关于客房排风的热回收系统.doc

关于客房排风的热回收系统1 热回收系统节能的重要性在中高档标准客房中，新风量取值应在30-50m3/h.p之间，其新风负荷占空调总负荷的1/4-1/3。一般来说，当新风量与排风量之比小于1：1.05时，才能满足客房内卫生间应保持负压的规范要求，但这要消耗空调能量的30以上。客房卫生间的排风比较集中，聚集的废气一相对较大，其排风量在一定长的时产是内较稳定，它潜藏着大量的冷热能，有相当大的利用价值。1.2 热回收系统设计实例长沙市某座大厦，曾设计过客房排风的热回收系统。大厦在24-37层中，有448套客房，均按二类宾馆双从标准间设置。每套房间取80m3/h的新风量，其总量为3.6x1043/h。从而，确定客房区的新风量与排风量之比为1：1.125 。这部分建筑还有办公、会议等辅助间及内封闭式走廊，均需送新风，计算出总新风量约为5x104m3/h。根据系统的排风量与新风量之比为1.3。参考产品样本，选择转轮组密度12孔、cm2、厚度200mm 、最大转速10r/min的转轮式全热交换器，以额定风量5x104m3/h，转轮直径3800mm等参数，查设备特性曲线得出：热湿交换率=072。经计算得出，全热回收量约为32x104kcal/h。2 热回收装置2.1热回收装置概况针对客房排气热回收性质而言，中间热媒式换热器，具有新风与排风会产生交叉污染和布置方便灵活的优点。但需配备循环不泵来输送中间热媒，传递冷热量，消耗动力，并有水系统处理等问题。另外，其温差损失大，热效率仅有40-50，且不且回收潜热，板式换热器，虽然没有传动设备，但也只能回收显热；管式换热器，需要借助另一种介质的相变进行热传递，亦不能回收潜热，空气-空气热回收泵，其节能效率高，可回收大量潜热。然而，需配压缩机、冷凝器、蒸发器等一系列设施，其本身的能耗，设备投资及维修管理工作量均大于其它。2.2 转轮式换热器在换热器旋转体（转轮）的两侧设有他隔板，使新风与排风反向逆流。转轮芯片多为用铝合金箔制造，其表面覆盖着吸湿性涂层，形成热、湿交换的载体，它以8-10r/min的速度缓慢旋转，先把排风中的冷热量收集在蓄热体（转轮芯）里，然后传递给新风，空气以2.5-3.5m/s的流速通过蓄热体，靠新风与排风的温差和蒸汽分压差来进行热湿交换。所以，既能回收显热，又能回收潜热。蓄热体是由平直形的波纹形相间的两种箔片构成，其相互平行轴向通道，使内部气流形成不偏斜的层流，避免了随气流带进粉尘微粒堵塞通道的现象。光滑的转轮表面及交替改变气流方向的层流，确保了蓄热体本身良好的自净作用。但是，它同样有着不可忽视的弱点，也是在设计系统配置时，应注意解决的问题。（1）由于送风与排风之间的压差存在，无法完全避免气体的交叉污染，有少量气体互相渗漏。（2）因受转芯体密集结构及旋转变化通道的影响，气流压降较大，一般为125pa左右。（3）为了保证蓄热体高效率的性能，充分发挥热湿交换的回收作用，限制了转轮迎风面的流速不能过大。使整体装置占用建筑空间过大。（4）转轮式换热器将送风和排风的接管位置固定限定，使系统布置的灵活性很差。3 热回收系统配置的合理性3.1热回收系统的配置的要点3.1.1 排气应垂直向上集合客房卫生间在热浴时，有气流上浮现象。一旦停电，竖井应能保证热气自排通畅，避免顶部窝集废气漫延其它房间，造成二次污染，新风处理机和热回收器一定要设在客房顶部的设备层内，并要考虑排气系统顶部的总水平干管应有静压箱作用。3.1.2 系统规模要适中对于大负荷的热回收系统，当风量大于15000m3/h时，应组成两个以上的小系统为宜，并有利于各系统支管风量的均匀分布和风压的平衡调节。3.1.3 送风压人、排气吸出为了发挥自净扇形器的作用，必须使送，排风两侧间压差为200pa。