摘　要：集中式空調(diào)系統(tǒng)所處理的空氣來源分類，可分為封閉式系統(tǒng)、直流式系統(tǒng)、混合式系統(tǒng)。其中，直流式系統(tǒng)所處理的空氣全部來自室外，室外空氣經(jīng)處理后送入室內(nèi)，然后全部排出室外。但這種系統(tǒng)適用于不允許采用回風(fēng)的場合，如放射性場所，有害生物實(shí)驗(yàn)室、傳染病房以及散發(fā)大量有害物質(zhì)的車間等，是三種方式中耗能最大的類型。

關(guān)鍵詞：有害氣體;熱回收裝置;排風(fēng)系統(tǒng)

本文將著重討論幾種相對可行的熱回收方式，并對其進(jìn)行分析比較，從而選取一種相對而言比較合理的方法用于空調(diào)排風(fēng)系統(tǒng)的能量回收。

幾種回收方式

熱回收裝置分即全熱回收裝置、顯熱回收裝置兩大類。全熱回收裝置既能回收顯熱,又能回收潛熱,此類裝置有轉(zhuǎn)輪式換熱器、板翅式換熱器、熱泵式換熱器;顯熱回收裝置有中間熱媒式換熱器,板式顯熱換熱器,熱管式換熱器【1】。其中，中間熱媒換熱器新風(fēng)與排風(fēng)不會(huì)產(chǎn)生交叉污染,但因通過中間熱媒輸送,溫差損失大,換熱效率較低,在60%以下;板式顯熱換熱器結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)行安全、可靠,無傳動(dòng)設(shè)備,不消耗動(dòng)力,無溫差損失,設(shè)備費(fèi)用較低。但是設(shè)備體積大,須占用較大建筑空間,接管位置固定,缺乏靈活性,傳熱效率較低;熱管式換熱器則無需動(dòng)力消耗,借助另一介質(zhì)的相變來傳遞熱量。

這些熱回收裝置不論優(yōu)缺點(diǎn)如何,從節(jié)能的角度都是可以采用的。但在設(shè)計(jì)、選擇時(shí),應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件、經(jīng)濟(jì)狀況、工程的實(shí)際狀況、排風(fēng)中有害氣體的情況等多種因素,綜合考慮,進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析分析比較,以確定選用合適的熱回收裝置,從而達(dá)到花較少的投資,回收較多熱(冷) 量的目的。

攜帶有害物質(zhì)的排風(fēng)，雖然經(jīng)過無害化處理，理論上仍然屬于排風(fēng)中可能含有有害物質(zhì)的類型，因此在考慮可用的熱回收裝置中，除了禁止考慮可能產(chǎn)生新排風(fēng)交叉污染的裝置;也要考慮到國家倡導(dǎo)節(jié)能化設(shè)計(jì)和運(yùn)行的要求，因此，運(yùn)用熱回收率較低的顯熱換熱器或者中間熱媒式換熱器回收排風(fēng)中的冷熱量顯然達(dá)不到理想的節(jié)能效果。結(jié)合以上兩點(diǎn)考慮，筆者將重點(diǎn)討論板翅式換熱器與熱管式換熱器兩者的熱回收特性，并對兩者進(jìn)行詳細(xì)的比較分析，從而為有害性排風(fēng)的熱回收提出一個(gè)相對安全、經(jīng)濟(jì)并且可行的方案。板翅式熱交換器的結(jié)構(gòu)與工作流程板翅式全熱交換器以特殊的加工紙為材料，由翅片、隔板和封條三部分組成。具有良好傳熱和透濕性,而不透氣，對具有生物污染性的粒子能夠起到良好的阻隔作用，同時(shí)，又能夠有效的防止帶污染成分的排風(fēng)與新風(fēng)直接接觸形成交叉污染【1】，屬于間壁式換熱器。它具有擴(kuò)展的二次傳熱表面(翅片)，所以傳熱過程不僅是在第一次傳熱表面(隔板)上進(jìn)行，而且同時(shí)也在二次傳熱表面上進(jìn)行。高溫側(cè)介質(zhì)的熱量除了由一次表面(隔板)導(dǎo)入低溫側(cè)介質(zhì)外，還沿翅片表面高度方向傳遞部分熱量，即沿翅片高度方向，由隔板導(dǎo)入熱量，再將這些熱量對流傳遞給低溫側(cè)介質(zhì)【1】。優(yōu)點(diǎn)是傳熱效率高。結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕。適應(yīng)范圍廣。

