淺談熱管熱回收系統的工程應用

楊暢

上海市安裝工程集團有限公司 上海 200436

引言

能源問題是現今社會關注的重要問題，其中在總能源消耗中，建筑能耗占了相當大的比重。近年來，隨著經濟的發展及空調系統的普及，空調系統的能耗問題已受到越來越多人的關注。同時，人們對居住環境的空氣品質的關注，勢必會加大新風系統能耗。

目前，新風負荷在建筑物空調負荷重占相當大的比重。在中國的絕大多數城市中，在夏季，排風溫度（25～28℃）要比室外空氣溫度（32～38℃）低；在冬季，排風溫度（20～25℃）要比室外空氣溫度（5～10℃）高。新排風熱回收系統作為空調系統節能中的一項重要措施，如果采用合理的裝置從排風所攜帶的冷/熱量中回收部分能量來處理新風，可以節約本來由制冷或制熱機組承擔的新風負荷，從而提供空調系統的效率。排風熱回收設備的設置，最多可以節約70%～80%的新風負荷，節約的能量占空調總負荷的10%～20%。隨著國民生活水平的提高，室內空氣品質也越來越受到重視。排風熱回收裝置的使用可以在節能的同時增加室內的新風比例，有效地提高室內空氣品質。

1 項目概況

蘇州廣播電視臺總臺現代傳媒廣場工程位于蘇州工業園區，總建筑面積為325656.96m2，建筑高度不超過214.8m，耐火等級為一級的超高層綜合樓。地上部分共2棟塔樓，主塔樓為42層辦公樓，主塔樓低區裙房為演播樓，建筑面積為139349.64m2；副塔樓為38層五星級酒店和公寓，建筑面積為84523.4m2；地下建筑面積為101783.92m2。最有特色的為建設于整個地塊東南面的廣電自用演播樓，演播樓為全鋼結構，其中2000m2演播廳平面尺寸36.00m×47.95m，層頂標高29.80m，凈高23.85m，屬超大空間超大容量建筑[1]。

2 各種常見熱回收設備

在空調熱回收系統中，目前較為常用的有轉輪式換熱器、板式換熱器、盤管熱環式換熱器、熱泵和熱管換熱器。

2.1 轉輪式換熱器

它是一種全熱換熱器，由轉輪、傳動機構、外殼組合。轉輪式換熱器是通過排風與新風交替逆向流過轉輪并各自釋放或吸收熱量。排風由轉輪一側的入口吸入，將所含的部分冷量（或熱量）傳遞給轉輪；而新風從轉輪的另一側吸入，轉輪以15～20r/min的速度旋轉，將積蓄在轉輪上的冷量（或熱量）傳遞給新風。其優點是熱回收效率高，可達70%～85%，且中間有清洗扇，對轉速控制，能適應室外不同的空氣參數。但是轉輪式換熱器是兩種介質交替轉換，不能完全避免交叉污染，因此流過的氣體必須是無害氣體，另外設備裝置較大，占有較多面積和空間，接管固定，帶傳動設備，消耗一定的動能，同時冷凝水不易排放、效能衰減嚴重，有效使用壽命極短。

2.2 板（翅）式換熱器

板式換熱器分平板式顯熱換熱和板翅式全熱換熱器兩種，是較為理想的排氣能量回收裝置，其優點為結構簡單，新、排風互不接觸，無交叉污染，無轉動部件，運行可靠，使用壽命長；其缺點是通過氣流收到露點溫度的限制，凝結水排放不易，從而導致霉菌滋生，使其壽命下降；換熱芯體很難清洗，維護成本高。

2.3 盤管熱環式熱回收裝置

它是一種空氣－液體熱交換器，由布置在新風、排氣管道上的兩個熱交換器、泵、膨脹箱、排空閥和管道組成，使用一臺小功率泵作為系統的循環動力，管道內的傳熱液體將排風中的熱量傳遞給新風，該裝置優點是新風、排風管道布置靈活。但是該系統需要在管路上安裝水泵，管路泄露和氣蝕等問題不可避免。在寒冷季節使用時為了防凍，必須添加昂貴的抗凍劑，并安裝膨脹水箱，且水泵運行時能耗較大[2]。

2.4 熱泵

熱泵是一種可有效利用低溫熱能的節能設備，它能回收大量潛能，熱效率高，但其本身能耗大，設備投資造價高。

2.5 熱管換熱器

熱管是依靠自身內部工作液體相變來實現傳熱的高效傳熱元件，它可以將大量熱量通過其很小的截面積長距離的傳輸而無須外加動力。熱管以其構思巧妙，傳輸溫差小、使用溫度范圍廣、可調控管內熱流密度等眾多優良特性，在能量回收和余熱利用已顯示出其獨特的作用。

