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1、热回收装置在空调节能设计中的应用对比山东同圆设计集团有限公司 李晨 李刚摘要：阐述了热回收系统的重要意义，分析了各种类型热回收装置的特点；通过对热管换热器和转轮式 全热交换器在冬夏季节能效果的比较，建议应根据具体情况进行选用，并指出了热回收系统设计的合理 性。关键词：热回收 节能 经济性 对比0. 引言通风空调系统排风热量（冷量）回收，再用于空调系统，对空调系统节能具有重要的意义，并能取得 显著的经济效益和环境效益。目前各种能量回收设备在空调系统中越来越广泛地被应用，国家也颁布了 有关法规要求在某些建筑中必须采用热回收装置。如公共建筑节能设计标准（GB50189-2005）中明 确规定：设有集
2、中排风的建筑，在新风与排风的温差厶三8时，当新风量Lo24000m3/h的空调系统， 或送风量Ls23000m3/h的直流式空调系统，以及设有独立新风和排风的系统，宜设置排风热回收装置。 并规定排风热回收装置的额定热回收效率不应低于60 %。1. 各种热回收装置概况所谓热回收系统, 即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）或其它加热（制冷）设备的热（冷）源而加以利用的系统。热回收方式比较多, 但归纳起来共两 大类, 即全热回收装置和显热回收装置。全热回收装置既回收显热,又能回收潜热, 此类装置有转轮式 换热器、板翅式换热器和热泵式换热器。显热回收装置有热管
3、式、中间热媒式和板式显热换热器。1.1 全热回收装置1.1.1 转轮式换热器新凤送风排风回凤室內:室外排风送风 隔板波纹板Q新凤回凤图2 板翅式换热器工作原理转轮式换热器由转轮、壳体、传动机构、密封件等组成，通过排风与新风交替逆向流过转轮来传递 热量的，原理见图1。转轮的蓄热体为圆盘形并呈蜂窝状，一般由特殊复合纤维或铝合金箔制成，并在 表面均匀喷涂二氧化硅或分子筛等吸湿剂，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。排风由转轮一侧的入口吸入，将所含的部分热量（或冷量）传递给转轮；而新风从另一侧吸入， 转轮以1520 r/min的速度旋转，将积蓄在转轮上的热量（或冷量）传递给新风
4、。转轮中间有清洗扇， 本身对转轮有自净作用，对转速控制，能适应不同的室外空气参数，适用温度范围_20 C40C,而且 能使效率达到70%80%以上1。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 此流过的气体必须是无害物质，另外设备装置较大，接管固定，带传动设备，消耗一定的动能。图1 转轮式换热器工作原理1.1.2 板翅式全热换热器它与一般的板翅式换热器不同, 隔板和板翅采用了一种特殊加工的纸或膜。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, 但是热效率低于转轮式热交换器。其内部结构如图2
5、 所示。1.1.3 热泵式换热器该种换热器能回收大量潜能, 热效率高。但是需配备压缩机、冷凝器、蒸发器等一系列配套设备, 其 本身能耗、设备投资造价比较高。1.2 显热回收装置1.2.1 热管式换热器 热管是利用某种工作流体在管内产生相态变化和吸液芯多孔材料的毛细作用而进行热量传递的一种传热元件。热管换热器通常采用不锈钢或铜作为热管壳，借助工质（如氨、氟里昂- 11 、氟里昂-113、 丙酮、甲醇等）的相变进行热传递，适用温度范围为-40 C430 C。热管一端为蒸发段，另一端为 冷凝段，热管一端受热时，液体迅速蒸发，蒸汽在微小压力差作用下流向另一端，并且快速释放热量 而后重新凝结成液体，液体
6、再沿多孔材料靠毛细作用和重力流回蒸发端，如此循环，热量可以源源不断地进行传递，原理见图3。热管具有导热率高、均温性能好、热流密度可调、具有恒温特性及安全可靠 等优点。图3 热管元件的结构示意图4 热管式换热器工作原理利用热管进行空调热回收时, 在排风和新风管路上装置热管换热器, 通过工质的相变将热量从排 风传递给新风，见图4。这种热回收装置无需动力消耗, 由于中间隔板完全将新、排风分隔开，两者之 间不会混合流动，可应用于排风有污染的场所。热管换热器可全年使用，配有季节转换装置，当冬夏交 替时，可旋转57，使热气吹向热管换热器的低端。1.2.2 中间热媒式换热器在新风和排风侧, 分别使用一个气液
7、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。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。1.2.3 板式显热换热器结构简单, 运行安全可靠, 无传动设备, 不消耗动力, 无温差损失, 设备费用较低。但设备体积大, 须占用较大建筑空间, 接管位置固定, 缺乏灵活性, 传热效率较低。1.3 热回收装置的比较对以上热回收系统
8、综合比较如表1所示2。能量回收系统效率设备 费用维护 保养辅助 设备占用 空间父叉 污染自身 能耗接管 灵活性抗冻 能力转轮式换热器高高中无大有少差差板翅式显热换热器低低中无大无无差中板翅式全热换热器高中中无大无无差中热管式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通过以上对全热、显热回收装置的分析，不论优缺点如何, 从节能的角度都是可以采用的，但选择 热回收装置时，应结合当地气候条件、经济状况、工程的实际状况、排风中有害气体的情况等多种因素， 综合考虑，进行技术、经济分析比较，以确定选用合适的热回收装置，从而达到花较少的投资，回收较 多热（冷）量的目的。目前，由于技术成熟，工
9、程上常用的换热器有转轮式、热管式和板翅式，现选取换热效率较高的转 轮式和热管式换热器进行工程实例对比分析。1. 工程实例2.1 工程概况 笔者参与的东营某四星级酒店曾设计了客房排气的热回收系统。酒店6层为洗浴按摩区，7层为休闲 娱乐区，825层为客房区，客房区的排气通过排风竖井汇集至楼顶机房层，通过热回收机组与送至625 层的新风进行热交换，回收余热以节能。机房层热回收系统示意图见图6。酒店共计504套客房，按宾馆双人间计，每套客房新风量为100m3/h,每个卫生间的排风量取90m3/h, 得出总的排风量为4.5X104m3/h,客房、辅助房间及走廊所需新风量，及6、7层所需的新风量，合计6.