圖1 板翅式全熱交換器的結(jié)構(gòu)

板翅式熱交換器的熱回收效率系統(tǒng)形式

、、——新風(fēng)進(jìn)熱交換器時(shí)候的溫度(℃)，含濕量(g/kg) 、焓值( kj/kg)

、、——新風(fēng)出熱交換器時(shí)候的溫度(℃)，含濕量(g/kg) 、焓值( kj/kg)

、、——排風(fēng)進(jìn)熱交換器時(shí)候的溫度(℃)，含濕量(g/kg) 、焓值( kj/kg)

、、——排風(fēng)出熱交換器時(shí)候的溫度(℃)，含濕量(g/kg) 、焓值( kj/kg)

全熱交換器的熱回收量可用式(4.1)表示：

(公式1)

其形式如圖2所示：

圖2 板翅式換熱器的設(shè)計(jì)形式

熱管交換器結(jié)構(gòu)原理與特點(diǎn):熱管的基本結(jié)構(gòu)和工作原理都很簡單。在一密閉的高度真空的管子內(nèi)(通常為金屬管)，靠近管子內(nèi)壁，貼裝以某種毛細(xì)結(jié)構(gòu)(稱為吸液芯)，再裝入某種工作物質(zhì)(即工質(zhì))，即為熱管。工作時(shí)，管的一端從熱源吸熱，使工質(zhì)蒸發(fā)、汽化，見圖3。蒸汽流往另一端，該端在冷源放熱，蒸汽冷凝液化。凝液借毛細(xì)壓力的作用，流回蒸發(fā)端、完成工質(zhì)的自動(dòng)循環(huán)。在物質(zhì)循環(huán)過程中，即同時(shí)進(jìn)行著熱量的傳輸。

圖3 熱管工作原理

1——熱管殼體; 2——吸液芯; 3——蒸汽流; 4——絕熱層; 5——液流

利用熱管進(jìn)行空調(diào)熱回收時(shí)，溫度范圍一般為-20℃～+40℃。圖3所示的為一般空調(diào)系統(tǒng)回收排風(fēng)能量的示意圖【1】。由圖可知，熱管換熱器分為兩段，一端是冷卻段，另一段為加熱段。夏季時(shí)，室外空氣經(jīng)過冷卻段后流至空調(diào)器，從而既預(yù)冷卻了新風(fēng)，并將低了相對濕度，使二次加熱量大大減少。冬季時(shí)，空調(diào)器的冷卻器停止了工作，排風(fēng)側(cè)成為加熱段，另一段成為冷卻段，新風(fēng)流經(jīng)換熱器時(shí)被加熱【1】。熱管換熱器的這種性能應(yīng)用于如本文中所討論的有害氣體的新排風(fēng)處理，其節(jié)能效果與一般的顯熱換熱器相比將是比較可觀的。

圖4 熱管換熱器的應(yīng)用

兩種熱回收方式的分析比較

為了進(jìn)一步分析以上兩種熱回收方式性能的優(yōu)劣，本文將通過模擬實(shí)際的空調(diào)工況來說明二者區(qū)別，從而選取一個(gè)較為安全、經(jīng)濟(jì)、合理的方法。

