提高全熱交換器的熱濕交換效率方法探析

陶 陪 鄭德偉

（浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 寧波 315012）

提高全熱交換器的熱濕交換效率方法探析

陶 陪 鄭德偉

（浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 寧波 315012）

隨著化工及材料工業(yè)的迅速發(fā)展，大量的人工合成材料用于室內(nèi)裝修工程，引起室內(nèi)空氣環(huán)境的惡化。全熱交換器是用于改善人居室內(nèi)環(huán)境空氣質(zhì)量、回收空調(diào)排風(fēng)能量的環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品，現(xiàn)有的全熱交換器的熱濕交換完全依賴于兩種空氣的狀態(tài)，是被動(dòng)式的，效率很低?？梢詫?duì)全熱交換器的內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化，使新風(fēng)和排風(fēng)通過(guò)熱交換機(jī)芯進(jìn)行熱濕交換，大幅度降低空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，顯著增強(qiáng)熱濕交換效率，有效改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。

熱濕交換；效率；能量回收

近年來(lái)，由于化工和材料工業(yè)迅速發(fā)展，出現(xiàn)了大量的人工合成材料作為建筑材料和裝修材料，而這些材料會(huì)釋放有害氣體如甲醛、苯、甲苯、乙醇、氯仿等。室內(nèi)空氣環(huán)境的惡化導(dǎo)致建筑內(nèi)的人們會(huì)有不舒適的感覺(jué)，如頭暈、煩躁、惡心等，甚至?xí)l(fā)種種疾病。

向建筑物的室內(nèi)空間輸送一定量的、經(jīng)過(guò)處理的新風(fēng)，可以明顯改善室內(nèi)的空氣質(zhì)量。通風(fēng)稀釋可以降低室內(nèi)空氣中的揮發(fā)性有機(jī)物（VOC），但是在非過(guò)渡季節(jié)（夏季和冬季），新風(fēng)量的增加需要消耗大量的能源，尤其是在濕度比較大的江南地區(qū)，為了提高人體的舒適度，就需要對(duì)新風(fēng)進(jìn)行減濕預(yù)處理，這樣的話能耗更大。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示在我國(guó)，新風(fēng)系統(tǒng)的能耗大約占空調(diào)總能耗的35%，所以我們要研究如何降低新風(fēng)能耗，這對(duì)減少建筑物的能源消耗具有重大的意義。

由此，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)和降低空調(diào)能耗都是空調(diào)領(lǐng)域最關(guān)注的課題，而目前解決二者之間矛盾的最佳途徑是采用全熱交換器，全熱交換器設(shè)有排風(fēng)通道和進(jìn)風(fēng)通道，排風(fēng)通道排出建筑物內(nèi)的渾濁空氣，進(jìn)風(fēng)通道將室外的新鮮空氣引進(jìn)室內(nèi)，室外空氣與室內(nèi)空氣進(jìn)行熱度和濕度的能量互換，同時(shí)可以對(duì)空調(diào)排風(fēng)進(jìn)行最大限度的熱量或冷量的回收，能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)保和節(jié)能。

