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摘要：为探讨能量回收系统是否节能，以某卷烟厂能量回收系统为例，对能量回收系统节能运行进行了分析。描述了卷烟厂能量回收系统原理及流程。根据系统运行监测数据，对系统回收量、利用量、净节能量进行了动态计算。结果表明，系统在室外焓值高于某临界值时运行是不节能的，得出临界焓值，并对系统设计合理性进行了评价，为能量回收系统运行管理及设计提供参考。
关键词：卷烟厂 节能运行 临界焓值 系统评价
Energy-saving operation analysis of energy recovery system
Li jinghui Wang jiankui LU lin Lin yi Chen lingling
Abstract：Energy recovery system can save energy or not ? Analysis of energy-saving operation, in the case of an energy recovery system in a cigarette factory. According to the monitor data operation, recovergy energy,release amount and available amount of system is calculated. The results showed that system operation is not saving energy when the outdoor enthalpy above a critical value, the the critical enthalpy is obtained, design is evaluated and provide eference for operation management and design in engineering applications.
Keywords：cigarette factory; energy saving analysis;enthalpy;system evaluation
1.Zhejiang Construction Division Building Energy Technology Co. Ltd.
2.Zhejiang Key Laboratory for building energy-saving technology
3.Zhejiang Academy of Building Research & Design.Ltd.
4.Hang zhou Municipal Construction and Development Co. Ltd.
1前言
能量回收系统设置的主要目的是节能减排，但是系统自身运行也是耗能的[1]。系统在运行过程中的某些时间段内，可能会出现系统耗能量大于回收利用量的现象，在这种工况下能量回收系统的运行就失去了最初设置意义，且得不偿失。本文通过动态研究的方法，以某卷烟厂能量回收系统的研究对象，对系统节能运行进行分析，得出系统节能运行临界焓值并对系统设计合理性进行了评价。
2 能量回收系统介绍
能量回收系统设置在卷烟厂卷接包车间除尘排风机排风出口处，采用水作为能量传递媒质[2]。能量回收系统工艺流程，如图1所示。
系统工作原理及流程：除尘车间高温低湿排气与回收塔中水溶液进行换热后温度降低，湿度增大，排向大气；回收塔中水溶液温度升高，经过滤器过滤和臭氧发生器净化后进入储液箱，再由水泵提供动力，通过板式换热器与能源利用系统水溶液进行能量交换；回收端水溶液与利用端水溶液通过板式换热器进行能量交换，温度升高，高温水溶液经管网输送到释放塔，室外新风经释放塔后进入新风处理设备，送入空调区域。夏季及过渡季节，通过运行能量释放端的低温侧自循环管网，根据蒸发冷却原理达到对卷接包车间空调新风进行冷却加湿的效果。回收塔安装在除尘系统排风机出口处，释放塔安装在新风进口处。因此，能量回收系统无需再设风力输送设备。
3节能运行分析
3.1回收量计算
常规回收量的计算是根据设备厂家提供设备换热效率与运行时间的乘积，根据换热效率公式[3]：η=GX |ix-ixc|/( Gmin |ip-ixj|)×100%可知，随着室外焓值变化换热效率也是时刻变化的。通过系统运行数据分析，结果表明回收换热效率与室外空气焓值成线性关系，并得出回收效率与室外空气焓值的关系式：ηp=70.84-0.54 hw，则回收量可由下式计算：
