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熱管換熱器在游泳館空調系統中的能量回收
梁勇1,朱曉虎2,張風雷2
(1.南京金宸建筑設計有限公司,江蘇南京210029; 2.仁恒投資南京有限公司,江蘇南京210012)
摘要：敘述了游泳館能量回收的必要性，介紹了熱管回收空調通風系統的構成，結合工 程實例定量分析了熱管回收空調通風系統能量回收效率和投資回收年限。
關鍵詞：游泳館；熱管；空調通風；熱回收
中圖分類號：TK 09文獻標識碼：B文章編號：1001-5523(2006)04-0042-03
1.概述
南京某公司開發建設的高級商務樓中有一個游泳館,面積達1500m2,池廳650m2,內設一個25×16m 標準游泳池。室內池廳設計溫度為28℃,相對濕度≤65%。該游泳館以娛樂健身為主要用途,采用直流空調通風系統,氣流組織為下送下回。
游泳館室內屬于高溫高濕環境,一方面大量的水蒸氣蒸發到室內空氣中,帶入大量的余熱余濕,使 室內空氣處于高溫高濕狀態,極易在墻面、玻璃和頂棚等處結露;另一方面由于池水消毒滅菌的需要而向池水中加入液氯,氯氣揮發到空氣中,當空氣中氯氣濃度超過1×10-6時會對人體產生危害,同時氯氣與水蒸氣相遇形成酸性氣體,對館內金屬構件有嚴重侵蝕作用。
這種室內環境既不利于人體健康,也不利于保護建筑。需要排除館內大量的余熱余濕,控制室內空氣中氯氣的濃度和空氣環境品質。因此,游泳館室內 空調排氣量較一般建筑的舒適性空調大、耗能高。而且游泳池通風采用不循環的直流通風系統,該系統中的空氣焓值很高,若直接排出室外能量損失很大,因此應設置能量回收裝置對排氣的能量進行回收, 以達到節能降耗,減少運行費用的目的[1]。
2.熱管回收式空調通風系統
2.1熱管換熱器回收能量在游泳館中應用的可行性
游泳館內濕量很大,用潛熱回收排氣會使一部分排出的濕量重新回到空調區,增加了除濕負荷,因此游泳館以顯熱回收為主。排氣中含有害物質,回收 時不宜質交換,進、排風流道需完全分隔,避免交叉污染滋生細菌。
根據熱管換熱器的特點,可以看出熱管換熱器非常適合作為游泳館能量回收裝置。
2.2熱管回收式直流組合空調機組的構成
熱管回收式直流組合空調機組的構成見圖1, 其由進風箱段、新排風回收段、表冷段、再熱段、送風 機段、排風機段、冬季回風段組成。機組框架用鋁合金或鋼框梁噴塑而成,可撤卸式鉸鏈連接;面板采用 聚氨脂發泡彩鋼板,模塊化生產;新排風回收段和再 熱段采用高效耐用的熱管式換熱器,對排風進行冷 熱量回收,回收效率達70%～80%[2]。
2.3夏季能量回收
南京夏季屬于高溫高濕地區,室外空氣含濕量 大于室內空氣的含濕量,直接采用室外空氣通風已無除濕作用,還增加冷負荷,要采用制冷冷卻的方法 對室內溫度、濕度進行控制。
熱管回收式直流空調系統空氣處理過程如下:
在熱管回收式直流空調系統中排風作為送風二 次再熱的加熱熱源和新風預冷的冷源。室內回風N 先經過空調機組再熱段熱管蒸發端放熱后變成狀態 點P1,進入空調機組新排風回收段,經熱管冷凝端 釋冷后變化到狀態點P2,排出室外。
室外新氣從狀態點W先經過空調機組新排風回收段熱管蒸發段預冷后達到狀態點W1,再進入機組表冷段冷卻減濕至機器露點L,L進入再熱段熱管冷凝端加熱后升溫至送風點O,送入室內,經過熱濕交換后達到N,經過排風能量回收和稀釋室內有害氣體后排出室外。
再熱段回收能量為Q1=G(hO-hL)(kW),新排風 回收段回收能量為Q2=G(hW-hW1)(kW),回收總能量 為Q=Q1+Q2(kW)。
