Ξ
柯 莹 王 鑫 袁旭东
(华中科技大学)
摘 要 简要介绍空调系统排风热回收装置节能性的优点，着重对其空调系统本身生命周期成本的影响进行分析，并介绍其回收期的计算。结合武汉当地实例分析，指出该装置节能性较好，能够大量节省空调系统本身的生命周期成本，回收期较短，有很好的推广和使用价值。关键词 排风热回收 节能性 L CC 分析 回收期计算 The LCC analysis of HVAC
systems with air 2to 2air energy recovery
Ke Y ing Wang Xin Yuan Xudong (Huazhong University of Science and Technology )
微型弹簧
ABSTRACT Introduces the advantages of HVAC system with air 2to 2air energy recovery e 2
quipment ,analyzes the life cycle cost (LCC )and shows how to calculate the systems ’payback periods (PBP ).Takes the apartment in Wuhan for example to analyze and gets the conclusion that it has good energy saving ability ,economical life cycle cost and a short payback period.KE Y WOR DS air 2to 2air energy recovery ;energy saving capability ;LCC analysis ;calculation of payback periods
空调系统的排风热回收是利用热回收装置回收排风中的冷(热)量达到节能的一种有效的方式。在建筑物的空调负荷中，新风负荷一般要占到空调总负荷的30%，甚至更多。将空调房间的热量排放到大气中既造成城市的热污染，又白白地浪费了热能。如果用排风中的余冷/余热来预处理新风，就可以减少处理新风所需的能量，同时降低机组负荷，有效减小系统的初投资，从而提高空调系统的节能性和经济性。
空调设计规范规定：凡涉及有独立的新风和排风系统的场合，应认真考虑回收排风中冷(热)量来预冷(热)新风的措施[1]。1 排风热回收系统
排风热回收装置(air 2to 2air energy recovery
桑叶采摘器
ventilation equipment )利用空气2空气热交换器(air 2to 2air heat exchanger )来回收排风中的冷(热)能对新风进行预处理。根据回收热量的形式，主要
可分为显热回收(heat recovery ，简称热回收)和全
热回收(energy recovery ，也叫能回收或焓回收)[2]。 气气热交换器是排风热回收系统的核心[324
]。典型的热交换器有热管式热交换器(heat pipe heat exchanger )、板式热交换器(plate heat exchang
er )及转轮式热交换器(rotary heat exchanger )等几种。其中热管式传递的是显热，其他2种既可传递显热，又可传递全热。 图1是一个简单的带排风热回收装置的空调系统图。从空调房间出来的空气经过热交换器与
图1 带排风热回收的空调系统
第7卷 第5期 2007年10月 制冷与空调 REFRIGERA TION AND AIR -CONDITION IN G 29232
Ξ国家自然科学基金项目(50177012).
收稿日期:2006207231
通讯作者：柯莹,Email :quecoo @126
室外新风进行热交换，对其进行预处理。换热后的排风排到室外，经过预处理的新风和回风混合后再经辅助盘管处理后送进室内。在热交换器处设有一个旁通管道，在过渡季节等不需要进行排风热回收的时候将其打开，直接通入新风。2 节能分析
排风热回收的节能性主要是在于它利用排风对新风进行预处理，系统只需将空气从预处理后的
温度处理到送风温度即可，这样就降低了系统处理空气的负荷量及运行时的能耗。如果已知室内外温度，结合送风设计参数和排风热回收装置的相关公式，即可进行全年性的节能分析。
根据显热回收时的效率公式[3],εT =m s (T 1-T 2)/[m min (T 1-T 3)]及排风和新风的质量比,
即可计算出空气经过预热后的温度，然后再根据回风和新风的比值计算出两者混合后的温度否进行热回收的两种能耗进行比较，即可得出其节能效果。
