2021年第2期（总第49卷第360期) No. 2 in 2021 (Total Vol.49,No. 360)建筑节能（中英文） Journal of BEE
■暖通空调
HV&AC
d o i： 10.3969/j.issn.2096-9422.2021.02.008
李莹莹，晁岳鹏，曹依蕾
(河南五方合创建筑设计有限公司，郑州450003)
摘要：机械新风系统是公共建筑通风的主要形式，为减少空调能耗，采用新风热回收技术成为建筑 设计的重要措施。对寒冷气候区超低能耗公共建筑热回收式新风系统冬季运行效果进行了
测试，结果表明2 000 mVh、3 000 m V h和3 239 m3/h新风量的换热效率均满足要求，室内外 温差与显热换热效率不存在正相关关系。同时，分别计算了 2 000 m V h和3 000 m V h风量
下的投资回收期，结果表明系统经济效益比较明显。针对相同类型建筑，基于舒适、换热效率
和经济性等方面考虑，建议高密人区按稍大风量人均30 m V h作为设计新风量。
关键词：超低能耗；热回收；换热效率；投资回收期；设计新风量
中图分类号：TU83 文献标志码：A文章编号：2096-9422(2021) 02 >0049>04
Analysis on Applicability of Fresh Air Heat Recovery System in
Public Buildings in Cold Areas
LI Ying-ying, CHAO Yue-peng, CAO Yi-lei
(H e n a n F iv e w in A rc h ite c tu ra l D e s ig n C o., L t d,Z h e n g z h o u450003, C h in a)
A b s t r a c t：Mechanical fresh air system is the main form of ventilation in public buildings. In order to
reduce the energy consumption of air conditioning, it is an important measure to adopt the heat recovery technology of fresh air in building design. The performance o f the outdoor air heat recover
y system of public buildings with ultra-low energy consumption in cold area was tested in winter. The results show that the heat transfer efficiency under 2 000 tn /h, 3 000 m3/h and 3 239 m3/h air flow rate all meet the requirements, there is no positive correlation between indoor and outdoor temperature difference and sensible heat transfer efficiency. Meanwhile, the payback period o f the investment under the air volume of
2 000 in /h and
3 000 fir /h was calculated respectively, the results show that the economic benefit o f the
system is obvious. A slightly larger air volume - 30 tn /h per capita is recommended as the setting fresh air volume for the high-density crowd area o f the same type of buildings, considering comfort, heat transfer efficiency and investment.
