全熱換熱器的應用分析與研究進展情況

發(fā)布時間：2011-2-14 瀏覽：5089

   摘要：分析了全熱換熱器的種類、特點及應用現(xiàn)狀。探討了板翅式換熱器的研究進展,介紹了OxyCell換熱器的工作過程及特點。

  關鍵詞：全熱換熱器;OxyCell換熱器;能量回收裝置

  中圖分類號：TU995文獻標識碼：B文章編號：1000-4416(2006)12-0055-03

  空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能已是當務之急,降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗對于減少建筑能耗、緩解當前電力緊張、優(yōu)化能源結構及保護環(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。本文對全熱換熱器的應用現(xiàn)狀及研究進展進行分析。

  1全熱換熱器的種類和特點

  ①轉(zhuǎn)輪式換熱器

  轉(zhuǎn)輪式換熱器技術較成熟,具有高效、自凈、適用面廣的優(yōu)點。但其體積較大,位置固定,阻力較大,有交叉污染[2]。由于轉(zhuǎn)輪式換熱器自身運動部件需要消耗一定能量及結構固有的缺陷,空氣泄漏和芯體污染問題仍無法解決,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運動部件,不存在空氣泄漏和芯體污染問題,已成為西方工業(yè)發(fā)達國家的研究重點。板翅式換熱器結構見圖1。隔板為親水性材料,具有良好的傳熱和透濕性,且不透氣。當隔板兩側(cè)氣流之間存在溫差和水蒸氣分壓差時,兩側(cè)氣流之間進行傳熱和傳質(zhì)。板翅式換熱器具有傳熱效率高、結構緊湊、輕巧牢固、適應性強、經(jīng)濟性好的優(yōu)點。但其阻力較大,密封墊片的結構需進一步完善[3]。

  2全熱換熱器的應用現(xiàn)狀

  增大新風量是改善室內(nèi)空氣品質(zhì)最直接有效的方法之一。新風量的增大雖然可顯著改善室內(nèi)空氣品質(zhì),但也導致新風負荷增加,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,它可利用排風中的冷(熱)量預冷(熱)新風,在新風進入室內(nèi)或表冷器前,降低(提高)新風比焓。全熱換熱器的使用可有效降低空調(diào)系統(tǒng)的負荷,提高空調(diào)系統(tǒng)的運行效率,減小空調(diào)設備裝機容量,節(jié)省空調(diào)系統(tǒng)的運行費用。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)能領域中具有不可替代的重要作用。

  我國相繼在有關規(guī)范中對在空調(diào)系統(tǒng)中使用能量回收裝置進行了規(guī)定。但對幾座大城市的集中式空調(diào)系統(tǒng)進行調(diào)查發(fā)現(xiàn),絕大多數(shù)沒有安裝全熱換熱器等能量回收裝置,導致排風中冷(熱)量的浪費。一些安裝了能量回收裝置的空調(diào)系統(tǒng)由于運行和管理不當,未能達到節(jié)能效果,新風處理能耗仍相當大[4]。

  在西方發(fā)達國家,全熱換熱器已被廣泛應用于各種類型的空調(diào)系統(tǒng)中。全熱換熱器被美國能源部2001年4月出版的《商業(yè)建筑能耗手冊》列為美國當今和未來最有經(jīng)濟優(yōu)勢的15項暖通空調(diào)節(jié)能技術之一,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,全熱換熱器一直未能得到推廣和普及,其原因主要為:①國產(chǎn)全熱換熱器的熱濕交換材料性能不佳,但價格不菲。②迎面風速對傳統(tǒng)芯材的影響很大,通常需將迎面風速控制得很低時,才能使全熱換熱器的熱回收率達到相關規(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,設計者無法評價使用全熱換熱器的經(jīng)濟性和節(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)更復雜,不但要求設計者全面了解全熱換熱器的結構、性能、尺寸,而且要處理好新風、回風、排風和送風的關系。由于大多設計者對全熱換熱器沒有全面認識和深入了解,不少設計者不選用全熱換熱器。

  因此,應開發(fā)性能優(yōu)良的熱濕交換材料,研制適應我國氣候特點的高效全熱換熱器。進一步加強全熱換熱器在空調(diào)系統(tǒng)中的應用研究,優(yōu)化使用全熱換熱器空調(diào)系統(tǒng)的設計方法,并加強全面評價全熱換熱器在空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能作用。

  3板翅式換熱器的研究進展

  ①板翅式換熱器性能優(yōu)化的理論實驗研究。

  L.Z. Zhang等人[6]對板翅式換熱器芯材的傳熱、傳濕機理進行了系統(tǒng)研究,并對其傳熱、傳濕基本方程、數(shù)學模型邊界條件等進行了深入研究和模擬分析。Y.P.Zhang等人[7]通過嚴格的理論推導,建立了板翅式換熱器的數(shù)學模型。文獻[8]詳細介紹了一種新型板翅式換熱器的研制過程,實驗測試數(shù)據(jù)顯示,新型板翅式換熱器的顯熱傳熱效率可達72. 7%,全熱傳熱效率可達55. 7%。

  文獻[3]對板翅式換熱器在不同運行工況下的性能進行了實驗研究,板翅式換熱器的傳熱效率隨著風量的增大而下降,顯熱傳熱效率與風量的變化成線性關系。當新、排風濕度差較大時,潛熱傳熱效率隨濕度差增大而增大的趨勢比較明顯。顯熱傳熱效率隨著新、排風溫度差的增大有所增加,但增加的趨勢不明顯。

  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[9、10]介紹了板翅式換熱器的結構、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,并對其經(jīng)濟性進行了分析。J. L. Niu等人[11]通過研究發(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。他們開發(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%的新風處理能耗,而使用顯熱換熱器只能節(jié)省10%的新風處理能耗。

  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、置換通風等多項功能于一體的高效能源回收裝置。某型號OxyCell換熱器夏、冬季工作過程見圖2、3。圖2中OxyCell換熱器入口室外空氣溫度為3℃,風量為600 m3/h。經(jīng)換熱器自然冷卻、間接蒸發(fā)冷卻溫度降為18℃,其中風量為400 m3/h的新風進入室內(nèi),另有200 m3/h的新風沿換熱器的蒸發(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℃,風量為200 m3/h,經(jīng)換熱器與溫度為22℃、風量為200 m3/h的室內(nèi)排風進行熱濕交換后,溫度升為18℃,排風溫度降為9℃。利用OxyCell換熱器有效地回收了排風中的顯熱和潛熱,降低了新風處理能耗。

  過高的濕度對間接蒸發(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到最佳性能。OxyCell換熱器適用于小型制冷機。新風中水蒸氣在換熱器中的冷凝過程可去除灰塵、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冷卻中循環(huán)利用。干燥空氣也具有潛在的制冷能力。

  5結語

  全熱換熱器作為一種重要的節(jié)能產(chǎn)品,在我國及國際上具有極大的市場潛力。目前,傳統(tǒng)的國產(chǎn)全熱換熱器換熱效率低、價格高、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)單位應從優(yōu)化結構、芯材性能入手,研發(fā)出適合我國氣候特點的全熱換熱器,進一步推動空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能。OxyCell換熱器在節(jié)能與環(huán)保的同時還可以提供健康舒適的環(huán)境,具有可觀的經(jīng)濟效益和良好的社會效益