10、0 X 104 m3/h。机房层共设置两台热回收机组，每台热回收机组的新风量均为3.0X104 m3/h，排风量均为 2 . 25 X 104 m3/h。以其中任一台机组分别采用转轮式和热管式热回收机组为例进行热回收的对比计算。图6 机房层热回收系统示意图1004-2.2 夏季工况比较夏季室内、外空气参数为：风量Gm/h3计算温度C相对湿度0%焓值i kJ/kg(a)绝对湿度X kJ/kg(a)干球温度Tw湿球温度Ts室外新风OA3000034.726.653.783.20.03587室内回风RA225002620.36058.40.02130转轮式全热交换器计算公式：_ T - TX - X
11、 _ i - i耳 os os osT -TX -X i -ioRoRoR热回收量：Q = V r ( i - i ) so 热管换热器计算公式：T -ToR热回收量：Q = V r c ( T - T)下角标符号：o 新风入口状态 s 新风出口状态 R 排风入口参数so 式中符号说明：Q 热量 kJ/ hn 一效率T 干球温度CX 一绝对湿度 kg/ kg (a) a： 干空气 i 焓值 kJ / kg (a)V 新风量 m3/ h r 进出口平均比重 kg/ m3c 进出口平均比热，取1.01 kJ / (kg.C)转轮式热回收器的选择：根据新风量3000 m3/ h,推荐迎面风速23m/
12、s，转速10r/min,排风量与 新风量比R=0.75，选择ET型12号转轮热回收器：转轮直径为D=2900mm，通过转轮的迎面风速为2.7m/s, 热交换效率为67%,压力降为87Pa。由 n =67%，可得i =66.58 kJ / kg (a)，贝则Q=563418kJ/h=156.51kW。s热管式热回收器的选择：根据新风和排风量，选择HKL-75热管热回收器，选定1.8mm片距、11mm片 高和8排的结构形式，查得相应的热回收效率为70%，考虑积灰等因素的影响，乘以修正系数0.90，当用于夏季热回收时，还须乘以0.95的修正系数。故夏季热管热回收器效率为n =70%X 0.90X0.
13、95=60%，可得T =29.48C，则Q=119152 kJ/h=33.1kW。 s由以上数据可以看出夏季热管式热回收器回收的热量仅为转轮式热回收器的： 33.1kW /156.51kW=21%2.3 冬季工况比较冬季室内、外空气参数为风量G (m/h3)计算温度相对湿度%焓值h kJ/kg(a)干球温度Tw C湿球温度Ts C室外新风OA30000-12-1360-10.1室内回风RA225002013.75038.6同夏季计算，冬季转轮式热交换器n =67%,可得i =22.53kJ / kg (a),s则Q=1228520 kj/h =341.26 kW冬季热管式热回收机组n =70%
14、X0.90=63%,可得T= 8. 16C，贝lQ=759024kJ/h=210.84kW。s由以上数据可以看出冬季热管式热回收机组回收的热量为转轮式热回收机组的：210.84kW /341.26kW=62%经济性分析以转轮式热交换机组冬季热回收为例，现把回收的热量折算成冷水机组运行时消耗的电量(按COP=4.5计算)，节省电力341.26kW/4.5=75.8 kW；平均电价按0.7元/kWh计，则每小时节省53元；按系 统冬季每天运行24h，共120天计算，共节省运行费用15.26万元；同上，夏季(按每天运行24h，共120天 计算) 可节省运行费用7.0万元，则全年可节省费用22.26万
15、元。由此可见，对以电为主的耗能大户，热 回收系统能显著回收能量、减少电耗，应力争得到实施。3 总结1. 由工程实例分析可以看出，采用热回收机组回收废热，不仅可以节省能耗，在经济效益和社会 效益上也是很可观的，对常年运行，工况稳定的系统，节能效果尤为明显。2. 由以上分析可见，夏季时选用热管换热器节能效果不明显，换热效率仅为转轮式全热交换器的 21%，因此热管换热器通常只做为冬季热回收装置选用。从节能方面来考虑，转轮式热回收器效率最高， 且为全热回收，对夏季新风湿负荷大的地区效果更明显，但因体积大，初投资高，运行维护费用较多等 缺点，显得不十分经济。热管换热器同转轮式全热交换器作为空调系统中最常用的两种热回收设备,可以说各有特点、各有 所长，在选用时应根据具体应用情况合理配置