式中 hp——排风焓值，kJ/kg；
hw——室外空气焓值，kJ/kg；
ηp——逐时换热效率；
GP——排風量，2.8×105 kg/h。
根据能量回收系统冬季运行时间段（自12月1日到次年的3月10日），典型气象年室外逐时温湿度变化数据和逐时换热效率公式，工艺排风状态参数为干球温度：37℃，相对湿度：28%，焓值：65 kJ/kg，能量回收系统在运行时间段内全天24h运行，能量回收系统逐时回收量，如图2所示。
根据公式(1)，对能量回收量进行计算：回收总量约为1.2×1010J。
3.2利用量分析
通过系统运行数据分析，得出利用效率与室外空气焓值的关系式研究得利用效率：ηf=101.87-1.14hw，则室外空气通过释放塔所获能量可由下式计算：
根据公式（2）计算逐时利用量，得运行期内室外空气通过释放塔获得能量累计值约为1.0×1010J。折算标煤当量为341tce，折算油当量239toe。回收量有效利用率：利用量÷回收量=341÷421=81%。
3.3净节能量
系统在运行过程中某些设备组件同样也是耗能器件，溶液热回收系统在运行时耗能量可由下式表示： E′=△Efan +EW
式中 EW——系统运行能耗，KW；
△Efan——新风输送阻力增加能耗，KW。
新风输送阻力增加能耗可由下式计算[3]：
式中 V——通风体积流量，m3/s；
△P——新风通过系统装置的空气流通阻力，kPa；
ηc——风机和传动装置的综合效率。
风机和传动装置的综合效率计算式：
式中 ηfan——风机效率；
ηr——冷(热)量与电能相比的折算系数。
系统运行能耗主要能耗装置为两台水泵额定功率，30KW/台。ηr =1/3600kwh/kJ。根据设备资料，V =88m3/s，△P =5kPa，ηfan=60%。
由公式（5）计算风机增加能耗为2.6×109J/h，水泵能耗EW =2.2×108J/h。系统运行总能耗为2.8×109J/h。
净节能量计算式可表示为：
根据上式，计算系统运行期逐时净回收量和净节能总量并绘图，如图3所示。
方案设计运行期内，净回收量总合约为3.1×109J，折算标煤当量为107tce，折算油当量75toe[4]。烟厂年生产量按90万箱计算，生产综合能耗17kg/箱标准煤，烟厂能耗为1530万吨标准煤，溶液热回收系统净节能量约占企业生产综合能耗能耗的7%。
4 临界焓值
净回收量受回收量，利用量，系统运行能耗影响。回收量和利用量受室外气象参数影响较大。从图4中可以看出，在运行期内净回收量有负值，这说明系统耗能量E′>Qf，这种情况是不经济也是不合理的。只有当E′>Qf时系统才真正的节能。
室外空气状态参数可由温度及含湿量表示。焓是表征能量多少的度量值，由焓值计算公式[5]可知，焓与温度和含湿量是二元一次线性关系。因此，本文以临界焓值来分析净节能量与室外空气状态参数的关系。临界焓值：当E′=E时室外空气的焓，称为临界焓值。
当E′>Qf时有：Qf-△Efan - EW =0；即Qf=△Efan - EW =2.8×109J/h时室外空气的焓；即GPηpηF(hP-hw)= △Efan+ EW =2.8×109J/h；将ηp，ηF表达式及GP =2.8×105 kg/h代入式中，得临界焓值为25.1 kJ/kg。
系统在室外焓值小于25.1 kJ/kg时能量回收系统运行才节能，系统运行才合理，否则不但达不到节能的效果，反而能源消耗量更大。根据典型年室外逐时焓值和临界焓值，在系统设计开启时间段内全部运行获得的节能量，与在设计时间段内，室外空气焓值在临界焓值一下系统开启获得的节能量进行对比。绘制能量回收对比图，如图4所示。
经过分析得到净回收能量约3.3×109J，折算标煤当量为111tce，折算油当量78toe。与全工况运行净回收量相比增加1.4×108J，增幅约5%，折标煤当量为4tce，折算油当量3toe，节约能耗占企业能耗的7.3%，直接经济效益约30万元人民币。
5 开启率
年开启率定义：以年为运行周期，热回收运行小时数占.周期小时数的比例。
式中 y ——室外空气焓值小于临界焓值的小时数，h；
Y ——全年总小时数，h；
由前文计算求得临界焓值为25.1kJ/kg。即热回收系统开启条件为hw<25.1 kJ/kg。
