| 0 引言 zui近幾年，國內(nèi)建筑物開始向高氣密性、高隔熱化方向發(fā)展，雖然在“綠色”建筑材料方面有所突破，但是在室內(nèi)使用的建筑材料中仍然存在有大量揮發(fā)性化學物質(zhì)，加上人類自身造成的污染，使得“病態(tài)建筑綜合癥”日益嚴重。根據(jù)北京市疾病預(yù)防控制中心公布的一份數(shù)據(jù)，在新建或新裝修的10多個小區(qū)及30多家賓館、寫字樓、會議中心和實驗室生活或工作的一萬多人中，有30％出現(xiàn)頭痛、頭暈、乏力、睡眠不好等狀況，有30％~40％的人出現(xiàn)了胸悶、喉部不適等問題[1]。增大新風量，稀釋室內(nèi)空氣中的有害氣體濃度是減少“病態(tài)建筑綜合癥”zui直接，zui有效的方法。因此，國內(nèi)相關(guān)規(guī)范和標準均對室內(nèi)新風量給予了限制，并逐年有所提高。2002年頒布執(zhí)行的《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》，對室內(nèi)新風量作出了明確的規(guī)定[2]。2003年開始出版的《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施》（暖通空調(diào)·動力）分冊也對各類建筑物的zui小新風量標準作出了重大調(diào)整， 其中影劇院、體育館、商場、醫(yī)院等商業(yè)建筑及辦公樓的zui小新風量明顯增加[3]。新風量的增大雖然顯著地改善了室內(nèi)空氣質(zhì)量，但同時也使得新風負荷相應(yīng)增加，室內(nèi)空氣品質(zhì)與空調(diào)節(jié)能之間的矛盾更加突出。 另外，現(xiàn)代小型家用空調(diào)和分散獨立空調(diào)系統(tǒng)大多不能很好地滿足引入新風量的要求，室內(nèi)空氣質(zhì)量較差，簡單依靠不定時的開窗或者安裝換氣扇的方法來改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，會導致室內(nèi)出現(xiàn)空調(diào)負荷波動較大、室內(nèi)空氣狀態(tài)不穩(wěn)定等情況。 因此，尋找一種既能*新風量要求，又可以減少新風能耗的方法，已成為當務(wù)之急?？諝馊珶峤粨Q器可以說是目前解決上述矛盾的方法。近年來，全熱交換器正以其*的優(yōu)勢受到越來越多用戶的親睞。據(jù)初步統(tǒng)計，2004年中國內(nèi)地全熱交換器的市場就已經(jīng)達1億多元，估計在未來5年的時間內(nèi)，這一市場規(guī)模將會增長5~10倍，達到5~10億元[1]。 全熱交換器雖然是一種*的節(jié)能效果十分明顯的空調(diào)設(shè)備，但是，由于其價格一直居高不下，因此在國內(nèi)，全熱交換器仍然是一種“陽春白雪”的產(chǎn)品，未能普及，無法充分發(fā)揮其在建筑節(jié)能中的應(yīng)有作用。 除了產(chǎn)品的市場價格過高之外，影響到全熱交換器推廣的另一個重要因素就是缺乏合理的經(jīng)濟分析方法。對于全熱交換器，通常的經(jīng)濟分析方法是：用全熱交換器減少的空調(diào)運行費用與全熱交換器所增加的空調(diào)系統(tǒng)的一次投資相比較，從而得出全熱交換器的回收年。這種經(jīng)濟分析的方法存在一個重大的缺陷，就是忽略了空調(diào)系統(tǒng)由于增設(shè)了全熱交換器之后，空調(diào)總負荷減少而導致的冷（熱）源設(shè)備一次投資的消減。 本文主要通過對影響全熱交換器投資回收期的各種因素的分析，提出了全熱交換器投資回收期的簡易計算公式以及全熱交換器的性價比的概念，可供廠家產(chǎn)品價格定位以及設(shè)計師設(shè)計選型時參考。
1 投資回收期理論分析 全熱交換器主要是利用回收排風中的能量來減少空調(diào)系統(tǒng)的新風負荷。新風在進入空調(diào)機組表面式換熱器進行熱、濕處理之前，先通過全熱交換器，新風和排風之間的熱、質(zhì)交換降低（增加）了新風焓值，減少了系統(tǒng)的新風負荷，從而減少了空調(diào)系統(tǒng)的冷（熱）負荷。 空調(diào)系統(tǒng)負荷的降低，一方面減少了空調(diào)系統(tǒng)的主機容量，降低了空調(diào)系統(tǒng)主機的一次投資，同時空調(diào)系統(tǒng)的運行費用也相應(yīng)減少?？照{(diào)系統(tǒng)主機一次投資減少和空調(diào)系統(tǒng)運行費用的節(jié)省則補償了全熱交換器的投資。 影響全熱交換器投資回收期的主要因素是： 1.1 空調(diào)系統(tǒng)冷（熱）源一次投資的減少（ΔCS） 空調(diào)系統(tǒng)冷（熱）源的一次投資主要包括制冷主機、水泵、冷卻塔、鍋爐等的設(shè)備及安裝費。