3 生命周期成本分析和回收期的计算
使用一种新的设备首先要考虑其是否有好的使用价值，其整个使用周期的总费用如何，能不能在较短的时间内回收投资的成本。下面就对排风热回收的生命周期成本(life cycle cost ,L CC )和回收周期(payback period ,PB P )进行分析。3.1 生命周期成本的计算
生命周期成本分析考虑的是系统在整个运行期间的相关费用，主要包括初投资费用、运行费用、维护费用等[526]。对于排风热回收系统而言，则可以从设备初投资、系统运行费用和使用排风热回收装置节约的费用这几个方面考虑，即
L CC =C cap +(C op -C rec )×k
(1)
k =
[(1+j )/(1+i )]n
-11-(1+i )/(1+j )
其中,L CC 为系统生命周期内的总成本;C cap 为系统设备初投资;C op 为系统运行费用;C rec 为使用排风热回收节省的费用;k 为考虑金融利率与物价变化的系数;n 为系统的生命周期,i 为银行利率,j 为物价上涨率。 在进行初投资分析时需要考虑2种情况：一是对新的空调系统考虑使用排风热回收装置；二是在原有的空调系统上加上排风热回收装置。 对于第1种情况，初投资不仅包括热交换器、辅助盘管及增加的风机的费用，还应该考虑到系统
其他设备的投资费用。这样，对于第1种情况而
言,
C cap =C ex +C aux +C fan +C sys (2)其中,C ex 为热交换器的投资费用;C aux 为辅助盘管的投资费用;C fan 为风机的投资费用;C sys 为系统其
他设备的投资费用。
对于第2种情况，初投资仅包括热交换器、辅助盘管及增加的风机的投资费用。所以,
C cap =C ex +C aux +C fan
(3)
C op 是系统的运行费用，包括系统冷水机组、冷热盘管、水泵及风机等各个部分的运行费用。在使用排风热回收装置后，各个部分由于其影响，各自的能耗都可能会有不同程度的影响 C rec 是系统由于使用排风热回收装置减小冷(热)负荷而节约的费用,C rec =k Eq rec ，其中,E 为所使用能源的单价,q rec 为热回收系统回收的能量。3.2 回收周期的计算[7]
回收周期按照式(4)进行计算:
PB P =
设备初投资每年节约的费用
(4)
与传统的空调系统相比，有排风热回收装置的
系统多了一个热回收装置。如果仅考虑热交换器的回收周期，则
PB P =
C ex
(C rec
-C op 2fan )/k
(5)
如果考虑加入排风热回收装置对其他设备的影响，在设备初投资方面需要加上增加的风机的投资，同时减去因峰值负荷降低而造成的机组容量减少引起的机组投资减少量和冷热盘管等设备的初投资减少量即可。4 实例分析
在实际工程中已有一些开始使用排风热回收装置，且达到了较好的效果[8]。下面以武汉市某空调系统为例，结合上面的结论进行相关理论分析。
取武汉市某栋空调面积约为90000m 2的商业建筑。设定武汉的室内参数分别如下：夏季室内温度为2
4℃，相对湿度为60%，送风温度为16℃；冬季室内温度为20℃，相对湿度为50%，送风温度为28℃。其夏季冷负荷约为19000kW ，冬季热负荷约为5400kW 。下面分别对使用排风热回收装置后的节能性、生命周期成本和回收期进行分析。
麦双尾蚜・
03・ 制 冷 与 空 调 第7卷
4.1 节能性
这里结合武汉市全年的室外气候和室内设计温度进行分析。图中T32S和T32W分别为夏季和冬季的室内设计温度;T des2S和T des2W分别为夏季和冬季的设计送风温度;T1为室外温度曲线，由历年的平均温度、最高温度、最低温度曲线图表及夏冬季设计温度值确定;T2为夏季和冬季新风经过预处理后与回风混合后的实际温度，由显热回收的效率公式，新风、回风及排风的比值及T1和T3可以确定;T′2为没有进行热回收时新风经预处理后与回风混合后的温度，由室内外的温度值及新回风的比值确定;T3为室内设计温度，夏季为T32S，冬季为T32W。确定了T1,T2,T′2和T3等温度的曲线后，便可分析其节能效果。
如图所示，普通的空调系统需要将空气从T′2处理到T3，此时只需将其从T2处理到T3即可，这样即可
节省从T2到T′2所需要的能量。图2中网格部分即为热回收的冷(热)量，斜线部分为辅助加热或冷却的负荷量，只要测得各部分的面积，即可计算出其节省的能量的比值。取上述的数据得到：在武汉，建筑空调采用显热回收装置时，根据所测得的面积，使用排风热回收后夏季可以回收19.8%的冷量，冬季可以回收29.7%的热量；夏季峰值负荷降低21.7%，冬季峰值负荷降低34.2%
。