全熱交換器可以有效地改善人們居住的室內(nèi)環(huán)境空氣質(zhì)量，能有效地回收空調(diào)系統(tǒng)中排風(fēng)的能量，其核心技術(shù)主要是熱交換芯體。夏天，空調(diào)房間的污濁空氣通過(guò)排風(fēng)系統(tǒng)排出，室外的新鮮空氣通過(guò)送風(fēng)系統(tǒng)送進(jìn)來(lái)，室內(nèi)的排風(fēng)溫度低，濕度小，室外的新鮮空氣溫度高，濕度大，二者在熱交換芯體進(jìn)行熱濕交換，[1]降低了新風(fēng)的溫度及濕度。冬天則相反，室內(nèi)的排風(fēng)機(jī)室外的新風(fēng)經(jīng)過(guò)熱交換芯體后，會(huì)提高新風(fēng)的溫度及濕度，從而明顯節(jié)省空調(diào)系統(tǒng)能耗?，F(xiàn)有的全熱交換器主要是利用兩種空氣間的溫度差實(shí)現(xiàn)熱量的交換，利用兩種空氣間的水蒸氣壓力差實(shí)現(xiàn)濕度的交換，因此，現(xiàn)有全熱交換器熱濕交換的推動(dòng)力是溫度差及水蒸氣壓力差。在進(jìn)行濕度交換時(shí)，水蒸氣只能從壓力高的一側(cè)流向壓力低的一側(cè)，具有單向性。[2]另外，濕度的交換完全依賴于兩種空氣的狀態(tài)，是一種被動(dòng)式的濕的傳遞。由于以上原因，導(dǎo)致了現(xiàn)有的全熱交換器的交換效率較低。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，我們對(duì)如何提高全熱交換器的熱濕交換效率進(jìn)行研究，改變其內(nèi)部構(gòu)造以提高其熱濕交換效率，具體構(gòu)造如下圖1、圖2、圖3所示，包括殼體1，殼體1的中間設(shè)有熱交換機(jī)芯2，殼體1的左側(cè)設(shè)有污風(fēng)出口3和新風(fēng)入口4，殼體1的右側(cè)設(shè)有污風(fēng)入口5和新風(fēng)出口6，污風(fēng)出口3和污風(fēng)入口5對(duì)角線設(shè)置，新風(fēng)入口4和新風(fēng)出口6對(duì)角線設(shè)置。殼體1的右端設(shè)有控制器27。熱交換機(jī)芯2將殼體1分成四個(gè)通風(fēng)道，通風(fēng)道包括第一通風(fēng)道9、第二通風(fēng)道10、第三通風(fēng)道11和第四通風(fēng)道12。第一通風(fēng)道9位于污風(fēng)出口3和熱交換機(jī)芯2之間，第二通風(fēng)道10位于新風(fēng)入口4和熱交換機(jī)芯2之間，第三通風(fēng)道11位于污風(fēng)入口5和熱交換機(jī)芯2之間，第四通風(fēng)道12位于新風(fēng)出口6和熱交換機(jī)芯2之間。通過(guò)全熱交換器，使新風(fēng)和排風(fēng)在通過(guò)熱交換機(jī)芯2時(shí)進(jìn)行熱量和濕度的交換[3]，回收排風(fēng)中的能量對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)處理，同時(shí)有效地改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。

圖1 全熱交換器的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 風(fēng)向調(diào)整機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 全熱交換器的氣體走向示意圖

圖中：1-殼體；2-熱交換機(jī)芯；3-污風(fēng)出口；4-新風(fēng)入口；5-污風(fēng)入口；6-新風(fēng)出口；7-新風(fēng)風(fēng)機(jī)；8-排風(fēng)風(fēng)機(jī)；9-第一通風(fēng)道；10-第二通風(fēng)道；11-第三通風(fēng)道；12-第四通風(fēng)道；13-左調(diào)整氣缸；14-右調(diào)整氣缸；15-左調(diào)整框；16-右調(diào)整框；17-左調(diào)整板；18-右調(diào)整板；19-左活塞桿；20-右活塞桿；21-第一濕度傳感器；22-第一溫度傳感器；23-第二濕度傳感器；24-第二溫度傳感器；25-粗過(guò)濾器；26-精過(guò)濾器；27-控制器。

通風(fēng)道和熱交換機(jī)芯2之間設(shè)有風(fēng)向調(diào)整機(jī)構(gòu)，風(fēng)向調(diào)整機(jī)構(gòu)包括調(diào)整氣缸和調(diào)整框，調(diào)整氣缸包括左調(diào)整氣缸13和右調(diào)整氣缸14，調(diào)整框包括左調(diào)整框15和右調(diào)整框16，左調(diào)整框15內(nèi)設(shè)有左調(diào)整板17，右調(diào)整框16內(nèi)設(shè)有右調(diào)整板18，左調(diào)整氣缸13連接有左活塞桿19，左活塞桿19連接左調(diào)整板17，右調(diào)整氣缸14連接有右活塞桿20，右活塞桿20連接右調(diào)整板18。通過(guò)風(fēng)向調(diào)整機(jī)構(gòu)，左調(diào)整氣缸13和右調(diào)整氣缸14間歇性工作，使新風(fēng)和排風(fēng)在通過(guò)熱交換機(jī)芯時(shí)進(jìn)行全熱交換，回收排風(fēng)中的能量對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)處理，同時(shí)有效地改善室內(nèi)空氣品質(zhì)[4]。通過(guò)風(fēng)向調(diào)整機(jī)構(gòu)，左調(diào)整氣缸和右調(diào)整氣缸間歇性工作，使新風(fēng)和排風(fēng)工作間歇性進(jìn)行，互不干擾，增強(qiáng)熱濕交換效率。