使用全熱交換器后，空調(diào)系統(tǒng)一次投資的減少主要表現(xiàn)為機房設(shè)備及安裝費用的降低，空調(diào)末端設(shè)備的一次投資（不包括全熱交換器）并無明顯改變。因此空調(diào)系統(tǒng)節(jié)省的一次投資等于空調(diào)系統(tǒng)機房節(jié)省的一次投資，可以按下式進行計算：  （1）式中 ΔCS——空調(diào)冷（熱）源一次投資的減少值，萬元； CS1,CS2——使用全熱交換器前后，空調(diào)冷（熱）源的一次投資，萬元。 當進行概算時，冷（熱）源的一次投資可以按照空調(diào)系統(tǒng)單位冷量的造價分別進行概算。由于空調(diào)冷（熱）源一次投資減少值與全熱交換器減少的系統(tǒng)冷負荷成正比，因此可以按照下式進行概算：   （2）式中 Q——空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計冷（熱）負荷，kW； ηx——空調(diào)系統(tǒng)新風負荷與空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計冷（熱）負荷之比，%； εt——全熱交換器的全熱交換效率，%； Ps——空調(diào)系統(tǒng)冷（熱）源單位冷（熱）量造價，元/ kW。 空調(diào)冷源的一次投資和熱源的一次投資需要分別計算。 1.2 全熱交換器一次投資（Ce） 目前全熱交換器市場的價格不一，作為一種產(chǎn)品，其價格的高低對其投資回收期的影響不言而喻。為了便于計算，本文中全熱交換器的價格均按照單位風量價格進行計算：  （3）式中 Ce——全熱交換器一次投資，萬元； Gx——空調(diào)系統(tǒng)新風量，m3/h； Pe——全熱交器單位風量價格，元/（m3/h）。 當ΔCS=Ce時，使用全熱交換器后，空調(diào)系統(tǒng)冷（熱）源節(jié)省的投資剛好可以補償全熱交換器的一次投資。 當ΔCS>Ce時，使用全熱交換器后，空調(diào)系統(tǒng)的總投資減少。 當ΔCSe時，全熱交換器投資回收期大于0，空調(diào)系統(tǒng)總投資增加，要通過年運行費用的節(jié)省來回收所增加的一次投資。 1.3 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)省的運行費用（ΔCO） 使用全熱交換器后，空調(diào)末端設(shè)備耗電量基本不變，雖然全熱交換器本身需要消耗一定的能量，但是與冷（熱）源設(shè)備的能耗的減少相比要低得多，因此空調(diào)系統(tǒng)運行費用依然明顯減少。為了便于計算，本文將全熱交換器的能耗歸入冷（熱）源能耗之中。這樣系統(tǒng)運行費用的節(jié)省就等于冷（熱）源運行費用的節(jié)省，其計算方法如下：  （4）式中 Co——空調(diào)系統(tǒng)冷（熱）源年運行費用，萬元； Ns——空調(diào)系統(tǒng)冷（熱）源耗電量，kW； ηi——空調(diào)系統(tǒng)新風負荷占設(shè)計負荷的比例，%； T——空調(diào)系統(tǒng)全年運行小時數(shù)，小時； λi——各種空調(diào)負荷情況下運行時間比例，%； Pd——電價，元/kWh。  （5）式中 ΔCO——空調(diào)系統(tǒng)冷（熱）源每年節(jié)省的運行費用，萬元； CO1,CO2——使用全熱交換器前后空調(diào)系統(tǒng)冷（熱）源年運行費用，萬元； ΔNs——使用全熱交換器后空調(diào)系統(tǒng)機房設(shè)備（含全熱交換器）減少的功率，kW。 1.4 全熱交換器投資回收期和性價比計算 根據(jù)以上推導，全熱交換器投資回收期可用下式表示：  （6） 式中 n——全熱交換器投資回收期，年。 將式（1）~（5）代入式（6）得  （7） 或  （8） 按照式（9），將全熱交換器效率與價格的比值定義為全熱交換器的性價比   （9） 則當n=0時，式（8）可以變?yōu)椋?br />  （10） 此時，全熱交換器的投資回收期為零年。將投資期為0年的全熱交換器的的性價比（μ0）定義為全熱交換器投資回收期的臨界值。 當μ＜μ0時，n ＞0，全熱交換器的投資回收期為正。說明了全熱交換器的使用增加了空調(diào)系統(tǒng)的投資，增加的投資需要通過帶有全熱交換器的空調(diào)系統(tǒng)的運行費用的節(jié)省來回收。全熱交換器的投資回收期一般在5年內(nèi)被認為是比較合理的[3]。 當μ=μ0時，n =0，全熱交換器的投資回收期為0，此時，全熱交換器通過能量回收節(jié)省的系統(tǒng)一次投資剛好等于全熱交換器的投資。 