所以，当系统为送风压入、排风吸出布置时，就能保证送风侧压力大于排风侧压力，而不存在排气漏入新风中去的问题。3.2 大厦热回收系统配置的剖析3.2.1 排气系统倒置，运行隐患多在大厦内，23和40两层为设备层，客房上部两层做银行总办，使客房与顶部设备层隔开。只能将新风机组和转轮式换热器放在客房底部设备层内，形成倒置的排气系统。其隐患：一是，一旦停电，排气聚集竖井顶部，无法排出，倒流至其它客房内；二是，建筑立面中部相当于一面屏风，当伸至外墙的排气口迎风时，臭气可能殃及到其它层的客房内。3.2.2 系统庞大，设备布置困难，影响换热性能在设备层里，水、电、风各专业系统管道错综复杂，无法安置两套新风处理及热回收设备。使50000m3/h风量的转轮式换热器、4000x400mm的空间尺寸，硬挤在4.4m层高的梁柱间跨内，造成换热器上部气流不畅，导致转芯断面风量分配不均，新风、排风间热湿交换不充分，直接影响热回收效率。3.2.3 送、排风的压差难保证由于各机组占地大，形状受约束，难以相互调配，没能做到送风压入、排风吸出的组合方式。系统运行时，很难保证转轮体两侧送风大于排风的压差，有可能造成排风向新风泄漏住宅小区集中供冷优化管理系统及其基于网络的实现1 引言建筑能耗在全球能源的消耗中占有相当大的比例，在一些发达国家，其比例有的已达到40%。我国作为一个发展中国家，近年来建筑能耗所占的比重也越来越大，业已占到全国总能耗的20%左右，这其中更有85%的是用于建筑的采暖和空调1。由于我国用于发电的一次能源在多为原煤（原煤发电约占总量的75%左右），而原煤属于不清洁能源，其在开采、运输、使用过程中都会对环境造成极大的污染。因此，做好建筑能耗的优化管理就可达到节约能源和保护环境的双重目的。住宅小区集中供冷是指通过小区内的管网向用户输配供应冷源机房生产的冷水，以满足用户空气调节的需要。由于集中供冷的规模效应，使得它在防止大气污染、提高能源利用率、有效利用空间、全国各地和资金、美化城市形象等方面具有十分突出的优点，非常符合绿色建筑、健康住宅的健康、舒适、节能、环保的要求，因而有着重大的经济效益和社会效益，是现代化住宅小区建筑空调发展的必然趋势。由于住宅小区的集中供冷系统非常复杂，因此对其进行优化管理必须引进系统工程的概念，不能仅仅只从技术或经济的角度对其进行考虑，而应该全面考虑技术、经济、环境、人文等多方面因素。基于以上这种理念，我们经过大量的工作后，提出了基于网络技术的集中供冷优化管理系统框架及其实现途径。该系统充分利用控制、计量、废热利用等多种手段，对住宅小区集中供冷系统的设计、建造、使用等过程进行全程优化管理。 2 集中供冷优化管理系统本文提出的住宅小区集中供冷优化管理系统包括以下几个部分：住宅小区集中供冷冷源决策系统、住宅小区集中供冷最优设计系统、集中供冷系统与人工景观相结合的技术、住宅小区集中供冷协调控制系统和住宅小区集中供冷自动计费系统。21 住宅小区集中供冷冷源决策系统2传统的集中供冷冷源决策往往只注重某个方面因素的分析，而不涉及复杂因素的相互影响。由于住宅小区集中供冷是一个非常复杂的系统，其最优性受到技术、经济、环境、文化等多个方面的制约，因此，仅仅只从某个方面进行分析，肯定不能得出一个满意的结果。本文提出的住宅小区集中供冷冷源决策系统采用美国数学家t.l.sady教授在20世纪70年代提出的层次分析法（analytical hierarchy process，简称ahp）对住宅不区的集中供冷冷源进行决策。层次分析法是一种把数据、专家意见和分析人员的判断有效结合的方法，是一种定性分析和定量分析相结合的系统分析方法。它把一个复杂的问题分解成各组成因素，然后用两两比较的方法确定决策方案中各因素的相对重要性。