图2 空调显热回收效果图
对于所取建筑，其夏季可节省能量426万kW・h,
峰值负荷降低4123kW；冬季可节约能量172万
kW・h，负荷降低1847kW。
4.2 热回收装置的确定
机组的选择主要是根据风量的大小来确定。
根据本例的实际情况，由于单层的风量较大,
需要采用分区降低单机的风量。经考虑，每层分若
干个区，每区选用额定风量为2～3万m3/h的新
风换热机。就武汉市新风换热装置目前的市场价
格，新风换热机组的总投资成本约为290万元。
4.3 L CC分析
对其L CC的分析，可以从以下几点逐一分
析。
1)初投资C cap：整个系统的初投资包括原有
空调机组和附加的排风热回收装置两大部分。对
于新的空调系统，由于热回收装置的使用，使得峰
值负荷有明显的减小(武汉地区主要以夏季负荷为
主，仅以此考虑，降低4123kW)，这样机组的容量
降低，在这方面首先就节省了一笔不小的费用。另
外由于加入设备使得系统的风压增大，在风机的选
用上要有相应的考虑。对于已有的空调系统，初投
资则为热交换装置和辅助风机的费用。
2)运行费用C op：对于新的空调系统而言，采
用热回收装置后，冷热源机组的容量有了明显的减
小，故其在运行时的能耗有了明显减小，运行费用
相对也就大幅降低。虽然风机的运行费用增加了,
但是远小于其回收的能量，基本可以忽略不计。对
于原有的空调系统来说，增加的运行费用就是所增
加的风机这一部分费用。
3)节省费用C rec：包括了上面两者的节省量。
系统增加了热回收装置之后，其冷热源机组的容量
有了明显的减小，故其在运行时的能耗量有了明显
减小，运行费用相对的有大幅降低。
为计算方便，暂忽略由于增加排风热回收装置
・
1
3
・
第5期 柯 莹等：空调系统排风热回收的生命周期成本分析
而引起的风机等设备的附加能耗(与所节省的能量相比很小，回收的能耗和由于采用热回收装置所增加的风机的能耗的比值可高达39[9])。不防设空调系统的能效比值为4，另根据当地的电价0.6元/(kW ・h )，由上面的数据进行计算可得到具体节省的费用如下:
夏季:C rec 2c =k Eq rec 2c =k ×0.6×426×104/4
=k ×63.9万元≈64万元
t载体
冬季:C rec 2h =k Eq rec 2h =k ×0.6×172×104/4
=k ×25.8万元≈26万元 上述计算中,k 值均近似取为1。
这样，一年之内该装置就可以节省近90万元的能耗花费。
对于本例，与常规的空调系统相比，在整个生命周期中(设空调系统的生命周期为20年)共可节省90×20=1800万元。即使减去换热设备本身的投资，也可以节省约1510万的费用，对整个生命周期而言，的确是一笔不小的开支。4.4 回收期的计算
制作音箱PB P =
设备初投资每年节约的费用
(6) 只要知道每年使用排放热回收装置所节省的费用即可算出设备的回收周期。根据已有的数据得出本系统使用排风热回收装置的回收周期约为3.2年。
4.5 说明
1)在L CC 分析中，没有加入由于主机容量减
少而节省的费用；在回收期的计算过程中也只是单
独考虑热回收装置本身的回收周期，也没有考虑冷热源的因素。在L CC 分析中，如果考虑到冷水机组容量减小的影响，将会节省更多的费用；而在计算回收周期时只需在设备初投资一项中减去主机本身投资减少的费用即可。 2)新风量越小的话，热回收设备成本会越低，但是使用排风热回收装置的主要原因就是节能的同时改善室内的空气品质，所以在实际情况中新风量不宜取的过小，本例中的新风比为30%。 3)本文针对的是有回风的情况，如果是全新风的话，能量回收效果会更好。5 结 论
笔者对排风热回收装置的生命周期成本
(L CC )及回收期(PB P )的计算进行了分析，并以
武汉地区为实例进行了计算，得出其具有较好的节能性，能大量节省空调系统生命周期成本，并具有较短的回收期的结论。 对空调系统使用排风热回收装置不仅可以降低系统的峰值负荷、减小机组容量、降低初投资成本，还可以节约大量的能量，这样就可以有效地节约运行费用，从而达到节能的目的。同时，使用热回收装置后能够大大减小原有空调系统的生命周期成本，且其回收周期也较短。由此可以看出，对空调系统使用排风热回收装置是非常具有发展前景的。由于武汉地区的地理位置和气候特点具有一定的代表性，这一结果也可推广应用到其他长江中下游冬冷夏热地区。
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23・ 制 冷 与 空 调 第7卷
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