空调系统中排风热回收

空调系统中的排风热回收摘要：本文详细介绍了目前常用换热器的形式、特点、及对它们之间的优缺点进行了多角度的对比，并针对具体应用中的一些实际问题提出了建议，这对合理设计和应用热回收系统有着重要的参考价值。

关键词：热回收；热交换器；节能；合理化设计；0引言建筑能耗是国家总能耗的重要组成部分,在欧美一些国家,建筑能耗约占全国总能耗的30%左右，我国建筑物能耗约占全国总能耗的18%～25%,并且这一比例还将随着人们生活水平不断提高而增加。

建筑耗能中,建筑物采暖、通风和空调的能耗约占建筑总能耗的20%～40%,而空调系统中新风负荷又占总负荷的20%～30%,所以新风耗能占建筑总能耗的4%～12%。

由此可见，有效降低空调系统的能耗对降低建筑物耗能、节约能源有重要意义。

又空调系统能耗特点之一是系统同时存在需冷(热、湿)和排冷（热、湿）的处理过程，夏季室外空气需经过冷却干操处理，而排风正是低温较干燥的空气；冬季室外空气需加热加湿处理，而排风是温湿度较高的空气。

从有效利用能源的角度来考虑，应当将建筑物内(包括空调系统中)需排掉的余热(冷)移向需要热(冷)的地方去即热能回收。

1热回收系统概述空调系统的节能方式很多，冷量和热量回收就是众多方法中的一种。

空调系统中可供回收的余热、余冷主要分布在排风，冷凝热和室内冷凝水中。

所谓热（冷）回收系统就是回收建筑物内外的余热（冷）或废热（冷）并把回收的热（冷）量作为供热（冷）或其他加热设备的热源而加以利用的系统。

《公共建筑节能设计标准》中明文规定;“建筑物内设有集中排风系统且符合下列条件之一时,宜设置排风热回收装置;排风热回收装置(全热和显热)的额定热回收效率不应低于60%:1)送风量大于或等于3000m3/h的直流式空气调节系统,且新风与排风的温度差大于或等于8℃;2)设计新风量大于或等于4000m3/h 的空气调节系统,且新风与排风的温度差大于或等于8℃;3)设有独立新风和排风的系统。

”《民用空调建筑节约用电的若干规定》中也规定:“凡是空调面积在300m2以上的建筑物,空调系统应选用匹配的热回收设备,利用空调排风中的热量或冷量,总的热回收效率应达到40%～50%。

排风热回收系统意义：(1)对新风进行预处理，减小空调运行负荷，节约运行费用。

(2)减小空调系统的最大负荷，减小空调系统的型号，节省初投资。

(3)在节约能源的同时可以加大室内的新风比，提高室内空气品质。

(4)夏季排风温度的降低，减小向外的排热量，降低热污染，缓解热岛效应。

2 热回收分类及装置根据热量的回收方式分为全热回收和显热回收，即有全热换热器和显热换热器两种。

全热换热器：用具有吸湿作用的材料制作的，它既能传热又能传湿，可同时回收显热和潜热。

显热换热器用没有吸湿作用的材料制作，只有传热，没有传湿能力，只能回收显热。

2.1 全热回收常用的全热回收装置：转轮式全热回热器、板翅式全热回热器；(l)转轮式换热器。

全热回收装置中转轮式换热器是通过排风与新风交替逆向流过转轮而交换热量。

转轮中间有清洗扇本身对转轮有自净作用,对转速可作（参见图1 )控制,能适应不同的室外空气参数,而且能使效率达到70%～80%以上。

排风由转轮一侧的入口吸入,将所含的部分冷(热)量传递给转轮;而新风从转轮的另一侧吸入转轮以15～20r/min的速度旋转,将积蓄在转轮上的冷(热)量传递给新风。

转轮的本体是由铝箔制成,并在表面均匀喷涂有二氧化硅吸湿剂。

因此,转轮可以实现对潜热的回收,大大提高了系统的热回收效率。

但是转轮式换热器是两种介质交替转换,不能完全避免交叉污染,因此流过气体必须是无害物质,另外设备装置较大,占有较多面积和空间,接管固定,带传动设备,消耗一定的动能。

