转轮式全热交换器一种高效的热回收装置

转轮式全热交换器

——一种高效的热回收装置

Ro tary To tal2H eat Exchanger

——A n Efficien t H eat R ecovery U n it

秦伶俐　李洪芳

(上海水产大学　200090)

〔摘要〕　本文通过计算,对采用转轮式全热交换器与未采用的空调系统的耗

能量、一次性投资及运行费用等方面进行了比较。从计算结果可知,空调系统中采

用转轮式全热交换器不仅可以节省能耗和一次性投资,并且可以节省运行费用;是

一种非常经济高效的空调节能装置,值得大力推广使用。

〔关键词〕　转轮式全热交换器　温度效率　焓效率　新风负荷

自从本世纪七十年代世界性能源危机以来,节能成为国内外暖通界关注的焦点问题之一。采用热回收装置就是目前较成熟的一种节能措施。热回收装置的种类很多,有转轮式热交换器、板式热交换器、热管式热交换器、盘管闭路式热交换器、间接蒸发式热交换器等。它们又可分为显热型和全热型;回转型和静止型等各种不同形式。而全热交换器是当今世界公认的暧通空调领域的最佳能量回收装置。在欧美发达国家,从1970年至今,在暖通空调系统中安装该装置的总装机容量已达3000万千瓦,每年可节省一次能源(燃烧油)约400万吨,价值5亿美元以上。

图1　热回收设备的种类

1　转轮式全热交换器的工作原理

全热交换器主要是由转芯、传动装置、自控调速装置及机体构成。转芯是转轮式全热交换器的主体,它可以采用各种不同材料和工艺制成。目前成熟的做法是采用铝箔或合金钢作为基本原料,添加N a2SO4、N aC l和L i C l等吸热剂和吸湿剂以及增加强度的胶料加工而成;也有采用硅酸盐类物质烧结而成的复合材料制作的。转轮式全热交换器是利用转轮转芯的蓄热和吸收水分的作用来回收排风中的冷量(或热量),并将其回收的冷量(或热量)直接传给新风,在夏季和冬季分别使新风获得降温去湿和升温加湿处理,从而降低空调系统中处理新风用能。其工作原理和处理过程的焓湿图如图2、图3。

图2　工作原理图 图3　空气状态变化的I—D图

该设备可以同时回收显热和潜热。其显热和全热回收效率分别为:

　显热交换效率(温度效率)=(新风送风温差新风回风温差)×100%;

　全热交换效率(焓效率)=(新风送风焓差新风回风焓差)×100%;

对于成熟产品(如进口产品),其热回收效率全年可达到70～90%。使用转轮式全热交换器后的空调系统较之未使用的系统,既可减少系统投资,又可节省运行费用,其经济性非常可观。

2　全热交换器回收能量及经济性计算

下面通过一个实例来对采用转轮式全热交换器的空调系统进行经济分析。系统图见图4。

按上海市气象条件查得:

室外计算温度:干球温度34℃,相对湿度70%,

焓95kJ kg,密度1113kg m3;

室内设计温度:干球温度27℃,相对湿度50%,

焓55kJ kg,密度1117kg m3;

该系统的总送风量为80000m3h,新风量为16000m3h;

对于一套处理风量为16000m3h的全热交换器,如果选择面风速为3m s,则其换热效率为75%左右,系统阻力约为160Pa,换热器马达消耗功率约为1k W。

G焓(焓效率)=〔(h新风-h送风)(h新风-h回风)〕×100%

h新风-h回风=95-55=40kJ kg

h新风-h送风=G焓(h新风-h回风)=0175×40=30kJ kg

h送风=h新风-30=95-30=65kJ kg

图4　空调系统示意图

未安装转轮式全热交换器前所需新风负荷为:

Q新=16000×1113×(95-55)3600=20019k W

安装转轮式全热交换器后的新风负荷为:

Q新′=16000×1113×(65-55)3600=5012k W

节约新风负荷为:20019-5012=15017k W

热回收系统消耗送(排)风风机的功率为:P1=160×160003600=711W=01711k W 热回收转轮的马达功耗为1k W,热回收系统耗电量为:P=2×0171+1=2142k W。

增加一次性投资:

　1)转轮式全热交换机组:170000元

　2)风管、阀门、风口等:8000元

　3)电气及控制:2000元

　4)安装费:10000元 共计增加:190000元

减少投资:

　1)节约空调负荷15017k W,相同负荷空调系统的造价约为200000元

　2)运行费用减少:

节省新风负荷:15017k W

节省电力(工作系数CO P取常用值213):6515k W

全热交换器耗电:2142k W

共计省电:6311k W

电价:0167元

每小时节省费用:4213元

每年夏季按8小时日,120天运行计算,节省运行费用:4213×8×120=40608元

若为全年性空调,则依以上方法可计算出每年冬季(按8小时日,90天运行)节省运行费用为29195元,全年共节省运行费用69803元。

3　结语

采用转轮式全热交换器既节约一次性投资,又节省能耗和运行费用。因此,在有集中送排风的建筑里,非常适合安装全热回收装置。尤其是对采用新风比例较高的系统或直流式系统,安装全热回收装置的经济性更加显著。

但令人遗憾的是,笔者通过对上海市部分大中型空调建筑进行考察,发现采用转轮式热回收装置者甚少。采用者也绝大多数是外商投资或中外合资建筑。通过调研及分析,笔者认为未能推广应用的主要原因有以下两点:

(1)大部分业主未树立应有的节能意识,认为节能装置可有可无;

(2)国内成熟产品很少,基本靠进口,各种手续、程序繁琐。

目前国内缺乏转轮式全热交换器成熟产品的主要原因在于相关科研机构及生产厂家无法很好解决转芯材料的制作工艺问题,致使转芯的热回收效率偏低,而空气流通阻力却偏大,缺乏推广价值。笔者曾对国内某家致力于转芯材料研究近十年的研究所研制的转轮式全热交换器样机与国外进口样机进行了性能对比试验,发现在相同工况下其热回收效率较之进口产品低30%左右,而空气流通阻力较之后者高约50%,且成本偏高。

地球上的能源是有限的,我们每一个人都应树立应有的节能意识,节约能源,保护环境。同时,我们也呼吁国内暖通空调界有识之士能尽快将自己成熟的热回收产品推向市场,为节约宝贵的能源作出一份贡献。

参考文献

1.丘陵.高层建筑空调设计若干问题的探讨

2.上海惠林空调设备有限公司.全热交换器样本

3.西德海德德堡动力设备公司.转轮式全热交换器样本

4.M un ters转轮式全热交换器样本

5.陈沛霖主编.空调与制冷技术手册,同济大学出版社