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摘要：分析了全熱換熱器的種類(lèi)、特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀。探討了板翅式換熱器的研究進(jìn)展,介紹了OxyCell換熱器的工作過(guò)程及特點(diǎn)。
空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能已是當(dāng)務(wù)之急,降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗對(duì)于減少建筑能耗、緩解當(dāng)前電力緊張、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)及保護(hù)環(huán)境等都具有非常重要的意義[1]。其中,利用全熱換熱器是空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的有效措施。本文對(duì)全熱換熱器的應(yīng)用現(xiàn)狀及研究進(jìn)展進(jìn)行分析。
1全熱換熱器的種類(lèi)和特點(diǎn)
①轉(zhuǎn)輪式換熱器
轉(zhuǎn)輪式換熱器技術(shù)較成熟,具有高效、自凈、適用面廣的優(yōu)點(diǎn)。但其體積較大,位置固定,阻力較大,有交叉污染。由于轉(zhuǎn)輪式換熱器自身運(yùn)動(dòng)部件需要消耗一定能量及結(jié)構(gòu)固有的缺陷,空氣泄漏和芯體污染問(wèn)題仍無(wú)法解決,因此影響了它的綜合性能。
②板翅式換熱器
板翅式換熱器由于無(wú)運(yùn)動(dòng)部件,不存在空氣泄漏和芯體污染問(wèn)題,已成為西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的研究重點(diǎn)。板翅式換熱器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。隔板為親水性材料,具有良好的傳熱和透濕性,且不透氣。當(dāng)隔板兩側(cè)氣流之間存在溫差和水蒸氣分壓差時(shí),兩側(cè)氣流之間進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)。板翅式換熱器具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧牢固、適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)。但其阻力較大,密封墊片的結(jié)構(gòu)需進(jìn)一步完善[3]。
2全熱換熱器的應(yīng)用現(xiàn)狀
增大新風(fēng)量是改善室內(nèi)空氣品質(zhì)最直接有效的方法之一。新風(fēng)量的增大雖然可顯著改善室內(nèi)空氣品質(zhì),但也導(dǎo)致新風(fēng)負(fù)荷增加,使提高室內(nèi)空氣品質(zhì)與空調(diào)節(jié)能之間的矛盾更加突出。
全熱換熱器是一種高效的節(jié)能產(chǎn)品,它可利用排風(fēng)中的冷(熱)量預(yù)冷(熱)新風(fēng),在新風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)或表冷器前,降低(提高)新風(fēng)比焓。全熱換熱器的使用可有效降低空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷,提高空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率,減小空調(diào)設(shè)備裝機(jī)容量,節(jié)省空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。全熱換熱器有效地解決了提高室內(nèi)空氣品質(zhì)與空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能之間的矛盾,在空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能領(lǐng)域中具有不可替代的重要作用。
我國(guó)相繼在有關(guān)規(guī)范中對(duì)在空調(diào)系統(tǒng)中使用能量回收裝置進(jìn)行了規(guī)定。但對(duì)幾座大城市的集中式空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn),絕大多數(shù)沒(méi)有安裝全熱換熱器等能量回收裝置,導(dǎo)致排風(fēng)中冷(熱)量的浪費(fèi)。一些安裝了能量回收裝置的空調(diào)系統(tǒng)由于運(yùn)行和管理不當(dāng),未能達(dá)到節(jié)能效果,新風(fēng)處理能耗仍相當(dāng)大[4]。
在西方發(fā)達(dá)國(guó)家,全熱換熱器已被廣泛應(yīng)用于各種類(lèi)型的空調(diào)系統(tǒng)中。全熱換熱器被美國(guó)能源部2001年4月出版的《商業(yè)建筑能耗手冊(cè)》列為美國(guó)當(dāng)今和未來(lái)最有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)的15項(xiàng)暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)之一,作為一種重要的節(jié)能產(chǎn)品在全美范圍內(nèi)推廣[5]。在我國(guó),全熱換熱器一直未能得到推廣和普及,其原因主要為:①國(guó)產(chǎn)全熱換熱器的熱濕交換材料性能不佳,但價(jià)格不菲。②迎面風(fēng)速對(duì)傳統(tǒng)芯材的影響很大,通常需將迎面風(fēng)速控制得很低時(shí),才能使全熱換熱器的熱回收率達(dá)到相關(guān)規(guī)范中規(guī)定的下限。因此,產(chǎn)品體積龐大,安裝受到限制。③由于缺乏全熱換熱器節(jié)能分析軟件,設(shè)計(jì)者無(wú)法評(píng)價(jià)使用全熱換熱器的經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性,限制了其發(fā)展。④與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相比,全熱回收系統(tǒng)更復(fù)雜,不但要求設(shè)計(jì)者全面了解全熱換熱器的結(jié)構(gòu)、性能、尺寸,而且要處理好新風(fēng)、回風(fēng)、排風(fēng)和送風(fēng)的關(guān)系。由于大多設(shè)計(jì)者對(duì)全熱換熱器沒(méi)有全面認(rèn)識(shí)和深入了解,不少設(shè)計(jì)者不選用全熱換熱器。
