热泵式热回收型溶液调湿新风机组在建筑中应用的优势

热泵式热回收型溶液调湿新风机组在建筑中应用的优势

李龙飞

上海市安装工程集团有限公司

摘要：通过对我公司项目中使用的热泵式热回收型溶液调湿新风机组工作原理的简述，并对其系统原理进行分析，在能耗、环保、送风质量等方面分析热泵式热回收型溶液调湿新风机组的优势。

关键词：暖通空调系统 溶液调湿 热泵热回收 新风机组

0.引言

新风机组是提供新鲜空气的一种空气调节设备。功能上按使用环境的要求可以达到恒温恒湿或者单纯提供新鲜空气。工作原理是在室外抽取新鲜的空气经过除尘、除湿（或加湿）、降温（或升温）等处理后通过风机送到室内，在进入室内空间时替换室内原有的空气。

我国的建筑能耗已占全国总能耗的30%以上[1]。在建筑能耗中，暖通空调能耗约占85%，能源利用水平和利用率与发达国家还有一定差距。为了提高能源利用水平和利用率，必须采取相应的节能措施[2]。新风机组作为暖通空调中能耗较大的部分，增加新风系统中的能源利用率和热量回收可以在减少建筑能耗有较大的贡献。

1. 热泵式热回收型溶液调湿新风机组的原理

热泵式热回收型溶液调湿新风机组是一种以调湿溶液为工质的空气处理设备。该机组采用先进的溶液调湿技术，通过溶液向空气吸收或释放水分，实现对空气湿度的调节。热泵式热回收型溶液调湿新风机组不是普通意义上的新风机组，它是集冷热源、全热回收段、空气加湿、除湿处理段、过滤段、风机段为一体的新风处理设备，具备对空气冷却、除湿、加热、加湿、净化等多种功能，独立运行即可满足全年新风处理要求。

热泵式热回收型溶液调湿新风机组可以分为三个简单的系统：热泵系统、热回收系统、溶液调湿系统。

1.1热泵系统

热泵系统采用的是目前常用的水环热泵技术。水源热泵是利用地球水所储藏的太阳能资源作为冷、热源，进行转换的空调技术。利用自来水的水源热泵习惯上被称为水环热泵。

水源热泵是目前空调系统中能效比（COP值）最高的制冷、制热方式，理论计算可达到7，实际运行为4～6。

与锅炉（电、燃料）和空气源热泵的供热系统相比，水源热泵具明显的优势。锅炉供热只能将90%～98%的电能或70%～90%的燃料内能转化为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量；由于水源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50%～60%。

应用水源热泵时，对水源系统的原则要求是：水量充足，水温适度，水质适宜，供水稳定。在热泵式热回收型溶液调湿新风机组中可以采用处理过的冷却水作为部分水源，对于节能减排、降低能耗有重要作用。

1.2热回收系统

在暖通空调系统中，热回收系统根据热回收效率又被分为全热回收和部分热回收；新风机组根据装置类型又分为板式热回收、转轮式热回收、热管式热回收、中间热媒式热回收、热泵式热回收、溶液喷淋式热回收等。在热泵式热回收型溶液调湿新风机组中采用的是全热回收的热泵式热回收装置。

热泵式热回收装置由于其独特的运行工况，使得能效系数提高而节能。其原理是将空气系统中的排风热能经热泵的提升效应而达到节能的目的，是一种广义的热回收器，该方式的特征在于消耗一定的能量，以几倍于消耗的能量回收热量(工作原理参见图1)。热泵式热回收机的热回收效率高，在夏季工况下，热泵的cop值（热泵回收的能量与输入功率的比值）都能达到5左右；将新风处理到室内空气状态，新风负荷全部被去除，减少了主机的运行费用。无互串气，安装方便，使用简单，各风管接管便利，适应温差范围大。

热泵式热回收系统目前已经较多应用于大型写字楼、商业、酒店等项目，与其他设备相比较在节能和环保方面有着较大的优势。

表1 不同类型设备、运行模式及其采用能源的能耗对比[3]

表2不同模式的污染比较[4]

1.3溶液调湿系统

热泵式热回收型溶液调湿新风机组与其他类型的新风机组最大的区别在于溶液调湿系统。溶液调湿就是采用具有调湿功能的盐溶液(LiBr/LiCl/CaCl2)为工作介质，利用不同浓度的溶液的吸湿与放湿特性实现对空气的除湿与加湿处理过程。

