空氣能量回收裝置的節(jié)能分析

曲麗惠　耿鵬鵬

[摘要]空氣能量回收裝置是在新風(fēng)和排風(fēng)之間進(jìn)行熱濕交換，回收室內(nèi)排風(fēng)中的能量，對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱（預(yù)冷）的裝置。本文介紹了空氣能量回收裝置的不同形式及其特點(diǎn)，描述了國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，指出使用空氣能量回收裝置時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)空氣處理方式和室外氣象條件的變化采取不同調(diào)節(jié)方式，以達(dá)到良好的節(jié)能效果。

[關(guān)鍵詞]空氣能量回收，節(jié)能，全熱，顯熱

[中圖分類號(hào)]S210.4 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1672-5158（2013）06-0412-01

1 引言

近十幾年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展帶來(lái)了人們生活水平的大幅度提高，人們對(duì)生活舒適度的要求也越來(lái)越高，加之我國(guó)大部分地區(qū)的氣候條件需要采曖空調(diào)，使得采曖空調(diào)設(shè)備的使用率提高，這勢(shì)必要造成能耗的增長(zhǎng)。而在我國(guó)能量總消費(fèi)量中，建筑能耗所占比例已由1978年的10%上升到2001年的27.45%，其中采曖空調(diào)能耗占建筑總能耗的55%左右，提倡建筑節(jié)能尤其是采暖空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能迫在眉睫。為了實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能一般采取的措施有兩條，一是提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的密封保溫隔熱；二是提高采暖空調(diào)系統(tǒng)的用能效率。圍護(hù)結(jié)構(gòu)密封性的提高造成了一些空氣品質(zhì)下降的問(wèn)題，尤其是前年的非典，對(duì)空調(diào)新風(fēng)量有更高的要求。但增大新風(fēng)量勢(shì)必會(huì)造成用能的增加。據(jù)調(diào)查，在建筑物的空調(diào)負(fù)荷中，新風(fēng)負(fù)荷所占比例比較大，一般占空調(diào)總負(fù)荷的20%～30%。空調(diào)運(yùn)行中引入新風(fēng)的同時(shí)，要排走室內(nèi)的部分空氣，排走的空氣帶走部分能量，而同時(shí)又投入能量來(lái)處理新風(fēng)。如果在系統(tǒng)中安裝能量回收裝置，用排風(fēng)中的能量來(lái)處理新風(fēng)，就可以減少處理新風(fēng)所需的能量，降低機(jī)組負(fù)荷，提高空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

2 空氣能量回收裝置的分類及性能比較

迄今為止，國(guó)內(nèi)外使用和研究的空氣能量回收裝置主要有以下幾種：轉(zhuǎn)輪式、靜止平板式、盤管回收環(huán)式、熱管式、雙塔回收環(huán)式等。

轉(zhuǎn)輪式空氣能量回收裝置是在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中讓排風(fēng)與新風(fēng)以逆向或同向流過(guò)轉(zhuǎn)輪面釋放和吸收能量。根據(jù)轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)芯的材質(zhì)可分為全熱轉(zhuǎn)輪空氣能量回收裝置和顯熱轉(zhuǎn)輪空氣能量回收裝置。全熱轉(zhuǎn)輪能量回收裝置的轉(zhuǎn)芯由可吸濕材料卷繞成蜂窩狀而成的，可同時(shí)在新風(fēng)和回風(fēng)之間進(jìn)行熱量和濕量交換。顯熱轉(zhuǎn)輪回收裝置的轉(zhuǎn)芯不能吸濕，新風(fēng)和回風(fēng)之間只能進(jìn)行顯熱交換。

靜止平板式空氣能量回收裝置的核心部件是由分層的平板分隔和封閉后形成送風(fēng)和回風(fēng)通道的板式熱交換器，它沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，根據(jù)平板的材質(zhì)是否吸濕也可以分為全熱板式和顯熱板式空氣能量回收裝置。

盤管回收環(huán)式空氣能量回收裝置在排風(fēng)和送風(fēng)管道上分別裝有盤管。兩盤管間由管道連接起來(lái)，用一循環(huán)泵使管道中的液體（通常是水或乙二醇溶液）在兩盤管問(wèn)循環(huán)，從而使排風(fēng)和送風(fēng)間的能量通過(guò)盤管和中間介質(zhì)進(jìn)行交換。這種能量回收裝置只能在新風(fēng)和排風(fēng)之間進(jìn)行顯熱交換。

熱管式空氣能量回收裝置的能量回收原理是在熱管內(nèi)充注一定量的工質(zhì)，送風(fēng)和回風(fēng)分別流經(jīng)熱管的兩端，通過(guò)熱管中工質(zhì)的反復(fù)冷凝和蒸發(fā)來(lái)傳遞熱量，達(dá)到能量回收的目的。熱管式能量回收裝置只能進(jìn)行顯熱交換。

雙塔回收環(huán)式空氣能量回收裝置通過(guò)泵使吸收液在送風(fēng)塔和排風(fēng)塔之間循環(huán)，新風(fēng)、排風(fēng)通過(guò)送風(fēng)塔和排風(fēng)塔進(jìn)行熱濕交換，是一種全熱式能量回收裝置。

