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            新風熱回收設備及其應用

             

            摘  要:介紹了目前常用的各種新風熱回收方式的原理、優缺點及適用場合,并對各種方式做了技術分析與經濟比較,為實際工程應用和設計提供了一般指導。
            關鍵詞:熱回收  建筑節能  顯熱或全熱交換  回收效率  
            1、概述
            隨著社會經濟的不斷發展,人們不再滿足于室內溫度舒適性的要求,越來越多的人們已經意識到改善室內空氣環境的必要性和緊迫性。有關室內空氣品質的研究,可以追溯到20世紀初,當時,人們已經開始采用通風的方法來改善室內空氣環境??照{系統的出現,為人們創造了舒適的空調環境。70年代的全球能源危機,使空調系統這一能源消耗大戶面臨嚴重考驗,節能降耗成為空調系統設計的關鍵環節。節能措施之一就是減少入室新風量,但是這一措施引起了室內空氣環境惡化,再加上現代建筑中密閉空間的增多以及各種裝飾材料的使用,出現了“病態建筑綜合癥”。80年代以來,空調步入一個新的發展階段,新階段的標志之一就是由舒適性空調向健康空調的變革。新風熱回收裝置以其獨特的優勢已在市場上逐步普及開來。
            空氣熱回收裝置是使進風和排風之間產生顯熱或全熱交換,回收冷 (熱)量的裝置。國家標準《室內空氣質量標準》GB/T1883-2002于2002年開始施行,此標準規定了每個人的新風量為30CMH,新風量的大小不僅關系到保證人體的健康,也與能耗、初投資和運行費用密切相關。2005年國家建設部又頒布了《公共建筑節能設計標準》GB50189-2005,進一步劃分不同場合的新風量標準。新風熱回收裝置的運用使得平衡式通風得以實現,在空調房間引進新風的同時排出房間的空氣;新風熱回收裝置的運用可以調節空調房間的壓力,不同的壓力狀況的實現只需要調節新風與排風的比例即可;新風熱回收裝置的運用使得新風處理的能耗減少而節能并降低運行了運行費用。
            2、新風熱回收方式的類型及其應用
            新風熱回收的方式很多,各種不同方式的效率高低、設備費的大小、維護保養的繁簡也各不相同。熱回收裝置有板式熱回收機、轉輪式熱回收機、熱管式熱回收機、中間熱媒式熱回收機、熱泵式熱回收機、溶液噴淋式熱回收機等。以下介紹幾種常用的新風熱回收方式。
            2.1、板式新風熱回收裝置
            板式熱回收機分為顯熱熱回收機和全熱熱回收機。板式
            顯熱熱回收機的基材為鋁箔等導熱性能好的金屬使排風與新
            風之間進行熱交換。板式全熱熱回收機是采用金屬平板膜片與
            高分子平板膜片組合而成,當隔板兩側氣流之間存在溫度差和
            水蒸汽分壓力差時,兩氣流之間就產生傳熱和傳質的過程,進
            行全熱交換。芯體結構示意圖見 圖2.1-1。其特點是構造簡單,過濾除塵,雙向換氣,無互串氣,效率高,機體內沒有運動部件運行,安全、可靠,各出入口接管便利,安裝方便,設備費用較低,適用于一般民用空調工程。
                在選用板式顯熱熱回收機時,新風溫度不宜低于-10℃,否則排風側出現結霜;當新風溫度低于-10℃時,應在熱交換器前加新風預熱器;新風進入熱回收機之前,必須先經過過濾器凈化,排風進入熱回收機之前,一般也裝過濾器,但當排風較干凈時,可不裝。在選用板式全熱熱回收機時,當排風中含有有害成分時,不宜選用。 
            2.2、轉輪新風熱回收裝置
            轉輪式熱回收機是轉輪在旋轉過程中讓排風與新風以相逆的方向流過轉輪(蓄熱器)而各自轉換能量。它既能回收顯熱,又能回收潛熱,排風與新風交替逆向流過轉輪,具有自凈作用,它可以通過對轉輪轉速的控制來適應不同的室內外空氣參數。如圖2.2-1所示。轉輪式熱回收機回收效率高,可達70%~90%。還能適用于較高溫度的排風系統,同時它也存在一些缺點,如裝置較大,占用面積和空間較大,接管位置固定,配管靈活性差,有傳動設備,自身消耗動力,壓力損失較大,無法避免交叉污染。轉輪式熱回收機一般將它們用于有一定濕度要求的空調系統中,如紡織廠,旅館,醫院,辦公樓、工業通風系統等一些大型空調系統中,對家用空調則不適用。一般情況下,轉輪式熱回收機宜布置在負壓段,且適用于排風不帶有害物或有毒物質的場合。
            2.3熱管熱回收裝置
            熱管式熱回收機是一種借助工質(如氨,氟里昂—11,氟里昂—113,丙醇,甲醇等)的相變進行熱傳遞的換熱元件,由多根熱管組成,利用熱管進行空調熱回收,溫度范圍一般為-20℃~+40℃,管材一般為鋁或鋁合金。熱管元件結構示意圖見圖2.3-1。
            熱管是一種高效的傳熱元件,其導熱能力比金屬高出幾百倍,熱管還具有均溫特性好,熱流密度可調、傳熱方向可逆等,用它組成熱管換熱器不僅具有熱管固有的傳熱量大、溫差小、重量輕、體積小、熱響應迅速等特點,而且還具有安裝方便、維修簡便、使用壽命長、阻力損失小、進排風流道間便于分隔、互補滲漏等優點,作為空氣調節、通風、余熱回收裝置、均溫裝置、太陽能吸收器等方面的理想節能產品。
