新风换气机在不同气候区适用性对比分析

新风换气机在不同气候区适用性对比分析

雷小慧刘星

（中机国际工程设计研究院有限责任公司，湖南 长沙410000）

摘要：以北京、长沙、广州为例，分别计算了三个不同气候区在供暖和制冷季节采用新风换气机为室内引入新风时的显热回收和全热回收量，对数据进行分析，得到新风换气机在不同季节不同气候区的适用性的相关结论。

关键词：新风换气机 显然回收 全热回收

1引言

随着经济的发展，建筑密闭性越来越好，同时人们对办公、居住环境的室内空气品质的要求越来越高，规范对室内新风的要求也越来越高，因此从室外引入新风就变得越来越重要。但是随着新风量的需求变大，新风能耗也变得越来越多，甚至成为空调能耗的主要部分。新风换气机做为一种热回收新风机组引入新风的装置，不仅能解决一部分室内空气品质问题，同时做为一种能量回收装置，在节能方便也具有较大的潜力，在实际建筑使用中，新风换气机应用得也越来越普遍。但是在不同的气候区，由于室外气象参数的不同，新风换气机的显热回收和潜热回收节能潜力也会不同，新风换气机的适用性也会有差异。所以新风换气机虽然能为室内提供较大风量，同时也能对能量进行一定的回收，但是采用显热回收还是全热回收需要根据不同气候区具体气象参数来设计。笔者以北京、长沙、广州为例对不同气候区，新风换气机的显热、全热回收量进行了计算和对比分析，得到新风换气机在不同气候区适用性的差异性。

2计算原理

2.1新风换气机

新风换气机是热回收新风机组的一种类型，以显热或者全热为核心部件，通过风机驱动空气流动实现新风对排风能量的回收和新风过滤的设备[[1]]。将室内污浊空气排到室外，同时将室外的新鲜空气送入室内，主要由风管接口、空气过滤网、热交换部件、风机等设备组成。根据规范[[1]]要求热回收新风机组交换效率限值如表1所示:

表1 热回收新风机组交换效率限值

2.2热交换效率和能量回收量计算

新风换气机计算模型如下图所示。

显热回收效率计算公式：

  x100%                           （1）

式（1）中：为室外新风温度，℃；为室内设计温度，℃；为新风经过新风换气机能量回收后的的温度，℃。

全热回收效率计算公式：

x100%                                         （2）

式（2）中:为室外新风焓值，KJ/kg；为室内空气焓值，KJ/kg；为新风经过新风换气机能量回收后的焓值，KJ/kg。

显热回收量计算公式：

                                           （3）

式（3）中:为空气比热，KJ/kg·℃；为空气密度，kg/m³；为新风量，m³/h；为室外新风温度，℃；为室内设计温度，℃。

全热回收量计算公式：

                          （4）

式（4）中:；为空气密度，kg/m³；为新风量，m³/h；为室外新风焓值，KJ/kg；为室内空气焓值，KJ/kg。

3对比分析

3.1计算模型及室内设计参数

本文以北京、长沙、广州城市为不同气候区代表城市，计算出新风换气机不同季节显热回收量和潜热回收量，对计算结果进行对比分析。本计算模型以办公建筑为例，室内设计参数：夏季设计温度26℃，相对湿度65%，焓值61.3kJ/kg；冬季设计20℃，相对湿度65%，焓值44.3kJ/kg，使用人数65人，人均新风量30m³/h/人，计算出需求新风量1950m³/h。根据室内设计参数，选取一台新风换气机：新风量2000m³/h，电机功率2.2kw。

3.2室外计算气象参数

根据规范，北京、长沙、广州室外气象参数如表2所示[[2]]。

表2 不同地区气象参数

3.3计算步骤

首先根据公式（1）、式（2）计算出和，再由（3）、式（4）可计算显热回收量和全热回收量。

假设新风换气热交换效率满足规范最低限值，即满足表1中规定，并且在假设排风量与新风量相同的前提下，得到相关计算数据冬季：=0.7，=0.6，=20，=44.3；夏季：=0.65，=0.55，=26，=61.3，将各数据代入公式（1）、（2、（3）、（4）中，得到冬夏两季北京、长沙、广州不同地区显热回收量、全热回收量。