溶液调湿与传统的除湿、加湿系统相比有以下有点：利用溶液吸收水蒸气的方法除湿，消除了除湿过程中的凝水和潮湿表面，根除了冷凝水排放系统可能存在的隐患及霉菌滋生的温床；溶液具有很强的杀菌作用，能够杀死绝大多数细菌和微生物，提高室内空气品质；溶液可以过滤空气中大多数粉尘和颗粒。

1.4整机工作原理

热泵式热回收型溶液调湿新风机组整机工作时可以分为夏季和冬季两种工况。

夏季工况高温潮湿的新风在全热回收单元中以溶液为媒介和回风进行全热交换，新风被初步降温除湿，然后进入除湿单元中进一步降温、除湿到达送风状态点。除湿单元中，调湿溶液吸收水蒸气后，浓度变稀，为重新具有吸水能力，稀溶液进入再生单元浓缩。热泵循环的制冷量用于降低溶液温度以提高除湿能力和对新风降温，冷凝器排热量用于浓缩再生溶液，能源利用效率极高。

冬季工况，只需切换四通阀改变制冷剂循环方向，便可实现空气的加热加湿功能。

2. 发展趋势

以溶液调湿空调机组组成的空调系统作为暖通空调行业中一种新兴的设备，比目前常规的空调系统（冷水机组、组合式空调机组等结合的系统）具有显著的节能效果，因此溶液调湿空调的应用将成为未来空调市场发展的主要趋势之一，其中热泵式热回收型溶液调湿新风机组是溶液空调的重要产品类型之一。

热泵式热回收型溶液调湿新风机组作为未来暖通空调行业发展的趋势之一，在市场发展初期就由中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会于2012年10月01日起正式实施 《GB/T 27943-2011 热泵式热回收型溶液调湿新风机组》。对设备规范化、健康化发展有重要意义。

3. 现实应用

我公司参与建设的上海某地标大厦的暖通系统中，新风热回收处理机组设置在各垂直分区的设备层空调机房内，为各楼层空气处理机组提供新风；热泵式热回收型溶液调湿新风热回收处理机组也根据不同区域的需求，在不同的区域发挥重要的作用，与大厦不同的节能热源方法结合，充分发挥热回收机组的优势。

在大厦的地下二层设置有低区能源中心，在该能源中心中设置有地源热泵系统。通过在大厦西南侧裙房桩基中设置的W型地埋管换热器地下换热系统，地源热泵再与该区的空调冷、热源系统配合使用，夏季预冷低区空调冷冻水回水，冬季预热空调热水回水，使地源热泵成为热泵式热回收型溶液调湿新风热回收处理机组中热泵系统的组成部分。

该大厦空调系统在正常运行过程中，办公区排风首先排入中庭区域，对中庭进行降温，再经由热回收新风机组排至室外。同时，带除湿功能的全热回收系统和常规的冷冻水冷却盘管的配合使用能有效地去除水分，并对室外新风进行预冷和预热。另外，如果热回收型溶液调湿新风热回收处理机组本身的溶液调湿系统无法对送风加湿，可将由低区能源中心供至各区设备间换热间、空调箱的蒸汽，经过减压处理后作为加湿使用。

4. 结语

随着我国碳排放权交易正式上线以及2030年前实现碳达峰的目标，暖通空调在建筑行业中是能耗较大的部分，在节能环保的大背景下，低碳环保的生活方式对暖通空调市场影响深远。 随着暖通空调行业不断发展，产品布局正在悄然发生变化，低碳节能已经成为暖通空调产品的基本诉求。热泵式热回收型溶液调湿新风机组作为一种节能效果显著的设备系统，将具有更为广阔的应用前景。

参考文献：

[1] 李兆坚，江亿.我国房间空调器材料资源消耗状况分析[J].暖通空调，2007(3):12-15.

[2] 郑钢.热回收节能在空调系统中的应用[J].能源技术,2005，(6):17-20.

[3]戴志瑛.试析选用热回收型热泵机组方案的积极作用[B].绿色建筑,2013,(6):59-62

[4]戴志瑛.试析选用热回收型热泵机组方案的积极作用[B].绿色建筑,2013,(6):59-62