赵汇 刘雄
西安建筑科技大学建筑设备科学与工程学院
摘 要： 本文提出了新风除湿生活热水三位一体多功能热泵系统， 能够实现制冷， 制热以及生产生活热水。 选取广 州、 上海、 杭州、 长沙等四个城市作为研究对象， 分析显热交换器， 全热交换器在全年的节能量以及对压缩机耗功 的影响。 结果表明显热交换器节能效果不如全热交换器， 且与运行模式有关。 压缩机耗功变化也与运行模式有关。 关键词： 新风除湿热水三位一体多功能热泵 全热回收器 节能量 Energy Saving Effect of Heat Recovery
Device on Multifunction Heat Pump System
ZHAO Hui,LIU Xiong
School of Building Services Science and Engineering,Xi ’ an University of Architecture and Technology
Abstract: A trifunctional heat pump system for fresh air dehumidification and domestic hot water is proposed,which can realize refrigeration,heating and domestic hot water production.Guangzhou,Shanghai,Hangzhou and Changsha were selected as the research objects to analyze the energy saving of sensible heat exchangers and full heat exchangers throughout the year as well as the influence on compressor power consumption.The results show that full heat exchangers is superior than sensible heat exchangers.Besides the effect of energy saving is related to the operation mode, and the change of compressor power consumption is also affected by the operation mode.
Keywords: trifunctional heat pump system,full heat recovery unit,energy saving
收稿日期： 202039 作者简介： 赵汇 （1995～）， 女， 硕士研究生； 西安市碑林区雁塔中路 13号西安建筑科技大学逸夫楼113室 （710000）；
Email:****************
由于传统意义上的空调无法满足人们对空调在 舒适性和节能性上愈来愈高的要求，
故提出了温湿度 独立控制空调系统（THIC ）。随着系统研究的不断深 入， 研究者们提出了不用形式的空气处理方法和显热
端处理方法 [1] 。湿度控制子系统形式多样， 其中利用新
风承担室内全部湿负荷是湿度独立控制系统的趋势。
1 系统原理介绍
本文提出一种新型多功能热泵系统 [2]
， 系统承担
室内湿负荷，部分显热负荷以及全年生活热水负荷，
在春夏秋季利用新风控制室内湿球温度, 其中新风承
担室内全部湿负荷和部分显热负荷
[4]
， 其系统原理如 图1所示。
图1 新风除湿热水多功能热泵系统原理图
第40 卷第 2 期 2021 年2 月
建 筑 热 能 通 风 空 调
Building Energy &Environment Vol.40No.2 Feb.2021.71~74
文章编号： 10030344 （2021） 20714
该系统主要利用一台变频压缩机作为动力来源， 系统的新风处理模块主要承担室内湿负荷， 新风湿负 荷，
新风冷/热负荷以及部分室内显热负荷， 通过对室 外新风进行除湿， 使新风承担新风湿负荷及室内湿负 荷， 控制新风的送风温度， 可使新风承担部分室内显 热负荷。对于生活热水加热所需的热量，
由新风冷却 除湿过程中产生的冷凝热以及室外换热器提供。
2 热交换装置节能量
近些年来住宅内通新风越来越普遍，
多数新风系 统会采用增加排风热回收装置减少系统用能， 目前常 用的热回收装置为全热交换器和显热交换器。 2.1 建筑模型以及参数选取