模擬工況

根據(jù)江蘇江陰的氣候條件,假設(shè)江陰的某生物實(shí)驗(yàn)室作為研究對象來分析各種室外溫、濕度條件下的兩種換熱器的節(jié)能情況。

夏季室外空調(diào)計(jì)算溫度：干球溫度35.0℃，濕球溫度28.3℃;夏季室內(nèi)溫度： 干球溫度27℃， 濕球溫20.4℃ ;冬季室外空調(diào)計(jì)算溫度：干球溫度-6℃， 濕球溫度-7℃

冬季室內(nèi)溫度：干球溫度18℃， 濕球溫度10.8℃

板翅式式全熱交換器換熱效率：68%;熱管換熱器換熱效率：68%;假定處理風(fēng)量為1800，根據(jù)直流式送風(fēng)系統(tǒng)可得：新排風(fēng)風(fēng)量比為1：1。

夏季、冬季工況各狀態(tài)參數(shù)如表3、表4示。

表3 夏季工況各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)

表4 冬季工況各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)

由表3所給數(shù)據(jù)，結(jié)合公式1和公式5很容易得出板翅式換熱器回收的冷量與熱管換熱器回收的冷量

板翅式換熱器：

熱管換熱器：

由以上數(shù)據(jù)可以算出，夏季熱管換熱器回收能量僅為板翅式換熱器的：

同樣道理，結(jié)合公式1和公式5很容易得出冬季工況下板翅式換熱器回收的熱量與熱管換熱器回收的熱量

板翅式換熱器：

熱管換熱器：

由以上數(shù)據(jù)可以看出，冬季熱管換熱器回收能量僅為板翅式換熱器的：

熱回收系統(tǒng)整體示意

確定選擇合理的熱回收裝置之后，就可以在整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)中布置管路以

保證熱交換器的應(yīng)用，其工作示意圖如圖5。

圖5 熱回收裝置工作原理圖

如圖5所示：在冬季和夏季，關(guān)閉閥門1、6，打開閥門2、3、4、5，使室外新風(fēng)通過熱交換器進(jìn)行熱交換，然后進(jìn)入送風(fēng)空調(diào)機(jī)組進(jìn)行二次處理，最后送入房間，同樣，攜帶有害物質(zhì)的排風(fēng)經(jīng)過排風(fēng)裝置的殺毒過濾處理之后，經(jīng)過熱交換器后最后排入大氣;在過渡季節(jié)，則關(guān)閉閥門2、3、4、5，打開閥門1、6，直接運(yùn)用室外新風(fēng)焓值即能滿足室內(nèi)送風(fēng)要求，這種靈活的熱回收方式不僅顯著降低了空調(diào)用風(fēng)的能耗，起到了節(jié)能作用，同時(shí)也減少了熱回收裝置的使用頻率，對延長其使用壽命，降低系統(tǒng)投資費(fèi)用起到了良好作用。

結(jié)語：

夏季時(shí)選用熱管換熱器節(jié)能效果不明顯，在同等效率下熱管換熱器僅為轉(zhuǎn)輪式全熱交換器的25%;在冬季工況下，兩者節(jié)能效果比較接近，然而仍可看出板翅式換熱器占明顯優(yōu)勢，因此本文認(rèn)為利用全熱熱回收器，如板翅式換熱器進(jìn)行熱回收是一種比較可行的方法。

在安全方面，板翅式換熱器的隔板由材料LT2制成，LT2能夠很好阻隔空氣中微粒的過濾材料，同時(shí)又具有良好透水性和透氣性的特點(diǎn)進(jìn)一步保證了板翅式換熱器運(yùn)用的安全可靠。

采用帶有全熱回收器的新風(fēng)空調(diào)機(jī)，利用全熱回收實(shí)現(xiàn)新風(fēng)和排風(fēng)的顯熱、潛熱熱濕交換，熱回收效率高，可以使新風(fēng)處理能耗大大降低，從而使空調(diào)系統(tǒng)全新風(fēng)方式運(yùn)行成為可能。

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