根据某地全年室外空气焓值的逐时值，统计出一定间隔的焓区段中焓值的全年或一期间内出现的小时数，即焓值的时间频率[6]。以典型气象年室外空气焓值为统计对象，选取=5kJ/kg为代表焓值，将所有室外焓值小于5（n+1）(n为自然数)的小时数减去低于5n的小时数，即得到代表焓值为5n的焓区段中焓值出现的小时数。方案设计运行期内（从12月1日0时到次年的3月10日24时止）。典型气象年室外焓频统计如下表所示：
典型气象年方案设计期室外焓频统计表
根据热回收系统开启条件为hw<25.21 kJ/kg，以25kJ/kg为代表焓值，根据表4-7统计结果，计算系统开启小时数为1781h，方案设计期小时数为2400h，计算设计期开启率为0.74。
方案设计期内开启率反应了方案设计对系统运行时间段计算选择的合理性。本方案设计期开启率为0.74，设计运行期较为合理。
6 结论
研究结果表明，某卷烟厂能量回收系统在设计时间段内，不是所有运行工况都节能。系统回收效率和释放效率与室外空气焓值成线性关系，室外焓值越大，效率越低；在考虑系统设备运行耗能情况下，当室外空气焓值大于25.1 kJ/kg系统运行是不节能的。系统间歇运行节能量较全工况运行节能量相比，净节能量增幅约5%。结合临界焓值利用焓频法对系统设计合理性进行分析，结果表明热回收系统设计期内开启率约为0.74，系統设计合理。
参考文献
[1] 孙 宁. 排风热回收系统设计方法研究[J], 建筑科学, 2009,25(8):47-5.
[2] 李井会, 刘泽华, 丛明滋等. 溶液热回收系统在卷烟厂工艺排风中的应用[J], 暖通空调, 2011,41(5):55-58.
[3] 蔡增基, 龙天渝. 流体力学泵与风机[M]. 中国建筑工业出版社. 2005.
[3] 刘晓华, 李震, 江亿. 溶液全热回收装置与热泵系统结合的新风机组[J]. 暖通空调, 2004, 34(11): 98-100.
[4]《综合能耗计算通则》GB/T2589-2008.
[5] 陆耀庆. 实用供热空调设计手册（第二版）[M]. 中国建筑工业出版社.2007 .
[6]袁旭东, 柯莹, 王鑫. 空调系统排风热回收的节能性分析[J]. 制冷与空,2007,7(1):76-81.
作者简介： 李井会，男，硕士研究生 主要从事建筑节能和可再生能源利用等方面的研究。
关键词：卷烟厂 节能运行 临界焓值 系统评价
Energy-saving operation analysis of energy recovery system
Li jinghui Wang jiankui LU lin Lin yi Chen lingling
Abstract：Energy recovery system can save energy or not ? Analysis of energy-saving operation, in the case of an energy recovery system in a cigarette factory. According to the monitor data operation, recovergy energy,release amount and available amount of system is calculated. The results showed that system operation is not saving energy when the outdoor enthalpy above a critical value, the the critical enthalpy is obtained, design is evaluated and provide eference for operation management and design in engineering applications.
Keywords：cigarette factory; energy saving analysis;enthalpy;system evaluation
1.Zhejiang Construction Division Building Energy Technology Co. Ltd.
2.Zhejiang Key Laboratory for building energy-saving technology
3.Zhejiang Academy of Building Research & Design.Ltd.
4.Hang zhou Municipal Construction and Development Co. Ltd.
