新风机组在不同气候区域的交换效率分析

1 引言

我国的新风系统虽然起步较晚，但由于近几年人们对室内空气品质的要求不断提高，尤其是2013 年“雾霾”这个热门词语出现之后，新风系统发展的如火如荼。然而市场上新风系统的质量良莠不齐，就换热效率这一关键性指标而言，好的产品全热交换效率可达到70%以上，差的产品只有40% 左右。然而依据标准GB/T 21087-2007《空气- 空气能量回收装置》（以下简称《标准》）中的测试工况在中国实际地区使用过程中并不是一成不变的，各地区由于地理位置、气候等因素差异，室外干、湿球温度也有所区别，这就导致用户实际使用和在实验室中测试的热交换效率有所不同。笔者通过同一产品在不同工况下的交换效率测试，得出结论为设计人员和使用者提供参考。

2 实验方法

2.1 实验原理

本实验采用风洞式空气焓差法[1]，原理图如图1 所示，即分别在新风系统的新风出口（模拟室内侧）和排风出口（模拟室外侧）分别连接相互独立控制的风洞，调节风洞内变频引风机转速可以调节出风静压，从而达到控制风量的目的，在新风量和排风量相等的前提下，根据《标准》要求，新风系统的新风入口和回风入口侧的空气状态即室外侧和室内侧的房间空气状态，达到冬季和夏季的环境温、湿度要求。依据公式计算交换效率，如表1 所示。

新风系统的温度交换效率和焓交换效率分别适用于显热交换系统和全热交换系统，根据《标准》要求，在标准大气压力下，新风系统的排风进风（室内侧）和新风进风（室外侧）达到要求值，交换效率指标如表2 所示[2]。

图1 新风系统交换效率测试原理图

表1 交换效率计算公式

表2 交换效率指标值

2.2 我国气候分区的典型城市选取

新风系统作为新生事物，使用范围目前集中在经济发达地区，本文查阅相关规范[3] 从北到南选取四个具有代表性的城市作为研究对象的气候区，分别为哈尔滨（代表严寒地区）、北京（代表寒冷地区）、上海（代表夏热冬冷地区）和广州（代表夏热冬暖地区）。

3 实验数据分析比较

3.1 实验结果

选取国内某一品牌的双向流新风系统吊顶机（全热交换器）为研究对象，首先对其进行有效换气率实验，在保证有效换气率＞ 90% 之后，分别进行了制冷和制热的交换效率实验，整个实验过程新风风量和排风风量均控制在500m³/h，室内侧干球温度和湿球温度与《标准》中要求一致，在标准大气压下，室外环境平均温度根据四个不同城市冬季和夏季的室外计算温、湿度设定，并且和《标准》中的制冷和制热工况的交换效率进行比较，根据室内外干球温度差和温度交换效率理论计算得出显热换热量，根据室内外焓差值和焓交换效率理论计算得出全热换热量如表3、表4 和图2、图3 所示。

表3 不同城市制冷工况的交换效率

表4 不同城市制热工况的交换效率

图2 制冷工况交换效率

图3 制热工况交换效率

3.2 不同地区的交换效率分析

由表3、图2 可知，制冷工况随着室外侧干球温度由30.7℃上升到35℃，焓交换效率由43.68% 上升到47.38%，温度交换效率由42.64% 上升到58.92%，温度交换效率上升趋势更为明显，这主要取决于室内外的温差影响，焓交换效率是一个温度和湿量交换效率综合影响的性能指标，我国不同的气候区室外的含湿量差异较大，它随着干湿球温度的升高，上升趋势并不明显。

由表4、图3 可知，制热工况随着室外侧干球温度由-27.1℃上升到5.2℃，焓交换效率由59.11% 升高到64.72%，温度交换效率由66.84% 上升到73.48%，整体也是上升趋势，温度交换效率较焓交换效率上升更为明显。在冬季不同的气候区含湿量差异较大，并非室外侧含湿量越高含湿量交换效率就越好。

由表3、表4 和图2、图3 可以得出，以广州为代表的地区，制冷工况和制热工况显热换热量和全热换热量在制冷和制热工况中相差较大，在制冷工况中全热是显热换热量的4 倍，但是在制热工况中显热换热量和全热换热量相差不大，广州地区常年室外空气温度高，湿度大，新风系统在选择显热或者全热交换系统时要综合多方面因素如使用寿命、价格和热交换芯二次污染等方面考虑。

制热工况的交换效率明显高于制冷工况的交换效率，这与新风侧和排风侧分别安装风机有密不可分的关系，风机运行不但影响了气流组织，而且产生的热量提高了制热交换效率。反之，拉低了制冷交换效率。所以，制冷交换效率明显比制热交换效率低很多，这就要求新风系统研发人员不要盲目地过分追求高的制热工况交换效率，同时应该兼顾到机组制冷工况交换效率的性能。

4 结论

（1）室内环境工况依据《标准》要求，制冷工况室外侧干球温度由30.7℃上升到35℃，焓交换效率由43.68% 上升到47.38%，温度交换效率由42.64% 上升到58.92%；制热工况室外侧干球温度由-27.1℃上升到5.2℃，焓交换效率由59.11% 升高到64.72%，温度交换效率由66.84% 上升到73.48%，无论是制冷工况还是制热工况，室外侧温度逐渐升高，交换效率也不断升高，温度效率升高较焓交换效率更加明显。

（2）在新风机组实际安装的过程中应该因地制宜，在适合显热交换芯的地区可以不用安装全热交换装置，可以节约整体造价，避免资源的浪费。

（3）因机组风机运行产生的热量实际测试过程中无法避免，有利于制热交换效率的计算，但制冷工况反之。因此，新风机组制热交换效率测试更容易达到标准要求，制冷交换效率反之。

    参考文献

[1] 中国建筑科学研究院， 中南大学， 等.GB/T20187-2007 空气- 空气能量回收装置[S]. 北京：中国标准出版社，2008.

[2] 王立峰，曹阳，陈方圆，等. 空气—空气能量回收装置交换效率影响因素的试验研究[J] 暖通空调，2013，42（12）:141-144.

[3] 中国建筑科学研究院. 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范：GB 50736-2012[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2012.

作者

北京建筑大学环境与能源工程学院 刘建鹏 孙金栋 刘彦佐

北京建筑材料检验研究院有限公司 刘建鹏 魏晨晨 刘彦佐 李培芳