峰 和 广 州 地 区 的 全 热 回 收 性 能 系 数 大 于 3,因 此 对 于 这 3个 城 市 分 别 进 行 投 资 回 收 期 计 算 ； 设 置 旁 通 管 的 全 热 回 收 装 置 ， 各 城 市 的 全热 回 收 性 能 系 数 均 在 3以 上 ， 因 此 针 对 5个 城 市 分 别万方数据 80 第 13卷页 ）测 点 4实 测 值 测 点 5实 测 值 测 点 4计 算 值 测 点 5计 算 值1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0高 度 /m图 5测 点 4和 测 点 5实 测 温 度 与 计 算 温 度 分 布 对 比4结 论1)不 同 边 界 条 件 下 计 算 温 度 场 与 实 测 温 度 场的 对 比 结 果 表 明 ， 类 似 T1航 站 楼 分 层 空 调 区 负 荷 约占 全 室 空 调 负 荷 的 2/3,即 经 验 系 数 a可 取 0. 67。2) 当 边 界 条 件 设 置 尽 量 接 近 实 际 时 ， 将 全 室 负 荷 按 2:1比 例 分 配 于 地 面 与 屋 顶 ， 可 控 制 8 m 以 内 温 度 场 的 计 算 结 果 与 实 测 值 之 差 在 0.5 X： 以 内 ， 计 算 结 果 可 为 工 程 设 计 提 供 预 测 。3)边 界 条 件 设 置 决 定 了 计 算 结 果 的 正 确 性 。 文 中 计 算 的 最 佳 负 荷 分 配 比 例 ， 不 仅 确 定 了 类 似分 层 空 调 的 空 调 区 负 荷 ， 也 为 利 用 CFD技 术 预 测 航站 楼 室 内 温 度 场 的 边 界 条 件 设 置 方 法 提 供 了 参 考 。参 考 文 献1 陆 耀 庆 .实 用 供 热 空 调 设 计 手 册 M.2版 .北 京 ： 中 国 建 筑 工 业 出 版 社 ， 2008.2 石 利 军 ， 戎 向 阳 ， 杨 玲 .成 都 双 流 机 场 T1航 站 楼 冬 季 室 内 参 数 实 测 与 分 析 J.暖 通 空 调 ， 2011,41(7): 14-17.3 路 延 魁 .空 气 调 节 设 计 手 册 M.北 京 ： 中 国 建 筑 工 业 出 版 社 ， 2002.4 朱 颖 心 ， 彦 启 森 .建 筑 环 境 学 M.北 京 ： 中 国 建 筑 工 业 出 版 社 ,2006.5 JGJ/T 1512008建 筑 门 窗 玻 璃 幕 墙 热 工 计 算 规 程 S.6 彦 启 森 ， 赵 庆 珠 .建 筑 热 过 程 M.北 京 ： 中 国 建 筑 工 业 出 版 社 ， 1994.进 行 投 资 回 收 期 计 算 。 计 算 结 果 见 表 2。 由 表 2 可 知 ， 不 设 置 旁 通 管 时 ， 广 州 地 区 的 投 资 回 收 期大 于 5年 ， 此 时 不 宜 设 置 热 回 收 装 置 ， 加 入 设 置 旁 通管 后 ， 广 州 地 区 的 投 资 回 收 期 处 于 3年 的 临 界 边 缘 ;重 庆 和 昆 明 地 区 的 投 资 回 收 期 均 超 过 5年 ， 这 2个 地 区 设 置 热 回 收 装 置 不 经 济 。表 2各 城 市 展 厅 热 回 收 装 置 的 全 年 动 态 计 算 结 果能 源 方 式 比 较 项 目 赤 峰 北 京 广 州 赤 峰 北 京 广 州 重 庆 昆 明不 设 置 旁 通管设 置 旁 通 管空 气 源 冷 (热 ）水 机 组 或 空 气 源 冷 (热 )水 机 组 +市 政 供 热热 回 收 装 置 节 省 成 本 /元 17 022 12 523 6 061 17 008 12515 6011 4 487 2 287风 机 消 耗 的 成 本 /元 4 140 4 140 4 140 2 485 2 666 2 201 2 507 953节 省 的 净 成 本 /元 12 882 8 383 1