1前言
能量回收系统设置的主要目的是节能减排，但是系统自身运行也是耗能的[1]。系统在运行过程中的某些时间段内，可能会出现系统耗能量大于回收利用量的现象，在这种工况下能量回收系统的运行就失去了最初设置意义，且得不偿失。本文通过动态研究的方法，以某卷烟厂能量回收系统的研究对象，对系统节能运行进行分析，得出系统节能运行临界焓值并对系统设计合理性进行了评价。
2 能量回收系统介绍
能量回收系统设置在卷烟厂卷接包车间除尘排风机排风出口处，采用水作为能量传递媒质[2]。能量回收系统工艺流程，如图1所示。
系统工作原理及流程：除尘车间高温低湿排气与回收塔中水溶液进行换热后温度降低，湿度增大，排向大气；回收塔中水溶液温度升高，经过滤器过滤和臭氧发生器净化后进入储液箱，再由水泵提供动力，通过板式换热器与能源利用系统水溶液进行能量交换；回收端水溶液与利用端水溶液通过板式换热器进行能量交换，温度升高，高温水溶液经管网输送到释放塔，室外新风经释放塔后进入新风处理设备，送入空调区域。夏季及过渡季节，通过运行能量释放端的低温侧自循环管网，根据蒸发冷却原理达到对卷接包车间空调新风进行冷却加湿的效果。回收塔安装在除尘系统排风机出口处，释放塔安装在新风进口处。因此，能量回收系统无需再设风力输送设备。
3节能运行分析
3.1回收量计算
常规回收量的计算是根据设备厂家提供设备换热效率与运行时间的乘积，根据换热效率公式[3]：η=GX |ix-ixc|/( Gmin |ip-ixj|)×100%可知，随着室外焓值变化换热效率也是时刻变化的。通过系统运行数据分析，结果表明回收换热效率与室外空气焓值成线性关系，并得出回收效率与室外空气焓值的关系式：ηp=70.84-0.54 hw，则回收量可由下式计算：
式中 hp——排风焓值，kJ/kg；
hw——室外空气焓值，kJ/kg；
ηp——逐时换热效率；
GP——排風量，2.8×105 kg/h。
根据能量回收系统冬季运行时间段（自12月1日到次年的3月10日），典型气象年室外逐时温湿度变化数据和逐时换热效率公式，工艺排风状态参数为干球温度：37℃，相对湿度：28%，焓值：65 kJ/kg，能量回收系统在运行时间段内全天24h运行，能量回收系统逐时回收量，如图2所示。
根据公式(1)，对能量回收量进行计算：回收总量约为1.2×1010J。
3.2利用量分析
通过系统运行数据分析，得出利用效率与室外空气焓值的关系式研究得利用效率：ηf=101.87-1.14hw，则室外空气通过释放塔所获能量可由下式计算：
根据公式（2）计算逐时利用量，得运行期内室外空气通过释放塔获得能量累计值约为1.0×1010J。折算标煤当量为341tce，折算油当量239toe。回收量有效利用率：利用量÷回收量=341÷421=81%。
3.3净节能量
系统在运行过程中某些设备组件同样也是耗能器件，溶液热回收系统在运行时耗能量可由下式表示： E′=△Efan +EW
式中 EW——系统运行能耗，KW；
△Efan——新风输送阻力增加能耗，KW。
新风输送阻力增加能耗可由下式计算[3]：
式中 V——通风体积流量，m3/s；
△P——新风通过系统装置的空气流通阻力，kPa；
ηc——风机和传动装置的综合效率。
风机和传动装置的综合效率计算式：
式中 ηfan——风机效率；
ηr——冷(热)量与电能相比的折算系数。
系统运行能耗主要能耗装置为两台水泵额定功率，30KW/台。ηr =1/3600kwh/kJ。根据设备资料，V =88m3/s，△P =5kPa，ηfan=60%。
由公式（5）计算风机增加能耗为2.6×109J/h，水泵能耗EW =2.2×108J/h。系统运行总能耗为2.8×109J/h。
净节能量计算式可表示为：
根据上式，计算系统运行期逐时净回收量和净节能总量并绘图，如图3所示。
方案设计运行期内，净回收量总合约为3.1×109J，折算标煤当量为107tce，折算油当量75toe[4]。烟厂年生产量按90万箱计算，生产综合能耗17kg/箱标准煤，烟厂能耗为1530万吨标准煤，溶液热回收系统净节能量约占企业生产综合能耗能耗的7%。
4 临界焓值