（2）板翅式全热回收器。

与一般的板翅式换热器不同，用于排风余能回收的热交换器，隔板和板翅采用了一种特殊的纸张。

这种纸很薄，具有良好的传热性和透湿性，但不透气，当进排气的两侧存在温差和水蒸气压力差时就会产生热湿交换，从而实现全热回收。

其内部结构如图2所示。

2.2显热回收常用的显热回收装置：热管式热回热器、板翅式显热换热器、中间冷媒式回热器 (1) 热管式热回收器。

结构如图3所示。

热管是由内部充注一定量冷媒的密闭真空金属管构成，当热管的一端(冷凝端)受热后，管中的液体吸收外界热量迅速气化，在微小压差下流向热管的另一端，向外界放出热量后冷凝成为液体，液体借助于贴壁金属网的毛细抽吸力返回到加热段，并再次受热气化，如此不断循环，热量就从管的一端传向另一端。

由于是相变传热，且热管内部热阻很小，所以在较小的温差下也能获得较大的传热量。

（2）中间冷媒式换热器（又称盘管环路式）。

在新风和排风侧,分别使用一个气液换热器,排风侧的空气流过时, 对系统中的冷媒进行冷却。

而在新风侧被冷却的冷媒再将冷量转移到进入的新风上,冷媒在泵的作用下不断地在系统中循环(如图4)。

当冬季室外温度在0℃以上，或只用于夏季回收排风冷量时，中间媒体可以用水；当冬季室外温度在0℃以下时，中间媒体应使用乙二醇水溶液，溶液的浓度视室外温度而定。

中间热媒换热器中新风与排风不会产生交叉污染,供热侧与得热侧之间通过管道连接,管道可以延长,布置灵活方便,但是须配备循环水泵,存在动力消耗,通过中间热媒输送,温差损失大,换热效率较低,在30%～40%左右。

（3）板翅式显热换热器。

与板翅式全热换热器基本结构是相同的，只要换热元件的材料采用的是铝板或钢板,用焊接将波纹板与隔板连接在一起,而无湿交换，这样就是板翅式显热换热器了。

2.3 回热装置的优缺点及各种换热器多角度比较2．3.1回热器各自优缺点转轮式全热回收器：优点：(1)、排风与新风交替逆向流过转轮，具有自净作用；(2)、通过转速控制，能适应不同的室内外空气参数；(3)、回收效率高，可达到70%～90%；(4)、能应用于较高温度（≯80℃）的排风系统；缺点：(1)、装置较大，占用建筑面积和空间多；(2)、接管位置固定，配管灵活性差，系统布置困难；(3)、有传动设备，自身需要消耗动力；(4)、压力损失较大；(5)、有少量渗漏，无法完全避免交叉污染；板翅式热回收器：优点：(1)、没有转动设备，不消耗电力；(2)、不需要中间热媒，没有温差损失；(3)、设备费用较低；(4)、新排风无交叉污染；缺点：(1)、设备体积较大，需占用较多建筑空间；(2)、接管位置固定，设计布置时缺乏灵活性；(3)、无自净能力；(4)、有结露、结霜、堵塞风管的可能；热管式热回收器：优点：(1)、没有转动部件，不额外消耗能量，运行安全可靠，使用寿命长；(2)、每根热管自成换热体系，便于更换；(3)、热管的传热是可逆的，冷、热流体可以变换；(4)、冷、热气流之间的温差较小时，也能得到一定的回收效率；(5)、本身的温降很小，接近于等温进行，换热效率较高；缺点：(1)、只能回收显热，不能回收潜热；(2)、接管位置固定，缺乏配管的灵活性；中间冷媒式换热器:优点：(1)、供热侧与得热侧之间通过管道连接，因此对距离没有限制，布置方便灵活；(2)、水泵、盘管均可选用常规产品；(3)、新排风无交叉污染缺点：(1)、需配置循环水泵，有动力消耗；(2)、由于应用中间热媒，存在温差损失，换热效率较低，一般为40%～50%；(3)、只能回收显热，不能回收潜热；2.3 各种换热器多角度比较下面对上述换热器从换热效率、设备费用、维护保养、辅助设备、占用空间、交叉污染、自身能耗、接管灵活性和抗冻能力等角度对其进行了比较（见下表1）。