Keywords ：u ltr a-lo w e n e rg y c o n s u m p tio n；h e a t re c o v e ry；h e a t tra n s fe r e ffic ie n c y；p a y b a c k p e rio d o f th e in v e s tm e n t；s e ttin g fre s h a ir v o lu m e
0引言
随着2003年S A R S冠状病毒（SARS-CoV)和 2019年新型冠状病毒（COVID-19)的出现和爆发，开
窗通风的方式引起了社会的广泛关注。新风的引入
收稿日期：202(M)3-14；修回日期：2021 **02-19
*基金项目：珂南省住房城岁建设科技计划资助顶目“河南省‘十三五’被动式超低能耗建筑技术路径研究”（K - 1801)；河南
省住房城多建设科技计划资助项目“中原地区气候适宜型
被动式超低能耗建筑关键技术研究”（K - 1802)为室内提供新鲜空气，可减少室内有害气体、异味、细 菌和病毒等有害物质，是日常工作和生活中必不可少 的元素。新风负荷约占空调系统总负荷的30%〜50%，在人员密闭的公共建筑内区甚至会占到70%以上因此在给人们带来健康和舒适的同时，过量新 风会导致室内空调能耗大大增加。而新风热回收技术的应用可以有效降低新风负荷，在超低能耗公共建 筑中，采用全热回收装置可至少降低三分之一的建筑 能耗12，所以分析新风热回收系统在寒冷地区公共建
乍义令，等：寒冷地K公几iJi筑新风热丨"丨收系统适川性分析
筑中的适用性意义重大。
程思远等人研究测试了夏热冬冷地区住宅建筑 新风热回收系统在夏季工况下可节约14.5%的空调 能耗:3；王昭俊等人对严寒地区的超低能耗住宅热回 收式新风系统冬季换热效率进行测试和分析，测试表 明换热效率随着新风量的增大而逐渐降低4。但目 前针对寒冷气候区公共建筑热回收式新风系统换热 效率和节能率的测试研究较为鲜见。
我国寒冷地区大多冬季寒冷干燥、夏季炎热，部 分地区夏季潮湿，因而研究该地区超低能耗建筑新风 热回收系统的适用性在提高室内环境舒适性的同时 兼顾建筑节能具有实际指导意义。严寒和寒冷地区 新风全热回收与显热回收节能效果相当，显热回收具 有更好的经济性，但全热回收装置有利于降低冬季结 霜的风险，并有助于控制夏季室内湿度5。本文以实 际工程为例，根据测试结果分析寒冷地区超低能耗公 共建筑热回收效率的影响因素和新风量的确定，为类 似工程提供参考。
1工程简介
本文测试对象为中原地区首个被动式近零能耗 建筑，项目位于河南省郑州市。该建筑采用外墙保温 隔热系统、新风热回收系统、智能监测控制系统、可再 生能源利用、高性能门窗、近无热桥设计和良好的气 密性，综合运用自然通风和自然采光等被动式技术措 施来充分降低建筑能耗。本次测试为项目公共建筑 区域，建筑面积i515 m2，主要功能为展览展示、会 议、宴请和办公等。
项目采用集中式全热回收新风系统，新风机组主 要由电加热段、过滤段、板翅式换热器、冷热处理段
蒸压砂加气混凝土板
、加湿段和风机等组成。新风量范围为2 000 ~ 4 000 m V h，单位风M耗功率为0.42 W/( m'V h)(包 括送风机和排风机），无旁通段，3 ()()0m V h新风量下 出厂测试显热交换效率77. 3%。建筑设计人数1()〇人，其中，办公室等主要房间30人，会议室、多功 能厅等高密人区70人，按照GB50376—2012《民用 建筑供暖通风与空气调节设计规范》要求，项目设计 新风量约为2 0()0 m3/h；按照人均新风量30 m V h，建 筑设计新风量约为3 000 m3/h，设备原理图见图1。项目冬、夏两季以带热回收的机械通风为主，过渡季 则优先开窗通风。
2 实验测试和理论依据
本实验采用3个WSZY_ I型温湿度自记仪，放置 位置如图1所示，分别为新风进风口（①）、新风出风口 (②)和回风进风口（③），测试时间为2019年12月30日0:00 -2〇20年1月3日23 :59，测试新风量分别为2 000 m V h、3 000 m V h和3 239 m3/h，温湿度记录间隔 为15 min—次，不同新风M下设备至少运行一整天。
M W ii滤丨R范
由温湿度可查出对应测点的焓值，热交换效率公 式见式（1)、(2)[6 :
Gs(t' -12)
^m in(^1 _ h)
V h
_ h2)
Gm i n(^i~h})
(2)式中4A A A分别为新风进风温度、新风出风温 度、排风进风温度、排风出风温度，t：;
\、/z2人,、/*4分别为新风进风比焓、新风出风比 焓、排风进风比焓、排风出风比烧，kJ/kg a;