针对多功能热泵系统特点， 本文选取杭州、 广州、 上海、 长沙四个城市进行探讨， 选取住宅建筑作为研 究对象， 讨论该系统在四个城市中的节能量。
选取建筑为别墅型住宅建筑，
图 2 为该建筑其中 一层平面图， 从图中可以看出， 该层房间设置为两个 卧室， 一个客厅， 一个餐厅和两个卫生间。
图2 住宅建筑平面图
根据 《实用供热空调设计手册》 [3]
选定夏季室内设
计参数为26 益，
相对湿度为55%。冬季室内设计参数 为18 益，
设计相对湿度为30%～60%。 根据 《实用供热空调设计手册》 可知， 新风的选取
原则是保持正压， 新风比以及最小新风量，
根据 《住宅 新风系统技术标准》
[4]
可知， 对于住宅建筑的新风量计 算如下：
G =V伊 n =S伊 h伊
n （1）
式中： G 为新风量，
kg/h ； n 为新风换气次数， 次 /h ； V 为 住宅体积，
m 3 ； S 为住宅面积， m 2
杂物门
； h 为住宅高度， m 。 2.2 排风热回收装置节能量计算
显热交换器其回收新风热量的计算公式 [5]
为：
Q s =GC P 籽 (t w j -t n j )浊
s （2） 式中： t w j 表示室外进风温度， 益； t n j 表示室内排风温 度， 益； 浊
s 表示热交换器显热交换效率。 对于全热交换器其回收新风热量的计算公式为：
Q h =G 籽 (h w -h i )浊 h （3） 式中： h w 表示室外新风焓值，
kJ/kg ； h i 表示室内排风焓 值，
kJ/kg ； 浊 h 表示热交换器全热交换效率。 根据 《 空气 空气能量回收装置
GB/T210872007》
[6] ， 热交换器效率选取值如表2。 表2 热交换器效率选取表
根据式（2）、（3），计算排风热回收装置回收的能 量， 根据日常生活起居习惯， 本文选取两种运行模式
进行探讨， 第一种为全天运行模式， 第二种为工作模 式， 即夜间10点至晨间6点开启，
结果如表3所示。 表3 各城市热回收装置节能量
图4
各城市夏季节能量和节能效率比
制冷
制热 焓效率/% >50 >55 温度效率/%
>60
>65
热回收能量值/kJ
芯片测试模式 1 模式2 城市
季节
新风 处理模式 全热
显热 全热 显热 夏季
除湿 6061689 613669 905987 53466 冬季 制热 5650041 5529679 2063594 2042884 制冷/除湿 1669423 1486747 661711 608019 杭州
过渡季节 制热 5334941 896726 1608613 25443 夏季
除湿 11905920 1936137 3544390 13739 冬季 制热 465270 403971 169458 150957 制冷/除湿 1329906 1049281 583621 477330 广州
过渡季节 制热 6885113 1261719 2069432 152312 夏季
除湿 16527197 947057 2654641 27020 冬季 制热 6613873 6355525 2405733 2354193 制冷/除湿 89157 47064 48509 23590 上海
过渡季节 制热 17141510 5087945 5300763 1281707 夏季
除湿 1055736 49832 3314428 70205 冬季 制热 6379798 6072180 2280078 2219802 制冷/除湿 409992 351649 209946 164559 长沙
过渡季节
制热
11768867
证据智能系统
798770
3567092
8786
2021年
建 筑 热 能 通 风 空 调 ·72·
66.75 86.29 64.97
63.78
低通滤波电路65.66
84.11
64.44条桶
61
杭州
广州
上海 长沙
1 2
3 4 5
6 7 节能量(G J )
城市
模式1
模式2
2 4 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90
节
能率 (%)
模式1 模式2
图5 各城市冬季节能量和节能效率比
图6 过渡季节需加热时全热交换器节能量
图7 过渡季节需冷却时全热交换器节能量 从表 3 可看出， 杭州和广州夏季使用显热交换器 回收的能量为负值， 显然使用显热交换器不节能。因 此对于多功能热泵系统， 热回收装置选择全热回收装 置节能效果更好， 将使用全热交换器时的节能量和节
自动钎焊设备
能比例绘制成图， 如图 4、 5、 6、 7所示。