            熱管技術在建筑節能中應用的形式多種多樣,既有技術成熟、應用成功的工程實例。如公共建筑集中的排風熱(冷)回收;民用住宅空調排風熱(冷)回收;由于熱管本身具有的諸多特點,如均溫性、熱流密度可以變化,熱二極管特性等,使其在太陽能應用中具有極為廣泛的應用前景。
            2.4中間熱媒式熱回收機
            中間熱媒式熱回收機采用盤管式熱回收機,利用水泵使水作為介質在兩個熱回收機內循環,將排風中的熱量(冷量)傳遞給新風,從而實現熱能的回收。中間熱媒通常采用水,為了降低水的冰點,通常在水中加入一定比例的乙二醇。其工作流程見圖2.4-1。使用中間熱媒式熱回收機,新風與排風不會產生交叉污染,供熱側與得
            熱側之間通過管道連接,因此對距離沒有限制,布置方便靈活。如果使用恰當的盤管排數,其顯熱回收率可達40%~60%。缺點是只能回收顯熱,不能回收潛熱,由于應用中間熱媒,所以存在溫差損失,熱效率較低,一般在60%以下,當增加盤管排數時,回收效率有所增加。中間熱媒式熱回收機適用于對新風質量要求較高的場合。如:展覽館、寫字間、會議室、餐廳、接待室、醫院手術室、病房等。
            2.5 熱泵式熱回收裝置
            熱泵式熱回收裝置由于其獨特的運行工況,使得能效系數提高而節能。其原理是將空氣系統中的排風熱能經熱泵的提升效應而達到節能的目的,是一種廣義的熱回收器,該方式的特征在于消耗一定的能量,以幾倍于消耗的能量回收熱量 。
            使用熱泵式熱回收機的優點是熱回收效率高,在夏季工況下,熱泵的cop值(熱泵回收的能量與輸入功率的比值)都能達到5左右;將新風處理到室內空氣狀態,新風負荷全部被去除,減少了主機的運行費用。無互串氣,安裝方便,使用簡單,各風管接管便利,適應溫差范圍大。缺點是有壓縮機等機械部件,沒有傳質的過程,只有顯熱回收,長期使用對機組的維護要求較高。
               熱泵式熱回收機適用于對新風潔凈度要求較高、對新風濕度有要求的場合,熱泵機組在夏季可以消除部分室內的濕負荷。在春秋季節運行時,不用開啟中央空調系統同樣可以達到調溫、調濕的功能,這是別的熱回收設備不具有的功能。應用場合如:展覽館、會議室、體育館、醫院手術室、病房等。
            3、各種熱回收裝置技術分析與經濟比較
            當我們在選用時如何決定和評價這幾種熱能回收換熱器呢?首要的問題當然是使用場合的適應性,一般可分為公共民用,以換氣為首要特征,工業用途以熱能回收為主要特征,并且兩個通路間嚴禁互串,醫院病房排氣,實驗動物房等也應如此,其次要考慮的當然是熱回收效率的高低,其它各項技術經濟比較,詳見表3-1。

            用途

            熱回收效率

            有無運動機件

            直接熱傳遞

            傳質

            互串氣可能性

            適宜溫差

            接管布置便利

            長期使用穩定性

            初投資

            運行電能消耗

            綜合回收效果

            板式

            民用

            極少

            一般

            轉輪式

            民用

            工業

            可能

            一般

            一般

            熱管式

            工業

            一般

            不能

            一般

            一般

            較大

            一般

            中間熱媒式

            民用

            一般

            一般

            不能

            一般

            一般

            較大

            一般

            熱泵式

            民用

            工業

            不能

            不能

            一般

            較大

             

            表1  各種熱回收裝置技術分析與經濟比較

            4、結語

            設置排風熱回收裝置,能回收排風中的余熱,節省一定的能源,是節能的一項重要措施,符合節能的大方向。選擇熱回收裝置,應根據實際工程狀況以及排風中有害氣體的情況及自身的經濟狀況,確定選用合適的熱回收裝置。尤其是實施新的室內空氣質量標準后,新風負荷在空調采暖負荷中的比例越來越大的情況下,是一項必不可少的技術手段。
            新風熱回收設備及其應用
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