r?，和仏分别为显热交换效率和全热交换效率；
<7s为新风质量流量，kg/h;
6_为新风和排风质量流量较小者,kg/h。
储物盒因在本实验中送、排风量始终相等，公式（1)、(2)可简化为公式(3)、(4):
3 热回收式新风系统换热效率和经济性分析3.1室内外温差与换热效率
根据测试结果分别计算出2 000 m3/h、3 000 m V h和3 239 m V h新风量下室内外温差（近似 为新风进风口和回风进风口温度差）、显热交换效率 和全热交换效率，三者关系见图2~4。结合公式（3) 及图2~4可知，室内外温差和显热交换效率并无直接 线性关系，显热交换效率还受到新风进出风口温差 U - ^)的影响，而影响新风进出风口温差的因素主 要有两点:①热回收装置类型、结构和材质;②室内外 温度。公式(3)中f，和？2均为变量乂，由室内设定温 度所决定，因而新风热回收系统在实际运行中，室内 外温差U -f3)与显热交换效率不存在正相关关系。同理，全热交换效率也受到室内外温湿度及装置本身 等多种因素的共同影响，不能由单一因素进行判断，研究经济性温差和焓差需要限定相关参数
LI Ying-ying^et a l. Analysis on Applicability o f Fresh Air Heat Recovery System in Public Buildings in Cold Areas
图3新风量3 000 m3/h 时室内外温差与换热效率
100.00
95.00
90.00 ^ 85.00J
80.00较
75.00 ^ 70.00 $
65.0060.0055.0050.00
-显热效率/% -全热效傘A •宰内外温差/t
30.0028.00 26.0024.0022.00 〇
20.00 ^
18.00 ■ 16.00 _14.00 ^
12.00
^
10.00 S 8.00 n 6.004.002.00
II 鹊目關關關目關l l l i m i l l l 關||§|關龍II 關1§雜1目11關1関§關關關關11舞1鹊1§11關龍11鼸§1§H H H H H H f—i —H H H H H H H H f—i —H H f—H H l—H H H h -h -H -H H H h -H H S —H h-H H H H H H H H H H H H H -H H H H H H h-H H t—i —H H t—■■___1_圓_圖圖__羅議_
i 圖i 圖画圖關■圓羅_____■圓i
时间
图4
新风量3 239 m3/h 时室内外温差与换热效率
3.2 经济性分析
根据GB /T 51350—2019《近零能耗建筑技术标 准》[5]和GB 50376—2012《民用建筑供暖通风与空气 调节设计规范》[7]，建筑室内外计算参数设置见表1。
经测试和计算,2 000 m 3/h 新风量下的全热交换效率和 显热交换效率分别为78. 49%和84. 05%,3 000 m-Vh 新 风量下的全热交换效率和显热交换效率分别为 73. 55%和78. 86%。全热回收量计算方法见公式(5):
v fiVi ,(h3 _h 、)E .- 3 600
式中：£为全热回收量，kW ;
V 、为送风量，m 3/h ;
7?…为全热交换效率；P 为新风密度，kg /m \
(5)
办，和心分别为新风进口比焓和排风进口比焓，
kJ /kg a 0
新风热回收系统因回收排风中的部分能量降低 了新风负荷，但又会导致风机电耗增加，因此全热回 收综合节能量计算见公式（6)。与普通办公建筑只有 机械送风相比，本建筑新风热回收设备相当于增加了排 风机单位风量耗功率0.21 W /(rrvVh )。新风空调白天 运行时间为12 h ，冬季供暖期和夏季供冷期均为90 d 。
N = -
(6)
rf _ COP 1 000
v
式中:#…为综合节能量，k w ;
COP 为空调能效系数；
P 为排风机单位风量耗功率，W /( m 'V h );V 为风量，m 3/h 。
图2新风量2 000 m V h 时室内外温差与换热效率
100.0095.0090.00 C 85.00 | 80.00 瑤 75.00 ^ 70.00
$65.00
60.00 55.00
-M 热效率/% -全热效率/% •室内外温差/T
30.0028.00 26.0024.0022.00 20.00 18.0016.00 賴14.00 念
$8
12.0010.00
8.006.004.002.00
n nn
