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和排風之間進行熱濕交換，回收室內(nèi)排風中的能量，對新風進行預(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，描述了國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，指出使用空氣能量回收裝置時應(yīng)當根據(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]S210.4 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0412-01

1 引言

近十幾年來，我國經(jīng)濟的快速發(fā)展帶來了人們生活水平的大幅度提高，人們對生活舒適度的要求也越來越高，加之我國大部分地區(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，這勢必要造成能耗的增長。而在我國能量總消費量中，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。為了實現(xiàn)建筑節(jié)能一般采取的措施有兩條，一是提高圍護結(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。圍護結(jié)構(gòu)密封性的提高造成了一些空氣品質(zhì)下降的問題，尤其是前年的非典，對空調(diào)新風量有更高的要求。但增大新風量勢必會造成用能的增加。據(jù)調(diào)查，在建筑物的空調(diào)負荷中，新風負荷所占比例比較大，一般占空調(diào)總負荷的20%～30%?？照{(diào)運行中引入新風的同時，要排走室內(nèi)的部分空氣，排走的空氣帶走部分能量，而同時又投入能量來處理新風。如果在系統(tǒng)中安裝能量回收裝置，用排風中的能量來處理新風，就可以減少處理新風所需的能量，降低機組負荷，提高空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟性。

2 空氣能量回收裝置的分類及性能比較

迄今為止，國內(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)動過程中讓排風與新風以逆向或同向流過轉(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，可同時在新風和回風之間進行熱量和濕量交換。顯熱轉(zhuǎn)輪回收裝置的轉(zhuǎn)芯不能吸濕，新風和回風之間只能進行顯熱交換。

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和回風通道的板式熱交換器，它沒有轉(zhuǎn)動部件，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和送風管道上分別裝有盤管。兩盤管間由管道連接起來，用一循環(huán)泵使管道中的液體（通常是水或乙二醇溶液）在兩盤管問循環(huán)，從而使排風和送風間的能量通過盤管和中間介質(zhì)進行交換。這種能量回收裝置只能在新風和排風之間進行顯熱交換。

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)，送風和回風分別流經(jīng)熱管的兩端，通過熱管中工質(zhì)的反復(fù)冷凝和蒸發(fā)來傳遞熱量，達到能量回收的目的。熱管式能量回收裝置只能進行顯熱交換。

雙塔回收環(huán)式空氣能量回收裝置通過泵使吸收液在送風塔和排風塔之間循環(huán)，新風、排風通過送風塔和排風塔進行熱濕交換，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驗研究

對空氣能量回收裝置的理論和實驗研究作為空調(diào)能量回收的基礎(chǔ)研究，主要是建立能量回收過程的數(shù)學(xué)模型，揭示節(jié)能機理，建立計算能量回收效率、阻力的計算分析公式，為空氣能量回收裝置的設(shè)計制作和結(jié)構(gòu)改進提供理論依據(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量綱數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)熱濕交換的無量綱數(shù)與顯熱交換的無量綱數(shù)類似，都是運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)。為了突出運行狀態(tài)在熱濕交換中的重要性，作者定義了一個運行狀態(tài)系數(shù)（H*），它表示潛熱與顯熱能量的比值。

龍恩深進行了熱管式空氣能量回收裝置的優(yōu)化設(shè)計。作者優(yōu)化分析的結(jié)果認為設(shè)計效率為80%比較合理，冷熱回收裝置的阻力應(yīng)當控制在150Pa以內(nèi)。結(jié)合優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果，作者對冷熱回收器的經(jīng)濟效益進行了分析發(fā)現(xiàn)，運行費用的節(jié)省和設(shè)備初投資的回收年限主要取決于系統(tǒng)全年運行時間，對于全年運行時間小于1000～時的地區(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)在降低峰值冷負荷，減少系統(tǒng)初投資。

L.Z.Zhang等對采用了多孔滲透膜的能量回收空調(diào)機進行了理論分析，提出了具體的熱質(zhì)交換模型。當冷熱空氣流經(jīng)隔膜時發(fā)生熱質(zhì)交換，回收冷（熱）量。對隔膜單元的熱質(zhì)交換分析發(fā)現(xiàn)，當冷熱空氣呈交叉流時，隔膜并未完全用于熱質(zhì)交換；當冷熱氣流呈逆流時，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：一種是對具體工程進行節(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 實際工程采用能量回收裝置后的節(jié)能效果分析

長春市冬季室外計算干球溫度為-26℃，如果直接引入新風必須要在新風處理機組出口安裝電加熱器，但這樣會使年耗電量大幅度增長。針對這種情況采用了空氣能量回收裝置，在排風排至室外前先與新風進行熱交換。侯佳敏分別對系統(tǒng)的冬夏季運行進行了節(jié)能分析，發(fā)現(xiàn)由于長春冬季寒冷，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。

研究主要是針對某個具體工程實例進行分析，對同類建筑的設(shè)計提供了參考。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，因此不能簡單的將計算結(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量、定新風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空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備能耗特點，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的能量來預(yù)冷（熱）新風，來減少空調(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增加空調(diào)系統(tǒng)的能耗。