因此,應(yīng)開(kāi)發(fā)性能優(yōu)良的熱濕交換材料,研制適應(yīng)我國(guó)氣候特點(diǎn)的高效全熱換熱器。進(jìn)一步加強(qiáng)全熱換熱器在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究,優(yōu)化使用全熱換熱器空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,并加強(qiáng)全面評(píng)價(jià)全熱換熱器在空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能作用。
3板翅式換熱器的研究進(jìn)展
①板翅式換熱器性能優(yōu)化的理論實(shí)驗(yàn)研究。
L.Z. Zhang等人對(duì)板翅式換熱器芯材的傳熱、傳濕機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究,并對(duì)其傳熱、傳濕基本方程、數(shù)學(xué)模型邊界條件等進(jìn)行了深入研究和模擬分析。Y.P.Zhang等人[7]通過(guò)嚴(yán)格的理論推導(dǎo),建立了板翅式換熱器的數(shù)學(xué)模型。文獻(xiàn)[8]詳細(xì)介紹了一種新型板翅式換熱器的研制過(guò)程,實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)顯示,新型板翅式換熱器的顯熱傳熱效率可達(dá)72. 7%,全熱傳熱效率可達(dá)55. 7%。
文獻(xiàn)[3]對(duì)板翅式換熱器在不同運(yùn)行工況下的性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,板翅式換熱器的傳熱效率隨著風(fēng)量的增大而下降,顯熱傳熱效率與風(fēng)量的變化成線性關(guān)系。當(dāng)新、排風(fēng)濕度差較大時(shí),潛熱傳熱效率隨濕度差增大而增大的趨勢(shì)比較明顯。顯熱傳熱效率隨著新、排風(fēng)溫度差的增大有所增加,但增加的趨勢(shì)不明顯。
②使用板翅式換熱器的空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性分析。文獻(xiàn)[9、10]介紹了板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)、工作原理,分析了不同濕球溫度下板翅式換熱器的節(jié)能效果,并對(duì)其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析。J. L. Niu等人[11]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),使用板翅式換熱器比使用顯熱換熱器具有更大的優(yōu)勢(shì)。他們開(kāi)發(fā)的模型軟件分析顯示,香港地區(qū)使用板翅式換熱器每年可以節(jié)省58%的新風(fēng)處理能耗,而使用顯熱換熱器只能節(jié)省10%的新風(fēng)處理能耗。
4OxyCell換熱器
OxyCell換熱器為板翅式換熱器的一種,基于自然冷卻方式,是一種集間接蒸發(fā)冷卻、烘干、置換通風(fēng)等多項(xiàng)功能于一體的高效能源回收裝置。某型號(hào)OxyCell換熱器夏、冬季工作過(guò)程見(jiàn)圖2、3。圖2中OxyCell換熱器入口室外空氣溫度為3℃,風(fēng)量為600 m3/h。經(jīng)換熱器自然冷卻、間接蒸發(fā)冷卻溫度降為18℃,其中風(fēng)量為400 m3/h的新風(fēng)進(jìn)入室內(nèi),另有200 m3/h的新風(fēng)沿?fù)Q熱器的蒸發(fā)端繼續(xù)參與熱濕交換并形成溫度為27℃、相對(duì)濕度為99%的二次空氣排出。圖3中OxyCell換熱器入口室外空氣溫度為5℃,風(fēng)量為200 m3/h,經(jīng)換熱器與溫度為22℃、風(fēng)量為200 m3/h的室內(nèi)排風(fēng)進(jìn)行熱濕交換后,溫度升為18℃,排風(fēng)溫度降為9℃。利用OxyCell換熱器有效地回收了排風(fēng)中的顯熱和潛熱,降低了新風(fēng)處理能耗。
過(guò)高的濕度對(duì)間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的性能有不良影響,OxyCell換熱器的烘干裝置可確保間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)在任何濕度條件下達(dá)到最佳性能。OxyCell換熱器適用于小型制冷機(jī)。新風(fēng)中水蒸氣在換熱器中的冷凝過(guò)程可去除灰塵、異味、花粉、CO2等污染物,起到凈化室外空氣的作用。冷凝水可在置換通風(fēng)冷卻中循環(huán)利用。干燥空氣也具有潛在的制冷能力。
5結(jié)語(yǔ)
全熱換熱器作為一種重要的節(jié)能產(chǎn)品,在我國(guó)及國(guó)際上具有極大的市場(chǎng)潛力。目前,傳統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)全熱換熱器換熱效率低、價(jià)格高、體積龐大、阻力大已成為制約其推廣和普及的主要原因。全熱換熱器的研發(fā)單位應(yīng)從優(yōu)化結(jié)構(gòu)、芯材性能入手,研發(fā)出適合我國(guó)氣候特點(diǎn)的全熱換熱器,進(jìn)一步推動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能。OxyCell換熱器在節(jié)能與環(huán)保的同時(shí)還可以提供健康舒適的環(huán)境,具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益
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