净回收量受回收量，利用量，系统运行能耗影响。回收量和利用量受室外气象参数影响较大。从图4中可以看出，在运行期内净回收量有负值，这说明系统耗能量E′>Qf，这种情况是不经济也是不合理的。只有当E′>Qf时系统才真正的节能。
室外空气状态参数可由温度及含湿量表示。焓是表征能量多少的度量值，由焓值计算公式[5]可知，焓与温度和含湿量是二元一次线性关系。因此，本文以临界焓值来分析净节能量与室外空气状态参数的关系。临界焓值：当E′=E时室外空气的焓，称为临界焓值。
当E′>Qf时有：Qf-△Efan - EW =0；即Qf=△Efan - EW =2.8×109J/h时室外空气的焓；即GPηpηF(hP-hw)= △Efan+ EW =2.8×109J/h；将ηp，ηF表达式及GP =2.8×105 kg/h代入式中，得临界焓值为25.1 kJ/kg。
系统在室外焓值小于25.1 kJ/kg时能量回收系统运行才节能，系统运行才合理，否则不但达不到节能的效果，反而能源消耗量更大。根据典型年室外逐时焓值和临界焓值，在系统设计开启时间段内全部运行获得的节能量，与在设计时间段内，室外空气焓值在临界焓值一下系统开启获得的节能量进行对比。绘制能量回收对比图，如图4所示。
经过分析得到净回收能量约3.3×109J，折算标煤当量为111tce，折算油当量78toe。与全工况运行净回收量相比增加1.4×108J，增幅约5%，折标煤当量为4tce，折算油当量3toe，节约能耗占企业能耗的7.3%，直接经济效益约30万元人民币。
5 开启率
年开启率定义：以年为运行周期，热回收运行小时数占.周期小时数的比例。
式中 y ——室外空气焓值小于临界焓值的小时数，h；
Y ——全年总小时数，h；
由前文计算求得临界焓值为25.1kJ/kg。即热回收系统开启条件为hw<25.1 kJ/kg。
根据某地全年室外空气焓值的逐时值，统计出一定间隔的焓区段中焓值的全年或一期间内出现的小时数，即焓值的时间频率[6]。以典型气象年室外空气焓值为统计对象，选取=5kJ/kg为代表焓值，将所有室外焓值小于5（n+1）(n为自然数)的小时数减去低于5n的小时数，即得到代表焓值为5n的焓区段中焓值出现的小时数。方案设计运行期内（从12月1日0时到次年的3月10日24时止）。典型气象年室外焓频统计如下表所示：
典型气象年方案设计期室外焓频统计表
根据热回收系统开启条件为hw<25.21 kJ/kg，以25kJ/kg为代表焓值，根据表4-7统计结果，计算系统开启小时数为1781h，方案设计期小时数为2400h，计算设计期开启率为0.74。
方案设计期内开启率反应了方案设计对系统运行时间段计算选择的合理性。本方案设计期开启率为0.74，设计运行期较为合理。
6 结论
研究结果表明，某卷烟厂能量回收系统在设计时间段内，不是所有运行工况都节能。系统回收效率和释放效率与室外空气焓值成线性关系，室外焓值越大，效率越低；在考虑系统设备运行耗能情况下，当室外空气焓值大于25.1 kJ/kg系统运行是不节能的。系统间歇运行节能量较全工况运行节能量相比，净节能量增幅约5%。结合临界焓值利用焓频法对系统设计合理性进行分析，结果表明热回收系统设计期内开启率约为0.74，系統设计合理。
参考文献
[1] 孙 宁. 排风热回收系统设计方法研究[J], 建筑科学, 2009,25(8):47-5.
[2] 李井会, 刘泽华, 丛明滋等. 溶液热回收系统在卷烟厂工艺排风中的应用[J], 暖通空调, 2011,41(5):55-58.
[3] 蔡增基, 龙天渝. 流体力学泵与风机[M]. 中国建筑工业出版社. 2005.
[3] 刘晓华, 李震, 江亿. 溶液全热回收装置与热泵系统结合的新风机组[J]. 暖通空调, 2004, 34(11): 98-100.
[4]《综合能耗计算通则》GB/T2589-2008.
[5] 陆耀庆. 实用供热空调设计手册（第二版）[M]. 中国建筑工业出版社.2007 .
[6]袁旭东, 柯莹, 王鑫. 空调系统排风热回收的节能性分析[J]. 制冷与空,2007,7(1):76-81.
作者简介： 李井会，男，硕士研究生 主要从事建筑节能和可再生能源利用等方面的研究。