當μ＞μ0時，n ＜0，全熱交換器的投資回收期為負，說明由于使用全熱交換器后，空調(diào)系統(tǒng)由于負荷減小而節(jié)省的一次投資已經(jīng)高于全熱交換器的投資。 計算全熱交換器的投資回收期時，其具體步驟如下： ① 根據(jù)常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)（不帶全熱交換器的系統(tǒng)）Q，ηx，Gx，Ps等設(shè)計參數(shù)，按照式（1），（2）和（10）計算空調(diào)系統(tǒng)冷（熱）源節(jié)省的一次投資ΔCS和全熱交換器投資回收期臨界值μ0； ② 根據(jù)廠家報價及產(chǎn)品 資料，確定εt，Pe，根據(jù)式（9）和式（3）計算全熱交換器性價比μ和一次投資Ce。當μ＜μ0時，n ＞0；μ=μ0時，n =0；當μ＞μ0時，n ＜0； ③ 根據(jù)式（4）和（5）計算空調(diào)系統(tǒng)每年節(jié)省的運行費用ΔCO； ④ 利用式（7）或（8）計算全熱交換器的投資回收期。調(diào)整產(chǎn)品價格或品牌，重復(fù)步驟2~4，直到得出滿意的投資回收期為止。
2 工程實例分析 本文將對深圳某已投入運行的全熱交換器工程項目進行經(jīng)濟分析。該工程中選用國內(nèi)某公司自主開發(fā)的透濕膜式全熱交換器，投入使用兩年來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯。 該工程為深圳某單位三層辦公樓，建筑面積共計4953 m2，空調(diào)面積共計3753 m2，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計制冷負荷626.7 kW，冬季不供熱。其中新風負荷177 kW，新風負荷比為28.2%，設(shè)計風量73617m3/h，新風量14421 m3/h。所選用的全熱交換器全熱交換效率為60%，價格按照 7元/（m3/h）計算，全熱交換器的投資回收期計算如下： ① 空調(diào)冷源為水冷螺桿式冷水機，冷源單位冷量造價按：Ps=1220元/kW計算，根據(jù)已知條件，系統(tǒng)不考慮冬季供熱，僅冷源部分節(jié)省的一次投資為
  萬元由式（10）得到全熱交換器投資回收期臨界值為
 ② 根據(jù)廠家 及報價，該全熱交換器的投資及性價比分別為
 萬元
 由于μ＞μ0時，n ＜0。 由此可以看出，使用全熱交換器后，系統(tǒng)總投資降低了2.84萬元。 ③ 使用全熱交換器前后，空調(diào)機房的設(shè)備功率分別為199.7kW，176.7 kW，降低了23 kW。深圳地區(qū)空調(diào)系統(tǒng)全年制冷運行時間為240天，每天運行10小時，電價為1元/ kWh，分別用設(shè)計負荷的90%，60%，20%作為設(shè)計負荷80~100%，40~80%， 0~40%的代表值，他們分別占全年空調(diào)時間的15%，50%，35%，機房節(jié)省的運行費用計算如下：     萬元計算結(jié)果表明：空調(diào)系統(tǒng)運行費用每年可以節(jié)省2.78萬元。 通過以上計算可知，使用全熱交換器后，空調(diào)系統(tǒng)一次投資降低了2.84萬元，年運行費用減少了2.78萬元，節(jié)能效果明顯。
3 結(jié)語 本文推導了全熱交換器投資回收期的計算公式，提出了全熱交換器性價比的概念，并將其用于對實際工程進行投資分析，得出以下結(jié)論： （1）全熱交換器的性價比的高低決定了在空調(diào)系統(tǒng)中使用全熱交換器是否會增加空調(diào)系統(tǒng)的一次投資。當選用性價比較高的全熱交換器時，空調(diào)系統(tǒng)的一次投資不會增加，運行費用明顯減小。 （2）廠家應(yīng)該合理確定產(chǎn)品的性價比，使其產(chǎn)品具有合理的投資回收期。 （3）設(shè)計師應(yīng)根據(jù)不同的空調(diào)系統(tǒng)，選用不同性價比的全熱交換器，合理控制全熱交換器的投資回收期。
參考文獻 1 重視居室質(zhì)量 家電企業(yè)強攻家庭環(huán)保市場 廣州日報. 廣州：中國計劃出版社，2004 2 室內(nèi)空氣質(zhì)量標準（GB/T 18883-2002） 3 全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施 暖通空調(diào)·動力. 北京：中國計劃出版社，2003 4 Air-to-Air Energy Recovery. ASHRAE Handbook HVAC Systems and Equipments,2003
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