吉林建筑工程学院硕士学位论文
致谢 ............................................................................................................................ 71
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第1章 绪论
1.1课题来源及研究的目的和意义
1.1.1热管热泵低温热能回收装置与绿色建筑
所谓“绿色建筑”就是环保、节能、健康舒适、讲求效率的建筑。将“绿色建筑”界定在环保、节能、健康舒适和效率这4个方面。绿色建筑是顺应环境保护和可持续发展的要求而产生的，是追求自然、建筑和人三者之间的和谐统一，并且符合可持续发展要求的建筑。 “绿色建筑”强调人居与自然的高度和谐，实现持续高效地利用一切资源，追求最小的生态冲突和最佳的资源利用，满足节水、节地、节能、改善生态环境、减少环境污染、延长建筑寿命等目标，形成社会、经济、自然三者可持续发展的人类理想的居住地。节约能源和保护环境是“绿色建筑”的旗帜，不仅包括节约不可再生能源和利用可再生洁净能源，还涉及能源的循环使用等。绿色建筑之所以称之为绿色，还需要体现其可再性、可持续性、节能性以及与环境的共生共存性。 建筑节能是在建筑中合理并且有效的使用能源，不断提高能源利用效率，建筑能耗包括采暖、空调、热水供应、照明、家用电器等方面的能耗。近二十年来，我国国民经济持续快速发展，我国建筑能耗约占全国总能耗的30%以上。特别值得注意的是，我国是一个人均资源奇缺的国家，一边是资源短缺，在工业化和城镇化快速发展中，我国将面临巨大的资源制约瓶颈和环境恶化压力；一边是我国全社会化总能耗的近一半被建筑“吞噬”掉，并且制造了众多的建筑垃圾。因此，无论从我国现实国情来看还是从可持续发展战略的要求来看，发展节能与环保绿色建筑已刻不容缓[1]。
绿色建筑的实践毫无疑问是一项高度复杂的系统工程，不仅需要建筑师具有生态环保的理念，并且采用相应的设计，还需要业主、管理层都具有较强的环保意识，促使在设计、运行、管理和维护过程中更多考虑环境因素和能源的节约。对于人类赖以生存的环境，每个人都希望它永远都是“绿色”的，做为建筑业在这方面的责任就显得尤为重要。近几年，我国国民生产总值的增长率维持在10%左右，但是能源的增长率只有3%～4%。这样的形势要求我们必须节能。建筑能耗在社会总能耗中的比例较大，发达国家的建筑用
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能一般占全国总能耗的30%～40%[2]。因此，建筑节能是建筑发展的必然趋势，也是建筑技术的一个新的发展方向。
绿色节能是建筑环境技术中实现可持续发展的关键。而从可持续发展理论出发，建筑环境节能的关键又在于综合提高住宅、空调系统的节能，并且寻求其它可用的新能源，探索更好的节能措施。因此，无论是制订建筑节能标准还是从事具体工程项目的设计，都应把节能的宏观目标定位首要位置。
以大气为能源的热管热泵低温热能回收装置，不破坏环境，与人类最具有良好的亲合性。热管热泵低温热能回收装置能量利用率高，对使用地区基本不产生什么污染，是一种节能、对环境无害的绿色空调技术。如果通过热管热泵低温热能回收装置改善中央空调系统在低温环境下工作的一些不足，对空调系统节能、低温应用技术和环境保护将有着极其重大的意义。对促进暖通空调的可持续发展将产生十分积极的影响。
1.1.2课题来源
1.1.2.1空调排风热回收的可行性
空调系统热回收一直是暖通空调领域研究的课题之一。随着工作、生活水平的提高，建筑物空调用能耗占建筑物总能耗的比例不断增加，其中新风耗能占建筑物总耗能的4%～12%。设置热回收系统，对空调系统节能具有重要的现实意义。
所谓热回收系统就是回收建筑物内外的余热（冷）或废热（冷）并把回收的热（冷）量作为供热（冷）或其它加热设备的热源而加以利用的系统，而空调系统耗能特点之一是系统同时存在需热（冷、湿）和排热（冷、湿）的处理过程，如夏季低温低湿的排风可冷却干燥新风，冬季高温高湿的排风可加热加湿新风，利用这一特点，空调系统可就地进行热回收，有效地利用了能源，达到节能的目的。因此，如何有效地利用以往被忽视的各种余热及废热，已经成为空调节能的重要手段。
在空调热回收系统中，目前较为常用的有转轮式热回收装置、板式热回收装置、盘管热回收式热回收装置和热管热回收装置。 1.1.2.2空调新风机组在寒冷地区应用的局限性
补充新风是集中空调的优势，但是新风机组冬季运行过程中经常冻裂，造成热水泄漏、机组损坏、新风机组不能运行，直至经济损失。冬季我国北方寒冷地区，通风空调系统加热新风的传统工质是热水，通常为95～70℃或
