暖通系统余热回收技术的应用效果与经济性分析

摘要：暖通系统作为建筑环境控制的核心部分，在提升舒适性和降低能耗方面起着至关重要的作用。然而，传统暖通系统在运行过程中会产生大量的余热，如果不能有效回收利用，不仅造成能源浪费，还会增加碳排放。余热回收技术通过对废弃热能的再利用，提高能源利用效率，降低建筑运行成本，并在一定程度上减少环境负担。本文围绕暖通系统余热回收技术的应用效果与经济性进行分析，探讨其在不同场景下的节能优势，并结合实际案例评估其经济可行性，以期为建筑节能提供有效参考。

关键词：暖通系统；余热回收；节能降耗；经济性分析；能源效率

在全球能源短缺与碳排放控制的背景下，提高建筑能源利用效率已成为重要课题。暖通系统是建筑能耗的主要来源之一，如何有效降低其能源消耗成为研究重点。余热回收技术是一种重要的节能手段，通过收集并利用暖通系统运行过程中产生的废热，提高系统整体效率，减少外部能源的消耗。这项技术不仅在工业建筑中具有广泛应用价值，在公共建筑及住宅建筑中同样表现出良好的节能潜力。随着政策支持力度的加大和技术水平的不断提升，余热回收技术的推广应用将为建筑行业的可持续发展提供重要保障。

一、暖通系统余热回收技术的应用效果分析

（一）余热回收技术分类及工作原理

空气余热回收技术。空气余热回收主要依赖热交换设备将排风中的热量回收并用于新风预处理，提高空气调节系统的整体能效[1]。常见的设备包括热回收新风机组和热管换热器。热回收新风机组采用转轮式或板式换热器，通过显热或全热交换，提高进入室内空气的温度或湿度，使其更接近设定值，从而减少供暖或制冷负荷。热管换热器则利用相变换热原理，通过工质的蒸发和冷凝过程，将排风热量高效回收至新风系统。

水系统余热回收技术。水系统余热回收通常采用板式换热器或热泵系统进行热量回收。板式换热器利用冷热水的直接换热，在工业余热、锅炉尾气回收及空调系统中应用广泛。余热回收热泵通过低品位热能提升技术，从排放水源（如空调冷凝水、锅炉排水）中提取热量，再通过热泵循环将其升温并回馈至采暖系统或生活热水系统。常见的热泵类型包括空气源热泵、水源热泵和地源热泵，其中水源热泵在水资源充足的地区具有更高的能效比（COP值可达4.5以上）。

工业余热回收在暖通系统中的应用。工业余热回收主要应用于制造业、化工、冶金等高能耗行业，通过余热锅炉、吸收式制冷机组和蓄热装置，将高温废气、冷却水或废蒸汽转换为可利用的能源[2]。例如，在钢铁厂中，烧结机废气余热可用于厂房采暖；在食品加工行业，排放的高温水可通过板式换热器回收用于生产热水或暖通系统供暖。

（二）余热回收技术的节能效果

对暖通系统整体能耗的影响。余热回收系统可有效降低暖通系统的初始供热需求和制冷负荷，从而减少锅炉燃气消耗或空调能耗。研究表明，采用高效余热回收系统的建筑能耗可降低20%-30%，其中转轮式热回收新风系统的显热回收效率可达70%以上，全热回收效率可达50%-60%。

对建筑综合能效的提升。建筑能效提升体现在综合能源利用效率（EER）的提高。例如，在大型商业建筑中，空调系统的余热可通过板式换热器回收至生活热水系统，从而降低电热水器的能耗。在数据中心，机房排热可用于冬季供暖，避免过度冷却能耗。在医院中，医疗设备（如MRI冷却系统）的余热可直接供给病房采暖系统，优化能源使用。

不同气候条件下的适应性分析。余热回收技术的适应性受气候因素影响。在寒冷地区（如东北地区），热回收新风机组可显著降低供暖负荷，减少锅炉启动频率，提高燃气利用率。在温暖湿润地区（如华东沿海），全热回收系统可减少新风除湿能耗，提高空调能效。在炎热干燥地区（如西北地区），工业余热回收可用于夜间蓄热系统，以降低峰值电力需求，提高整体能源管理效率。