由于住宅小区集中供冷冷源决策中具有诸多因素不能明确化的特点，如系统对环境的影响以及系统的可靠性等，因此，层次分析法能很好地应用于集中供冷系统的冷源决策过程。22 住宅小区集中供冷最优设计系统3冷源形式确定后，利用住宅小区集中供冷最优设计系统可以对系统进行设计。该系统采用计算机模拟分析的方法，以整个集中供冷为其优化对象。它首先对住宅小区集中供冷的全年能耗按变基准温度度日法进行预测，然后采用寿命周期费用（life cycle cost，简称lcc）分析法对整个集中供冷系统进行经济分析，从而得出冷源以及冷水输配系统的最佳配置、冷水的最优供回水温差等。23 集中供冷系统与人工景观相结合的技术3随着人们生活水平的提高，人们对环境的要求也越来越高，在一些住宅小区中，喷泉和人造瀑布等人工景观随处可见。集中供冷系统的冷却塔通常会发出较大的噪声，且其形象与周围环境也极不协调。因此，我们特提出了一种利用喷泉或人造瀑布来代替冷却塔对循环冷却水进行冷却的方案（图1和图2）。采用这种方案后，可以达到美化环境、改善小区微气候，减少冷却塔的投资和消除冷却塔的运行噪声等目的，从而使得集中供冷系统对小区环境的影响降到最小。图1喷泉冷却方式 图2 人工瀑布冷却方式通过对该方案的热力分析和其它相关技术的研究表明，经过精心的设计、完善的运行管理、巧妙的布局，将循环冷却水应用于小区水景工程中是完全可行的。24 住宅小区集中供冷协调控制系统4集中供冷系统可以分为四个部分：冷源、冷却水系统、冷水系统和末端用户。由于受计算机技术、通信技术、电子技术等科学的限制，传统的集中供冷系统一般采用和设备单体控制的方法，即系统中每个部分的控制都是各自为政，没有考虑集中集中供冷中各个部分之间的相互影响，每个部分都有着自己独立的控制方案，而不是从系统的整体出发，没有一个统一的最优控制方案。另外，其每个部分的控制方案都是一成不变的，都是建立在一些凭经验建立的数学模型上，而没有考虑到具体系统的不同。与传统的控制方案不同，集中供冷协调控制系统把整个集中供冷系统（除开末端用户部分）作为自己的优化控制目标，不再只是孤立地对各个部分进行控制，而是充分考虑到各个部分之间的相互影响。在集中供冷协调控制系统中，它不仅利用最新的计算机通信技术把整个系统有机的联合起来，而且还利用人工智能新技术对整个系统的控制过程进行最优化的处理，最后，它利用节能效果极佳的变频技术使整个系统真正在最节能最高效的状况下运行。25 住宅小区集中供冷自动计费系统5在我国，由于各方面的原因，现有的对集中供冷的收费仍采用传统的按面积收费的方法，该方法存在着许多的弊端，造成了能源的大量浪费。由于集中供冷计费能够将用户的自身利益与其能量的消耗结合起来，这势必会增加用户的节能意识，推动节能工作的良性向前发展，并使得用户的生活水平环境不断地提高和改善。因此，在集中供冷的住宅小区中必须进行分户计费。通过对现有集中供冷收费方法进行详细地分析后，我们提出了一个基于公平的集中供冷计费方法，该方法充分考虑到各用户围护结构的不同和用户之间热传递所带来的影响，因此可以大幅减少在计费中出现的一些纠纷，增加计费的公平性。在此基础上开发集中供冷计费系统可以自动对各用户消耗的冷量进行计量，并可根据积压用户的围护结构对其消耗的冷量进行自动调节。采用住宅小区集中供冷自动计费系统后，可以促进用户更加主动地节约能源，从根本上杜绝集中供冷能源的人为浪费。3 集中供冷优化管理系统的网络实现通过对住宅小区集中供冷系统和各种通信技术的综合分析，集中供冷优化管理系统采用lontalk作为自己的通信协议来集成集中供冷系统内的各类子系统：集中供冷协调控制系统、集中供冷自动计费系统以及其他控制或管理子系统。lonworks现场总线拓扑结构灵活多变，可根据建筑物的结构特点采用不同的网络连接方式，具有高度的可靠性、较好的可维护性和扩充性。