从图中可以看出， 在夏季使用全热交换器在上海 和长沙分别能够节约 45.51%和 45.35%的能量，高于 杭州和广州， 在冬季的节能率与杭州相差不多， 分别
为64.97%和63.78%， 夏季的节能效率低于冬季。且冬 季无论是模式1还是模式 2，
节能量最多的都是上海， 因此上海适合使用全热交换器进行热回收。 对比图6、 7中的节能率可发现，冷却工况下节能率最高的是长 沙， 节能率高达83.89%。
加热时节能率最高的是上海， 节能率超过100%，表明在上海过渡季节室外温度较 低时可仅开启热回收装置就可满足对新风处理要求。
同时从模式 1 模式 2 的节能量和节能率对比来 看， 模式2下运行时间短， 负荷较小， 机组提供能量少， 但是使用热回收装置的节能率相差不大，
其主要原因 是在计算过程中热回收效率为定值， 实际使用过程中
该值不断变化，
吴炜华 [7]
研究了风量， 温度差， 湿度差 对换热效率的影响， 并拟合出了经验公式， 表明温度差
和湿度差与效率呈正相关的关系，
风量则与其负相关。 因此在温度差和湿度差大的地方使用热回收装置节 能效果更好。
3 热交换装置对压缩机耗功的影响
多功能热泵系统增加全热回收装置后处理新风 消耗冷量减少的同时冷凝热随之减少，
此时系统压缩 机的做功变化未可知， 因此本节主要探究使用全热交 换器对多功能热泵系统压缩机做功的影响。
夏季可节约的压缩机耗功量为：
式中： Q sc 表示使用全热交换装置节约的能量， kJ ； COP a s 表示夏季系统运行平均COP 。
冬季可节约的压缩机耗功量为：
式中： Q s h 表示使用全热交换装置节约的能量， kJ 。 过渡季节系统需要对新风进行加热或冷却，
当系 统对新风冷却工况时使用全热交换器依然能够满足 生活热水的需求时， 节能量的计算与式 （4） 相同， 当系 统产生的冷量不足以提供冷凝热时，
热交换器达不到 节能的作用， 在系统为新风加热工况下， 使用全热交换 装置节约的能量可按照式 （5） 计算。得到各个城市各 个季节耗功量的值如表4。
由表4可得，夏季全热交换器通过回收冷量减少 压缩机做功， 冬季则回收热量减少压缩机做功， 过渡季 节既回收冷量也回收热量， 且冷量回收值较大， 在压缩 机总能耗中占比大。上海和长沙由模式1转变为模式 2，
节能率有所下降， 因此对于长沙和上海过渡季节使 用全热交换器节能。对于杭州和广州，使用全热交换
器是否节能与运行模式有关，
模式1下节能， 模式 2下 72.99
79.53
118.87
72.44 70.74 76.72
139.07 79.22 杭州
广州
上海
长沙
0.0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
1.4 1.6 1.8 节能量( G J )
城市
模式1显热
模式1潜热 模式2潜热 模式2显热 模式1 模式2
70
80
90 100
110 120
130
140 150 节
能率 (%) 45.58 46.75 64.97 83.89 39.16
42.39
56.71
74.99 杭州
广州
上海
长沙
2 4 6 8 10 12 14
16 18 20 节能量(G J )
模式1显热
模式1潜热 模式2显热 模式2潜热 模式 1 模式2
35
40 45 50 55 60 65 70
75 80
85
90
节
能率 (%)
COP
sc
s as Q W =
（4）
COP
sh
s as Q W =
（5）
赵汇等： 热回收装置对多功能热泵系统的节能效果分析
第 40 卷第 2 期 ·73·
不节能。
表4 系统压缩机耗功量对比表
由图8可得，长沙冬季的节能率最低。在模式 2 下运行时， 杭州和广州的过渡季节使用全热交换器并 不节能， 甚至会增加压缩机耗功量，
因此在杭州和广 州使用全热回收装置时需要注意机组运行时间段。且 从图上可以看出长沙冬季的节能率最低，模式 1下为
5.46%，
模式2下仅为1.69%。 图8 各城市耗功节能率对比图
图9 各城市耗功量对比图
从图9可以看出， 广州夏季制冷压缩机耗功最多， 冬季制热压缩机耗功最少，但是模式 1下运行比模式
2下运行耗功少，
主要原因是日间室外温度高， 压缩机 COP 值较高。且从图中可以发现，
杭州， 上海和长沙冬 夏季耗功量相差不大，过渡季节模式 2下杭州耗功最 多， 模式 1下上海耗功最多， 主要耗功在于新风的除湿 冷却过程。
4 总结
本文通过分析常规空调系统的优缺点， 结合日常 生活需求创新性的提出了多功能热泵系统， 并研究热