表1 各种能量回收器的比较各种能量回收器效率设备费用维护保养辅助设备占用空间交叉污染自身能耗接管灵活性抗冻能力转轮换热器高高中无大有少差差板翅式全热换热器高中中无大有无差中板翅式显热换热器低低中无大无无差中热管换热器中中易无小无无中好中间冷媒式换热器低低难有中无多好中由上表可以对不同场合换热装置的选用起到必要指导意义。

譬如，相对于热管、中间冷媒式等显热换热器，全热换热器设备费用较高，占用空间较大但全热换热器的余能回收效率比显热换热器高很多，投资的增加很容易从运行费用中得到回报，因此一般均推荐采用全热回收。

但对于医院等空气质量要求较高的场合，由于采用全热回收存在着交叉污染，所以不采用全热回收系统。

3空调排风热回收装置的选型原则根据上述的各种换热器的不同的特点和优缺点，以及在换热效率、设备费用、维护保养、辅助设备、占用空间、交叉污染、自身能耗、接管灵活性和抗冻能力等多角度的比较下，北京市建筑设计研究院的吴宇红总工程师对选型原则进行了总结（见下表2）。

表2 空调排风热回收装置的选型原则类型适用风量范围/(m3/h)适用场合说明转轮式换热器≥30000 大型及特大型公共建筑如商厦、候机航站楼、体育馆、电影院等大风量条件下结构尺寸相对较小板翅式换热器≤1000 住宅，小型办公楼，分层或分区域设置热回收装置的办公楼风量较大时设备阻力增加较多热管式换热器2000～30000 各类集中设置热回收装置的中小规模公共建筑，尤其适用于医院，游泳池等阻力相对较小，显热回收，无污染中间冷媒换热器≥30000 大型及特大型公共建筑如商厦、候机航站楼、体育馆等，大型医疗实验建筑适用于统一回收距离较远的进排风系统冷热量，无交叉污染4热回收系统的合理设计热回收系统必要条件是新风与排风集合到一处,这就要求设计时对系统划分,风道布置,送回风机,热回收装置的设备等统筹考虑,使系统趋于合理。

一般从以下五个方面着手:（1）热回收装置的合理选择：应考虑工程实际状况以及排风中有害气体的情况,确定选用合适的热回收装置，并且在热回收系统设计时充分考虑安装尺寸,运行的安全可靠性以及设备配置的合理性。

(2)系统规模要适中：热回收装置一般布置在建筑物顶层或设备层内。

设备本身尺寸比较大,仅就处理15000m3/h风量的热回收装置及风道占用建筑尺寸就在5.1×6.8m左右,很显然配置热回收装置有很大困难,所以选择新风量标准应按建筑规模等级,遵循国家标准选取最小新风量。

对于大负荷的热回收系统,当风量超过15000m3/h时,应组成若干个小系统,有利于设备、风道布置。

(3)系统运行的可靠性：全热回收装置换热是靠新风与排风的温差和蒸汽分压力差来达到热湿交换,为使设备在高效率工况下运行,进入装置新风和排风应设空气过滤器。

装置运行环境温度应在-5℃以上,否则结霜,不能正常工作。

对于北方寒冷地带冬季不能直接选用热回收装置,应对冷空气进行预热-5℃以上,设置温度自控装置。

新风与排风管道在与装置相连接处设旁通风道,以保证装置非正常运行状态时空调系统能正常使用。

以达到系统安全可靠。

（4）保证热回系统的清洁度：转轮式换热器缺点就是存在交叉污染,为发挥扇形器自净作用,应当使系统新风压入,排风吸出,保证新风压力大于排风压力,压差控制在200Pa左右,这样可以提高空气品质,达到系统最大限度的清洁性。