在lonworks现场总线中，由于采用统一的数据结构-网络变量，各类设备采集的数据可以共享，因此能节约大量的设备费用。建立在lonworks现场上的lontalk是一种开放性通信协议，遵守协议的设备和系统可以直接互连，组成无主站点对点的分布式网络。由于lontalk通信协议已被子世界上3000多家著名企业采用，使得其已成为事实上的行业标准。集中供冷优化管理系统可能通过internet与外界联系，这使得决策人员、操作人员和管理人员可以集中供冷系统进行远程监控。当系统出现故障时，维修人员可在千里之外对其进行处理，因而能节省大量的人力和物力。（图3）图3 集中供冷优化管理系统在集中供冷优化管理系统中，我们采用密套接字协议层（security socket layer，简称ssl）技术来保证系统的安全性，允许客户/服务器应用程序之间的通信不会被偷听、篡改和伪造。协作管理环境（cooperation management enviroment,简称cme）软件功能模块包括电子白板、基于web的访问工具、多媒体数据存储、文本信息交流工具和传输工具，通过这些工具，监控人员即使在千里之外，也会觉得自己跟被管理的设备近在咫尺。4 应用实例应深圳市某单位的要求，我们利用本文提出的住宅小区集中供冷优化管理系统对深圳市某住宅小区的集中供冷系统进行了方案设计。该住宅小区位于深圳市区，预计住户总数将达到31240户。根据该小区的规划，我们拟设立三个集中供冷系统对小区进行供冷，其中，系统a共有住户13337户，系统b共有住户8691户，系统c共有住户9212户。 以下是我们为该小区设计的集中供冷系统部分方案：（1）集中供冷冷源使用的能源，可以分为电力方式、热力方式和混合方式。其中热力方式包括燃气、燃油、燃煤、外部供汽四种情况，混合方式指电力与热力兼有的方式。与以上三种能耗方式对应，集中供冷系统常用的冷源设备主要是离心式（或螺杆式）制冷机和吸收式制冷机（包括直燃吸收式制冷机和蒸汽型吸收式制冷机）。根据本文提出的集中供冷冷源决策系统和深圳当地的能源政策，考虑到设备的初投资（包括增容费）、运行费用（与当地的电价、燃油价、天然气价等密切相关）、工作可靠性、对环境的影响等几个方面的因素后认为：在该小区的集中供冷系统中采用燃油价、天然气价等密切相关）、工作可靠性、对环境影响等几个方面的因素后认为：在该小区的集中供冷系统中采用燃气型直燃机具有最佳的经济和环境效益。（2）由地该住宅小区集中供冷系统的供冷范围比较大，这就使得冷水输送系统的消耗的能量非常大，而且室外管网的初投资和管网的冷损失也随着增大。通过对整个系统的优化分析，发现当维持冷水机组的供水温度不变而提高回水温度时，可以提高整个集中供冷系统的经济性。经过详细计算确定，该小区集中供冷系统的最佳供回水温差为t=89。（3）为了进一步美化该住宅小区的环境，我们设计了利用人工瀑布或喷泉代替冷却塔对循环冷却水进行冷却的方案。具体方案为：在喷泉、瀑布跌落的水池中堆放一定的淋水填料，在填料的下部安装有风机，这样就形成一个降低水温用的冷却构筑物。其中，风机用来加大通风量，而淋水填料可以将水滴变成更小的水滴或很薄的水膜，以增大水与空气的接触面积和延长两者的接触时间，从而加强水与空气的热湿交换。水的冷却过程主要是在淋水填料中进行。（4）小区集中供冷协调控制系统分别采集集中供冷系统中的冷却水流量、冷冻水流量、冷却水入口温度、冷冻水出口温度、冷却水塔风机功率及开启台数、冷却水泵功率及开启台数、冷冻水泵功率及开启台数、机组的能耗量（燃料量或耗电量）等参数后，在中央控制计算机上运用人工智能方法对这些参数进行优化组合，以求出整个集中供冷系统在当前负荷下的最优状