二、实际工程案例分析

（一）商业建筑中的应用

某大型商场在暖通系统中采用了热回收新风系统，通过回收排风中的余热对新风进行预热，使冬季供暖负荷降低，从而减少锅炉或电采暖的运行能耗。经过测算，该系统可使冬季供暖能耗降低约15%，同时在夏季，通过预冷新风的方式，减少空调系统的制冷负荷，整体节能效果可达12%。该商场采用了高效的转轮式换热器，其回收效率高达65%，有效提升了能源利用率。此外，为了进一步提高能效，该商场的中央空调系统与水源热泵结合，利用冷却塔排放的废热进行回收，并用于供应商场内部的生活热水，极大程度地减少了锅炉运行时间，从而降低了能源消耗和运行成本。

（二）工业厂房中的应用

某钢铁厂在生产过程中产生大量高温废气，以往这些热量被直接排放至大气，造成能源浪费和环境热污染[3]。为提高能源利用效率，该厂安装了烧结余热锅炉系统，通过高温换热器回收废气中的热量，并利用蒸汽管网将余热输送至厂房采暖系统和热水供应系统。数据显示，该系统运行后，每年可减少天然气消耗30%，相当于减少碳排放约5000吨，不仅提高了能源利用率，还有效降低了企业的能源成本。同时，该系统的余热回收量充足，使冬季采暖费用减少了约40%，在极寒天气下也能保证厂区供暖的稳定性，提高了厂区的综合能效水平。

（三）住宅建筑中的应用

某高端住宅小区在建筑暖通系统中引入了空气源热泵与余热回收系统相结合的节能方案，利用地下车库排风中的余热，为居民提供稳定的生活热水。该系统通过高效换热装置回收排风热量，并结合空气源热泵技术提升水温，使其达到居民热水使用标准。经实际运行测算，该小区的住户热水费用平均下降了20%，同时，由于系统能效的提升，热水供应的稳定性也得到了明显改善，避免了传统电热水器或燃气热水器带来的能源浪费问题。此外，该系统的运行减少了外部能源的依赖，在低温环境下仍能保持较高的能效比，为居民提供了更加环保、经济的生活热水解决方案。

三、暖通系统余热回收技术的经济性分析

（一）经济性评价指标

投资成本。余热回收系统的初始投资包括设备购置费、安装费及管道改造费。一般来说，空气余热回收系统的成本较低（200-500元/m²），而水系统余热回收（如热泵系统）初始投资较高（800-1500元/m²）。

运行维护成本。空气余热回收设备的维护成本相对较低，主要涉及滤网清洁和换热芯体更换，而水系统余热回收设备（如板式换热器、热泵）需要定期清洗换热器、防止水垢沉积，运行维护成本约占设备年成本的5%-8%。

经济回收期。经济回收期计算采用投资回收期公式：

其中，为总投资，为每年节约的能源费用。以某商场的余热回收系统为例，总投资100万元，每年节省能源费用25万元，则回收期约为4年。

（二）余热回收系统的投资回报分析

节能效益计算。根据实测数据，余热回收新风系统的节能效益在15%-30%之间，水系统余热回收（如热泵）可达40%-50%。以医院余热回收系统为例，热泵系统投资200万元，每年节省燃气费80万元，投资回收期约2.5年。

不同余热回收技术的经济性比较。空气换热器投资较低但节能率相对较低（10%-20%）；热泵系统投资较高但节能率可达40%以上；工业余热锅炉投资大，但长期节约成本显著，适合大规模应用。

总结；余热回收技术在暖通系统中的应用能够有效降低能源消耗，提高建筑运行的能效，同时减少运行成本。不同类型的余热回收技术适用于不同的应用场景，例如空气余热回收适用于新风系统优化，水系统余热回收适用于生活热水供应，而工业余热回收在大型厂房和生产设施中具有显著的节能效果。通过合理配置余热回收系统，不仅可以提升能源利用效率，还能优化投资回报，缩短经济回收期。

参考文献

[1]吴喆.暖通设计中绿色理念和节能技术的应用[J].住宅与房地产，2021，（25）：102-103.

[2]Stephan D .高效利用工业余热[J].流程工业，2024，（11）：18-19+23.

[3]张涛，周园园，贾楠楠.钢铁行业余热资源分布与特点[J].冶金动力，2023，（05）：108-113.