熱管換熱器屬于冷熱流體互不接觸的表面式換熱器，它具有的占地小、無轉動部件、運行安全可靠、換熱效率高等優良特性，為工程選用創造了便利條件。

2.6 熱回收裝置的比較

選擇合適的熱回收裝置，需要結合當地氣候條件、經濟狀況、工程的實際情況、排風中有害氣體的情況等多種因素，進行技術經濟方面的綜合比較。從表1中可看出，通過各項指標的比較，熱管熱回收裝置具有優良的特性，這為在實際工程應用帶來了方便。

3 三維熱管與傳統熱管相比的優勢

3.1 三維熱管的定義

三維熱管是以三維熱回路內的氣壓變化來驅動回路內傳熱工質循環流動，靠工質相變吸熱和放熱來傳遞熱量的裝置。所謂的“三維”是指熱回路是三維的，即熱量的傳遞可以從熱管的一側到另一側。

三維熱回路在多排管路的設計上是一個突破，其中工作液體在熱管內部流動，不僅是靠兩端氣流之間的溫差實現的，而且還是由相同氣流中不同管排之間的溫差實現的，通過熱管兩側氣流的溫差和同側氣流前后的溫差，“三維熱管”與使用相同管徑的普通熱管相比，能夠傳輸兩到三倍的工作液體。傳熱能力更大，而占用空間相對更小，空氣阻力更低。熱效率在75%以上，使送風溫度更加貼近室內環境的送風溫度，消除室內外大溫差帶來的身體上的不舒適感[3]。

圖1 三維熱管的氣流方向示意圖

3.2 三維熱管的安裝優勢

三維熱管水平放置，可以三維傳熱，非常適合于暖通空調系統中，對冬夏兩個季節的排風都能進行能量回收。

傳統熱管為單向傳熱，如果冬夏季節都要進行能量回收，必須設置“季節轉換裝備”，換季時手動切換熱管的傾斜角度。

4 三維熱管熱回收機組節能分析

圖2 三維熱管式熱回收機組空調系統流程

如圖2所示，熱管兩端分別安裝在空調機組的新風段與排風段中，表冷器用于補充夏季工況下熱管換熱器供冷量的不足，以及補充冬季工況下熱管供熱器供熱量的不足，旁通新風回路用于調節熱回收量[4]。

排風熱回收的節能性主要是在于利用排風對新風進行預處理，系統只需將空氣從預處理后的溫度處理到送風溫度即可，這樣就降低了系統處理空氣的負荷量及運行時的能耗。用于評價熱回收器性能的一項重要指標，是熱的回收效率。顯熱回收設備只有顯熱回收效率。全熱型回收設備則可有顯熱回收效率、潛熱回收效率和全熱回收效率之分。其各自的含義見下圖3和表1。

圖3 空氣熱回收器的換熱機理

表1 空氣熱回收的回收效率

5 熱回收機組調試過程中存在的問題分析

機組調試運行前，應對其作全面的檢查，檢查工作應至少包括以下幾點：

第一，檢查機組安裝是否完成，內部雜物是否清除。

第二，檢查過濾器濾料是否污損。在進風段過濾器前蒙上一層尼龍過濾網，以防管道內的灰塵污染過濾器。中、高效過濾器應在調試完畢后再安裝。有條件的客戶可裝備一套初效過濾器作調試用。

第三，用手或杠桿撥動風機葉輪，檢查轉動部件的風機葉輪轉動是否靈活，是否有過緊和碰撞現象，潤滑情況和各調節裝備是否靈活。

第四，檢查風系統管道內各風閥是否按設計位置開啟，鎖緊機構是否已經鎖緊。

第五，水系統是否已清洗并已排凈系統內的空氣。管道系統安裝結束應先清洗管道，清洗時必須關閉連接機組的閥門，以免管道內的雜物沖入盤管中，堵塞回路。通水使用前，應先打開排氣閥，將管道中的空氣排凈，直到有水排出時方可關閉。

第六，檢查電機絕緣是否合格。電機長時間不運轉繞阻可能受潮，在使用前用兆歐表測量其絕緣阻值。25℃時的絕緣電阻值應超過2MΩ。

調試試運行：完成以上檢查后，即可啟動機組。機組啟動后應注意監測電機運行電流是否正常，機組是否有異常響聲。檢查機組風量、風壓是否正常。冷量、加濕量等應按不同工況調節[5]。

6 結束語

熱回收器的使用在保證室內足夠的新鮮空氣置換的前提下，降低了空調運行中的冷負荷、熱負荷，從而降低了能耗。三維熱管具有很高的導熱性、優良的等溫性、熱流密度的可變性、方向的可逆性等特點。所以，熱管換熱器對其他換熱器而言，具有節能、高效、緊湊、投資少的優點，決定了其在空調熱回收方面講具有巨大的應用潛力。隨著社會的發展與進步，人類對生活環境的要求也越來越高，設備的高效節能、綠色環保將是主題，三維熱管式熱交換機組將成為不可或缺的設備。