3 研究現(xiàn)狀

3.1 空氣能量回收裝置的理論和實(shí)驗(yàn)研究

對(duì)空氣能量回收裝置的理論和實(shí)驗(yàn)研究作為空調(diào)能量回收的基礎(chǔ)研究，主要是建立能量回收過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，揭示節(jié)能機(jī)理，建立計(jì)算能量回收效率、阻力的計(jì)算分析公式，為空氣能量回收裝置的設(shè)計(jì)制作和結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供理論依據(jù)。

Simonson等從非線性的耦合的熱濕交換方程組中推導(dǎo)了轉(zhuǎn)輪式空氣能量回收裝置的全熱交換的基本無(wú)量綱數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)熱濕交換的無(wú)量綱數(shù)與顯熱交換的無(wú)量綱數(shù)類似，都是運(yùn)行的溫度和濕度的函數(shù)，另外還與吸附材料的特性有關(guān)。為了突出運(yùn)行狀態(tài)在熱濕交換中的重要性，作者定義了一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)系數(shù)（H*），它表示潛熱與顯熱能量的比值。

龍恩深進(jìn)行了熱管式空氣能量回收裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)。作者優(yōu)化分析的結(jié)果認(rèn)為設(shè)計(jì)效率為80%比較合理，冷熱回收裝置的阻力應(yīng)當(dāng)控制在150Pa以內(nèi)。結(jié)合優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果，作者對(duì)冷熱回收器的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了分析發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行費(fèi)用的節(jié)省和設(shè)備初投資的回收年限主要取決于系統(tǒng)全年運(yùn)行時(shí)間，對(duì)于全年運(yùn)行時(shí)間小于1000～時(shí)的地區(qū)或空調(diào)系統(tǒng)，加裝冷熱回收器的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在降低峰值冷負(fù)荷，減少系統(tǒng)初投資。

L.Z.Zhang等對(duì)采用了多孔滲透膜的能量回收空調(diào)機(jī)進(jìn)行了理論分析，提出了具體的熱質(zhì)交換模型。當(dāng)冷熱空氣流經(jīng)隔膜時(shí)發(fā)生熱質(zhì)交換，回收冷（熱）量。對(duì)隔膜單元的熱質(zhì)交換分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)冷熱空氣呈交叉流時(shí)，隔膜并未完全用于熱質(zhì)交換；當(dāng)冷熱氣流呈逆流時(shí)，顯熱、潛熱及焓效率有所提高。

3.2 空氣能量回收裝置在工程中應(yīng)用的節(jié)能效果分析

對(duì)空氣能量回收裝置在工程中應(yīng)用的節(jié)能效果分析分為兩種：一種是對(duì)具體工程進(jìn)行節(jié)能分析；另一種是研究如何調(diào)節(jié)能量回收裝置以獲得最大的節(jié)能效益。

3.2.1 實(shí)際工程采用能量回收裝置后的節(jié)能效果分析

長(zhǎng)春市冬季室外計(jì)算干球溫度為-26℃，如果直接引入新風(fēng)必須要在新風(fēng)處理機(jī)組出口安裝電加熱器，但這樣會(huì)使年耗電量大幅度增長(zhǎng)。針對(duì)這種情況采用了空氣能量回收裝置，在排風(fēng)排至室外前先與新風(fēng)進(jìn)行熱交換。侯佳敏分別對(duì)系統(tǒng)的冬夏季運(yùn)行進(jìn)行了節(jié)能分析，發(fā)現(xiàn)由于長(zhǎng)春冬季寒冷，但夏季室外溫度并不是很高，所以采曖季能量回收比空調(diào)季要多，大約是空調(diào)季的10倍。因此能量回收量的多少與地理位置和氣候有很大的關(guān)系。

研究主要是針對(duì)某個(gè)具體工程實(shí)例進(jìn)行分析，對(duì)同類建筑的設(shè)計(jì)提供了參考。但空氣能量回收裝置的節(jié)能效果隨所在地點(diǎn)的氣候條件和空氣調(diào)節(jié)方式的不同而不同，因此不能簡(jiǎn)單的將計(jì)算結(jié)果推廣到其他建筑使用。

3.2.2 提高能量回收裝置的節(jié)能效益的研究

鄧宇春用區(qū)域搜索算法分析了定風(fēng)量、定新風(fēng)比的蒸汽加濕表冷式空調(diào)系統(tǒng)使用全熱轉(zhuǎn)輪能量回收裝置、透濕膜全熱板式能量回收裝置和顯熱能量回收裝置時(shí)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備能耗特點(diǎn)，比較了不同類型的回收裝置的節(jié)能效果。

4 結(jié)論

采用空氣能量回收裝置回收排風(fēng)的能量來(lái)預(yù)冷（熱）新風(fēng)，來(lái)減少空調(diào)系統(tǒng)的能耗是可行的。但能量回收裝置全年的回收能量效果除了與裝置本身的特性有關(guān)，還取決于應(yīng)用空氣能量回收裝置的空調(diào)系統(tǒng)的空氣方式和根據(jù)室外氣象條件的變化采取的能量回收調(diào)節(jié)方式。若不根據(jù)室外氣象條件的變化采用相應(yīng)的能量回收調(diào)節(jié)方式，隨著室外氣象條件的變化，使用空氣能量回收裝置有可能會(huì)增加空調(diào)系統(tǒng)的能耗。