全热交换器的探讨

全热交换器的探讨
【摘要】本文主要介绍了全热交换器的原理和性能，对该设备在设计中应如何选用提出了粗浅的看法。

标签全热交换器；原理；性能；选用
1、概述：
全热交换器是最近几年从国外传入我国的一种节能设备。

它广泛应用于空调系统的新风系统中，在能源紧张的今天该设备发展很快。

不仅生产的厂家多，品牌规格也很多。

根据热交换器的交换性质可分为全热交换器和显热交换器。

全热交换器的芯体一般为纸芯，显热交换器的芯体一般为金属铝箔。

不管是全热交换还是显热交换它们的交换原理都是一样的，即：当室内空调排风与室外新风分别呈交叉方式流经换热芯体时，由于纤维之间的间隙很小，只有粒径较小的水蒸汽分子才能通过，从而实现温度及湿度的交换。

显热交换器无水份交换。

全热交换器在夏季运行时，新风从空调排风中获得冷能而温度降低，同时新风中的水蒸汽在其分压力的作用下渗透到排风中；冬季运行时则相反，新风从空调排风中获得热能而温度升高，排风中的水蒸汽则渗透到新风中。

通过换热器芯体的热交换过程使新风从空调排风中回收到了大部分的能量，节约了空调耗能。

全热交换器是一种新的节能设备，如今尚未有系统的介绍资料，各厂家样本介绍也比较简单，而且各厂家介绍的资料出入也比较大，因此对我们设计工作者在选用时造成很大不方便，本文试想分析归纳若干基本数据以便指导设计，妥否请同仁探讨指教。

2、性能分析：
收集到多个厂家样本，现举例A、B两个厂家提供的数据加以剖析（以夏季运行状况为例）：
A、B两厂的数据是该厂设备的实测数据还是计算数据，资料尚未注明。

2.1、A厂：室外的新风参数（H）：tH＝32℃（干球）d H＝18g/kg（含湿量）
φH＝60％（相对湿度）hH＝78.47kJ/kg（焓值）
新风降温至（1）：t1＝27.9℃（干球） d H＝14.25g/kg（含湿量）
φ1＝61％（相对湿度）hH＝64.64kJ/kg（焓值）
室内排风参数（B）：tB＝26℃（干球） d B＝10.50g/kg（含湿量）
φB＝50％（相对湿度）hB＝53kJ/kg（焓值）
排风升温至（2）：t2＝30.1℃（干球）d2＝14.25g/kg（含湿量）
φ2＝53.5％（相对湿度）h2＝66.75kJ/kg（焓值）
全热交换器在运行中高温新风的热量除大部分通过纸芯传给低温排风外，尚有少量热量通过交换器壳体传给大气，因此用热平衡来做焓湿图存在一定的困难。

用湿平衡来做图比较方便准确，即新风的水蒸汽传给排风，并无其它损失，收支平衡。

其中焓效率的表达式为：
焓效率＝（新风进口的焓值－新风出口的焓值）/（新风进口焓值－排风空气进口焓值）
2.1.1、根据A厂的参数，绘制焓湿图和空气逆向流动温度变化曲线并加以热力学分析：
作A厂焓湿图和空气逆向流动温度变化曲线图：
2.1.2、根据A厂参数分析：
A 厂：新风由32℃（干球）降温至27.9℃，温降为△t＝4.1℃；
排风由26℃（干球）升温至30.1℃，温升为△t＝4.1℃；
H点与2点的相对温差为△t＝1.9℃；
B点与1点的相对温差为△t＝1.9℃；
焓效率为：（78.47－64.64）/（78.47－53）＝0.54（54％）
2.2.、B厂：室外的新风参数（H）：tH＝38℃（干球）d H＝25.42g/kg（含湿量）
φH＝60％（相对湿度）hH＝103.72kJ/kg（焓值）
新风降温至（1）：t1＝27.5℃（干球） d H＝17g/kg（含湿量）
φ1＝73％（相对湿度）hH＝72kJ/kg（焓值）
室内排风参数（B）：tB＝23℃（干球） d B＝8.75g/kg（含湿量）
φB＝50％（相对湿度）hB＝45.47kJ/kg（焓值）
排风升温至（2）：t2＝33.5℃（干球）d2＝17g/kg（含湿量）
φ2＝52％（相对湿度）h2＝77.3kJ/kg（焓值）
2.2.1、根据B厂的参数，绘制焓湿图和空气逆向流动温度变化曲线并加以热力学分析：
作B厂焓湿图和空气逆向流动温度变化曲线图：
2.2.2、根据B厂参数分析：
B 厂：新风由38℃（干球）降温至27.5℃，温降为△t＝10.5℃；
排风由23℃（干球）升温至33.5℃，温升为△t＝10.5℃；
H点与2点的相对温差为△t＝4.5℃；
B点与1点的相对温差为△t＝4.5℃；
焓效率为：（103.72－72）/（103.72－45.47）＝0.545（54.5％）
从A、B 两厂提供的数据和根据数据所进行的分析来看，新风和排风在热湿交换器交换过程中的相对温差差别较大，A厂为1.9℃，B厂为4.5℃。

新风与排风自身的温升与温降差别也比较大，A厂为4.1℃，B厂为10.5℃。

但仔细分析研究认为，新风和排风的相对温差的大小，新风和排风自身温升和温降的大小，完全取决与在交换过程中接触换热器表面积的大小、冷、热空气流过断面的时间（即与流速有关）。

换热器表面积大，空气流速低，其效率越高。

这些数据应由厂家试验获得。

经查阅多个厂家样本，并请教了有关厂家的专家，对以上的数据比较一致的看法是：
当室外干球温度参数在35℃以下，室内干球温度参数在24－26℃时，新风和排风逆向流动的相对温差越大，其冷热风的换热效果越好，一般相对温差仅为2－5℃比较合适，此时新风和排风的自身温降和温升取3－6℃比较合适。

若室外温度高于35℃，新风和排风的相对温差，和新风和排风的自身温升和温降取值会相应高一点。

3、全热交换器在工程上的应用：
1）、随着国家对节能环保这个主题的不断推进，空调系统的设计节能化要求也日益严格，在新风系统中采用全热交换器，为新风系统的节能起到了一定的作用，应该大力推广。

2）、设计参数的选取：在宁波地区，空调设计室外干球温度参数为：34.5℃。

经过全热交换器，新风和排风逆向流动的相对温差取2－5℃，新风温降和排风温升取3－6℃比较合适。

上述数据本应厂方对设备进行测试后确定，但目前各厂家仅给出定性而无定量数据，给设计选用造成困难，建议厂方尽早提供该设备的成套测试数据，以便大力推广选用。

3）、若根据设计参数，舒适空调的室内空调温度一般恒定在24－26℃，则新风的送风温度与室温之差将有2－5℃，这部分的冷量负荷的增加由空调末端设备来承担，其冷量负荷应为相应的新风量与每单位新风量焓差的乘积（一般焓差取值为4.2－8.4kJ/kg）。

这样才能保证室内空调温度的恒定。

4）、新风冷量的补偿也可以用以下方法：即先求出新风量，再求新风量所需要的冷量。

考虑全热交换器的效率为50%-60%，即尚有45%左右的冷量要求加到该新风系统所服务的空调末端设备上。

参考文献
[1]电子工业部第十设计研究院主编《空气调节设计手册》（第二版）北京：中国建筑工业出版社。