3.4计算结果分析

经过计算得到冬季和夏季不同地区回收量如表3所示。

表3 计算结果

由表3计算数据可知：

（1）冬季：北京地区显热回收量约占全热回收量的51.2%，长沙地区显热回收量约占全热回收量的44.4%，广州地区显热回收量比全热回收量多。由此可见在冬季，广州等夏热冬暖地区利用新风换气机给室内送入新风时，采用显热回收明显比采用全热回收更具有优势，而夏热冬冷地区和寒冷地区，采用新风换气机给房间送入新风时，采用全热回收比采用显热回收更具有优势；夏季：北京显热回收量约占全热回收量的20%，长沙地区显热回收量约占全热回收量的42%，广州地区显热回收量约占全热回收量的33%。夏热冬暖、夏热冬冷地区和寒冷地区，采用新风换气机给房间送入新风时，采用全热回收比采用显热回收更具有优势，并且寒冷地区的优势更加明显。

（2）北京冬季显热回收量约为夏季显热回收量的4倍，冬季全热回收量回收量约为夏季全热回收量的2倍；长沙冬季显热回收量约为夏季显热回收量的2.4倍，冬季全热回收量约为夏季全热回收量的2.4倍；广州冬季显热回收量约为夏季显热回收量的2倍，冬季全热回收量约夏季全热回收量的0.5倍。由此可见在新风换气机运行时长相同的情况下，无论是采用显热回收还是全热回收，北京地区使用新风换气机冬季比夏季能量回收量更多，显热回收量更加明显。长沙地区冬季与夏季比较，无论是显然还是全热也是冬季回收量更多。而广州地区显热回收量冬季比夏季多，但是全热回收量，夏季明显多于冬季。由此可见在寒冷地区和夏热冬冷地区，新风换气机更适合冬季使用，节能潜力更大。但是在夏热冬暖地区，冬季适合使用显然回收新风换气机，夏季更适合使用全热回收新风换气机。

（3）比较北京、长沙、广州地区回收量，在冬季：显热回收量北京＞长沙＞广州，分别为1.4倍，2.1倍；同样全热回收量北京＞长沙＞广州，分别为1.2倍，5.5倍；在夏季：显热回收量长沙＞广州＞北京，约为1.3倍，1.19倍；全热回收量北京＞广州＞长沙，约为1.4倍。由此可见在利用新风换气机给室内送入新风时，冬季时北京地区比长沙、广州地区更有优势，新风换气机适合在寒冷地区使用。夏季时采用显热回收，长沙地区比其他两个地区更有优势，新风换气机适合在夏热冬冷地区使用，采用全热回收方式时，北京地区比夏热冬冷和夏热冬暖两个地区更有优势，即新风换气适合在寒冷地区使用。

4结论

本文以北京、长沙、广州为例，分别计算了三个不同气候区采用新风换气机在显热回收和全热回收情况下的能量回收量，通过对数据比较分析得到以下结论：

（1）比较全热回收量和显热回收量，在夏季，新风换气机更适合采用全热回收方式，在冬季，夏热冬冷地区和寒冷地区适合采用全热回收方式，夏热冬暖地区更适合采用显热回收方式。

（2）比较北京、长沙、广州为代表的寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区三个地区数据，夏热冬暖地区，无论采用显热回收还是全热回收方式，差别不大，夏热冬冷和寒冷地区新风换气机推荐采用全热回收方式。寒冷地区比其它两个气候区更适合采用新风换气机给室内送入新风，显热回收量和全热回收量均比其它两个气候区大，即节能潜力要大。

（3）比较冬季和夏季显热回收量和全热回收量，无论是在哪个气候区冬季比夏季能量回收量均要多，冬季更适合采用新风换气机方式给室内送入新风。

由于本文计算数据是在假设新风换气机在不同代表城市运行时长相同的情况下进行比较的，实际上冬季和夏季新风换气机运行时长会有不同，所以冬夏总回收量会有所不同，此外分析结果未考虑新风换气机风机能耗，后续研究还值得将新风换气机运行时长与风机能耗一并进行考虑，得到更加准确的计算数据，以便得到更加准确和细致的分析结论，指导以后的设计工作，更加合理的设计新风换气机。

[[1]]GB/T21087-2020，热回收新风机组[S].

[[1]] 

[[2]] GB/50736-2012,民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].