100.00
95.0090.00 C 85.00g 80.002： 75.00 _ 70.00 $65.00
60.00 55.00
显热效率/%令热效率/%
室内外温差
/V
-
130.00 -28.00 -26.00 -24.00
- 22.00 u
-
20.00
-18.00 _
-16.00 璉 -14.00 古
-12.00 ^ -10.00 w
-8.00 调 -6.00 -4.00
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§ H s l -9i
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51
乍令令，等：寒冷地K公丼让筑新风热l i|丨收系统适丨丨丨性分析
表I室内外计算参数
冬季夏季
空气调节室外计算温度/t-6空气调节室外计算千球温度/t34.9
空气调节室外计筧相对湿度/%61空气调节室外计算湿球溫度/t27.4室外比焓/(W/k g a)-2.59室外比焓/(k J/k g a)86. 54
室内设计温度/t20室内设计温度/t26
室内设汁相对湿度/%30室内设i十相对湿度/%60
室内比培/(k J/k g a)31.13室内比焓/(k J/k g a)58.37
按照静态经济分析法，投资回收期（PBR)的计算
见公式(7)[8，设备初投资变化包括新风系统增加的
局部镀锡投资和空调系统因选型减小而减少的投资。商业用
电单价取1元/kW •!!，空调CO P取值3.0，综合公
式(5)〜（7)可计算出投资回收期，当新风量为
2 000 m3/h时，投资回收期约为5.0年；当新风量为
3 000m3/h时，投资回收期约为3.6年。不同品牌、
不同材质的热交换芯使用寿命不同，同时还受到室外
空气质量和日常维护的影响，使用寿命大致为5〜
15年，结合本案例，新风热回收系统的经济效益明显，
投资意义显著。
4
设备初投资变化AC,
S节约麵AC (7)
基于舒适和经济性的最佳新风量
在一定程度上，增大新风量可以有效提高室内舒
适性，同时也增大了空调能耗，因而在设计中需要兼顾舒适、换热效率和经济性等多种因素来到最佳新风遺。目前超低能耗住宅的新风量设计相对明晰，GB/T5丨350—2019《近零能耗建筑技术标准》[5]明确 规定居住建筑主要房间的室内新风量不应小于30 m_V(h•人），王昭俊等人在严寒地区超低能耗住宅 热回收式新风机组换热效率的研究中也建议按照人 均最小新风量30 m Vh作为设计新风量~，然而支持 公共建筑新风M设计的实测案例和研究相对较少。
本公建项目针对不同新风量进行换热效率测试 与分析，均能满足全热交换效率不低于70%的规 定151。同时比较了 2 000 m V h和3 ()00 m3/h新风量 对应的系统投资回收期，当新风量为3 000 m3/h时的 投资回收期约为3.6年，相比新风量为2 000 m'Vh时 的投资回收期缩短1.4年。结合以上因素考虑，当设 计新风量为3 000 m Vh时，既满足了舒适性的需求又 符合对全热交换效率的规定，同时经济性也相对可 观。因此，针对该类型的公共建筑，建议高密人区 也按照人均新风量30 nvVh来进行设计。
调料盒
5 结论
针对疫情期间特殊需求，新风热回收设备有以下 3种运行方式:①设备只开新风，通过开窗排风;②设置旁通，使新风直接送入室内，不经过热交换;③在送
风段增加杀菌消毒段。本文通过对寒冷地区超低能
耗公共建筑新风热回收效率的测试，分析了换热性能
影响因素及热回收系统的经济性，同时提出了建议设
计新风量。基于以上研究得出如下结论：
(1 )新风热回收系统在实际运行中，室内外温差
与显热交换效率不存在正相关关系，换热效率受到多
种因素的共同影响。
(2) 针对类似体量工程项目，新风热回收系统的 经济性显著，具有投资价值。
(3) 针对该类型公共建筑，兼顾舒适、换热效率和 经济性等多种因素来考虑，建议高密人区新风量按
照人均30 m Vh来进行设计。
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作者简介：李莹莹（199丨），女，河南淮阳人，毕业于香港城市大学，能
源与环境专业，硕丨：研究生，主要从事超低能耗建筑新风空调系统节能
性研究（li_yingyinglyy@ 163. com)。
52J
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