交换器对系统的影响，
得到以下结论： 1）
根据上述分析可发现， 温湿度差越大， 使用热回 收装置的节能效果越好， 对于多功能热泵系统来讲，
选 择全热交换装置更加合适。
2）
杭州和广州过渡季节使用全热交换器模式1下 可节能， 模式2下不节能， 因此广州和杭州使用全热交 换装置时和运行时间关系很大， 白天运行节能， 夜间运 行并不节能， 而上海和长沙由模式1转变为模式 2， 节 能率有所下降但是依然节能，
因此对于长沙和上海过 渡季节使用全热交换器是节能的， 日间运行的节能率 稍高， 对于杭州和广州， 使用全热交换器是否节能与运 行模式有关， 模式1下节能， 模式2下不节能。 本文通过分析热交换器对多功能热泵系统的影 响， 表明使用全热交换器比显热交换器更适用于多功 能热泵系统， 且节能效果与运行模式和季节等都有关 系， 但是本文只是简要分析了影响， 并没有对这些因素 量化提出系统在实际使用过程中各影响因素的影响 分子， 是下一步研究的方向。 参考文献
[1]
杨修飞，罗清海，杨会娟.温湿度独立控制空调系统的现状分析 [J].能源工程,2011,(6):5860+68.
[2] 刘雄.空调制冷设备[P].中国:201110355046.1,2011
[3] 陆耀庆.实用供热空调设计手册[M]. 北京: 中国建筑工业出版 社, 2008.
[4]JGJ/T 4402018住宅新风系统技术标准[S].
[5]
徐胡清.夏热冬冷地区空调排风热回收节能性分析[D].合肥: 合肥工业大学,2010.
[6]GB/T 210872007空气 空气能量回收装置 [S].
[7]
吴玮华.空气—空气板式全热交换器热量回收性能的研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学,2009.
压缩机做功减少量
模式
季节 制冷/kJ 占比/% 制热/kJ
占比/%
总耗功 /kJ 占比 /% 夏季
2023476 28.22 7169525 28.22 过渡季 1676396
5.2 551559 29.06 6736875 33.07 模式 1
冬季 2127234
33.16 6414817 33.16 夏季 307221 13.41 2290374 13.41 过渡季 539827
14.75 212915 13.87 5193624 6.29 杭州
模式 2
冬季 804593 17.45 4609982 17.45 夏季
3962912 29.45 13458035 29.45 过渡季 2046354
41.1 388341 26.19 7070740 35.5 模式 1
冬季 62619 28.92 214926 28.92 夏季 1203763 28.14 4277486 28.14 过渡季 330985
21.22 171615 13.64 3865031 3.15 广州
模式 2
冬季 54112 17.04 317547 17.04 夏季
2755104 45.48 6057791 45.48 过渡季 6026206
57.61 24250 18.37 10592068 57.12 模式 1
冬季 2473946
32.62 7584648 32.62 夏季 890496 45.35 1963451 45.35 过渡季 1755989
47.38 6412 9.35 3774681 46.69 上海
模式 2
冬季 903281 16.64 5427690 16.64 夏季
3573083 45.13 7886008 45.13 过渡季 2169218
60.65 125579 25.23 4074424 56.32 模式 1
冬季 403957 5.46 7405059 5.46 夏季 1106728 43.43 2548177 43.43 过渡季 501228 40.34 65410 13.03 1465214 38.67 长沙
模式 2
冬季
138162
1.69
4803864
1.69
杭州
广州
上海
长沙
4 8 12 1
6
夏季 - 1 耗功量( G J )
城市
杭州
广州
上海
长沙
0.0
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5
夏季 - 2
耗功量( G J )
城市
过渡季 -2 冬季 -2
过渡季 -1
冬季 - 1 2021年
建 筑 热 能 通 风 空 调 ·74·
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议