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65～55℃的热水。在间歇运行时，由于处于关闭状态的电动保温阀，在风压和热压的共同作用下，冷空气通过阀门缝隙渗入新风机组使其内部温度降低，严重时会冻裂加热设备。还有一些用户考虑到这一点，在考虑建设方案时就取消了新风系统。由于这一问题的困扰，使得许多中央空调的用户在冬季停止了新风系统运行，致使中央空调失去了补充新风的功能。导致我国广大地区空调系统在冬季并不能创造良好的空调环境，造成室内空气品质的下降，影响室内人员的工作效率和人体健康，使长期生活和工作在现代空调建筑物内的人们表现出越来越重的病态反应，如“病态建筑综合症”等。北京防治非典制冷空调系统专家小组对北京地区25栋大楼的697台新风机组冬季运行情况的调查结果显示：55.7％的新风机组采用冬季泄水的方式；近30％新风机组未采取任何防冻措施。这个调查表明，北京只有不到15％的新风机组采取了冬季防冻措施。但类似于“控管壁温度方式” 、“控回水温度方式”、 “混水方式”和“电热方式”等传统方式都无法有效解决新风机组的防冻问题。在北方，中央空调新风机组冬季冻裂问题，一直不能得到圆满的解决。 1.1.2.3空气源热泵在寒冷地区应用的局限性
当今世界，节能与环保问题日益提上日程。以燃煤为基础的供暖模式所带来的负面影响越来越不能适应社会可持续发展的要求。空气源热泵以其独特优点成为热泵诸多型式中应用最为广泛的一种，但是它的应用受到气候条件的约束。随着室外气温的不断下降，室内采暖热负荷会不断增加，同时传统空气源热泵将会产生下列问题：(1)随着室外气温的降低，制冷剂吸气比容增大，机组吸气量迅速下降，从而减少热泵系统的制热量，不能满足室内最大采暖热负荷。(2)由于压缩机压缩比的增大，系统的性能系数(COP)急剧下降[3]。(3)由于压缩机压缩比的不断增加，压缩机的排气温度迅速升高。在很低的室外温度下，压缩机会因防止过热而自动停机保护，这使得热泵只能在不太低的室外气温下运行。(4)从空气源热泵冷热水机组实际运行效果看，热泵系统除霜的准确性还不尽如人意，主要表现为现有的除霜判据不能适应北方这种大范围运行工况，热泵系统误除霜现象严重，除霜时间过长往往会导致室内温度波动过大，用户有明显的吹冷风的感觉；机组在低温工况启动困难，机组在启动阶段或者在除霜结束恢复制热时经常容易发生烧机现象[4][5]。 1.1.2.4热管换热器在空调热回收中的应用
如前所述，随着能源短缺问题的日益严重，在空调系统中进行热回收便受到越来越多的学者的关注，而热管由于具有很高的传热系数，热传递速度快、传热温降小和节构简单等特点，因而近年来热管用于空调热回收系统中
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的研究有很大进展。
建筑物通常通过加强密封效果来提高能源利用效率，降低能耗费用，提高空气品质。密封性好的建筑必须增加热回收通风装置来确保室内空气品质，AlvarezM[6]指出在空调系统中如果通过增加建筑物的通风量来改善室内空气品质，那么就浪费了大量的能量。Francisco[7]等设计了一套混合式热量回收装置，是由两个热管和一个间接蒸发装置组成这套装置能够将余热再利用，其最终目的是获得最大的系统效率。通过试验证明，该装置的应用能使这个系统的COP值最高达到9.83。此外，该装置能够有效改善室内空气品质，减少能源和能量的浪费，减少二氧化碳的释放，减少空调设备的能量需求，减少系统运行成本。在该装置中，热管主要作用是回收空调系统的显热,效果十分显著。
1.1.3课题的提出及研究的目的和意义
为解决空调及热泵冬季运行的局限性，我们提出了热管热泵低温热能回收装置,本装置通过回收排风的热量来加热新风的空调新风预热系统模式：热管热泵低温热能回收装置如图1-1所示。
7新风送风543162新风机组空调房间排风热泵机组1 热泵机组蒸发器2 热泵机组冷凝器3 热泵机组压缩机4 四通阀5 截流装置6 风机7 低温热管
图1-1 热管热泵低温热能回收装置新风机组原理图
Figure 2-1 Heat pipe and heat pump’s low temperature heat energy
reclamation plant new atmosphere unit schematic diagram
在冬季工况下，空调室内计算温度为18～24℃，一般取22℃，排风温度约为22℃。本课题计划回收排风热量预热室外空气，室内排风首先进入热泵
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