2.4冬季能量回收
南京冬季室外空氣含濕量遠遠低于游泳館池廳內空氣的含濕量,將室外空氣送入室內通風就能達到除濕效果,但送入的空氣必須加熱到一定的溫度后方可引入室內。因此冬季采用室外風加熱直流除濕通風方式,輔以地板輻射采暖,二者結合補償冬季通風和維護結構的熱損失。
冬季運行時,新風先經過空調機組新排風回收段熱管冷凝端預熱,然后進入空調機組表冷段加熱至送風溫度,引入室內排除余濕?？照{機組再熱段不 工作,室內回風由冬季回風段進入機組,經過空調機 組新排風回收段熱管蒸發端放熱后排出室外,排風余熱得以回收,減少了空調機組冬季熱負荷。 回收的熱量為Q3=GC(TO1-TW2)/3 600(kW)。
3.能量回收定量分析
3.1基本參數
游泳館池廳面積650 m2,泳池面積400 m2,池邊 面積250 m2,池水溫度26℃,室內空氣設計溫度為 28℃,相對濕度65%。據此計算的熱、濕負荷及通風 量見表1。
3.2能量回收分析
3.2.1夏季回收量
根據表1、2,選通風量L=25 000 m3/h,熱管換熱 器效率取η1=70%～80%?？紤]風機溫度變化為1℃, 經計算,再熱段回收能量為33.67 kW,回風經再熱 段后溫度降為23℃,回風經新排風回收段后溫度 (排風溫度)為32.6℃,新風回收能量為80.8 kW。 夏季總回收能量為114.47 kW,夏季排風含有的能量為186.73 kW,系統回收效率達61.3%。
3.2.2冬季回收量
經計算,新風經新排風回收段預熱后溫度達到 17.8℃,回收的能量為721 152 kJ。
3.2.3投資回收年限
本工程冷熱源由自備的制冷機房和鍋爐房提供。制冷機房設置2臺水冷螺桿式冷水機組提供夏季空調冷源,制冷系數K=4.0。鍋爐房安裝2臺燃氣熱水鍋爐,作為熱源給空調熱水、生活熱水、游泳池熱水等供熱,制熱效率η=90%。
燃氣采用天然氣,熱值為35.8 MJ/m3,氣價為1.5 元/m3。商業用電電價為0.95元/kW,空調冬、夏季運行時間各為3個月,每天運行時間10 h,夏季回收總能量達103 230 kW,節省資金24 517.1元。冬季回收總能量為649 036.8 MJ,節省燃氣量20 143.9 m3, 節省資金30 215.9元。年節省資金達54 733元?？紤]制冷量、制熱量減少后,對應水泵、冷卻塔用電量也相應降低,則年總節省資金共為6萬元。 再熱段熱管換熱器造價約8.5萬元,新排風回收段熱管換熱器造價約13.5萬元,減少114.47 kW 冷量后,常規空調機組減少造價約2萬元,熱管回收式空調機組較常規空調機組增加的費用約20萬元, 投資回收期約為3年。
4.結語
熱管回收式空調系統回收效率高,經濟實用,安全可靠,使用壽命長,投資回收年限短,是避免交叉污染提供健康空氣環境的一種節能空調系統。
參考文獻：
[1]魏文宇,丁高,張力.游泳館空調設計[M].北京:機械工業出版社,2004.
[2]莊駿,張紅.熱管技術及其工程應用[M].北京:化學工業出版社,2000.
作者簡介：梁勇(1964-),男,江蘇南京人,暖通設計師,從事暖通工程設計工作。
朱曉虎(1974—),男,江西吉安人,工程師,從事暖通工程設計和管理工作。張風雷(1970—),男,安徽宿州人,水暖副總工程師,從事暖通工程設計和管理工作。
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