第一通風(fēng)道9和第二通風(fēng)道10之間設(shè)有第一隔板28，第三通風(fēng)道11和第四通風(fēng)道12之間設(shè)有第二隔板29。通過(guò)設(shè)置第一隔板28和第二隔板29，使新風(fēng)通道和污風(fēng)通道相互分開(kāi)，互不影響，進(jìn)一步優(yōu)化了全熱交換器的靜音效果和隔熱效果。

第二通風(fēng)道10內(nèi)設(shè)有新風(fēng)風(fēng)機(jī)7，第三通風(fēng)道11內(nèi)設(shè)有排風(fēng)風(fēng)機(jī)8。通過(guò)新風(fēng)風(fēng)機(jī)7，可以控制新風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)的空氣流量，通過(guò)排風(fēng)風(fēng)機(jī)8?？梢钥刂婆棚L(fēng)的空氣流量，新鮮空氣的氣流組織可以通過(guò)改變新風(fēng)風(fēng)機(jī)7和排風(fēng)風(fēng)機(jī)8的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)模式，進(jìn)行自由設(shè)計(jì)，有效排除污濁、不健康空氣的同時(shí)，補(bǔ)充等量的新風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)，有效保證新風(fēng)的能量。

第二通風(fēng)道10內(nèi)設(shè)有第一濕度傳感器21和第一溫度傳感器22，第四通風(fēng)道12內(nèi)設(shè)有第二濕度傳感器23和第二溫度傳感器24。通過(guò)對(duì)比第一濕度傳感器21和第二濕度傳感器23，得出室內(nèi)的濕度差比，通過(guò)第一溫度傳感器22和第二溫度傳感器24，得出室內(nèi)的溫度差比，這樣通過(guò)控制器27控制新風(fēng)風(fēng)機(jī)7和排風(fēng)風(fēng)機(jī)8的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)模式，很好地改善了室內(nèi)空氣品質(zhì)、降低了空調(diào)能耗、增強(qiáng)了熱濕交換效率。

新風(fēng)入口4與第二通風(fēng)道10之間設(shè)有粗過(guò)濾器25，新風(fēng)出口6和第四通風(fēng)道12之間設(shè)有精過(guò)濾器26。通過(guò)粗過(guò)濾器25，有效地消除空氣中的飛塵、細(xì)小顆粒物、蟲(chóng)子、花粉等物質(zhì)，通過(guò)精過(guò)濾器26去除空氣中的甲醛、二甲苯等有毒氣體，并通入適當(dāng)氧氣，從而有效去除室內(nèi)二氧化碳、甲醛等有毒氣體，提高室內(nèi)空氣的新鮮度，尤其是氧氣的含量，有效地凈化了室內(nèi)空氣。

由于采用上述一系列的技術(shù)方法，具有以下有益效果：

通過(guò)設(shè)置第一隔板和第二隔板，使新風(fēng)通道和污風(fēng)通道相互分開(kāi)，互不影響，進(jìn)一步優(yōu)化了全熱交換器的靜音效果和隔熱效果。通過(guò)新風(fēng)風(fēng)機(jī)，可以控制新風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)的空氣流量，通過(guò)排風(fēng)風(fēng)機(jī)?？梢钥刂婆棚L(fēng)的空氣流量，新鮮空氣的氣流組織可以通過(guò)改變新風(fēng)風(fēng)機(jī)和排風(fēng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)模式，進(jìn)行自由設(shè)計(jì)，有效排除污濁、不健康空氣的同時(shí)，補(bǔ)充等量的新風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)，有效保證新風(fēng)的能量。通過(guò)對(duì)比第一濕度傳感器和第二濕度傳感器，得出室內(nèi)的濕度差比，通過(guò)第一溫度傳感器和第二溫度傳感器，得出室內(nèi)的溫度差比，這樣通過(guò)控制器控制新風(fēng)風(fēng)機(jī)和排風(fēng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)模式，很好地改善了室內(nèi)空氣品質(zhì)、降低了空調(diào)能耗、增強(qiáng)了熱濕交換效率。通過(guò)粗過(guò)濾器，有效地消除空氣中的飛塵、細(xì)小顆粒物、蟲(chóng)子、花粉等物質(zhì)，通過(guò)精過(guò)濾器去除空氣中的甲醛、二甲苯等有毒氣體，并通過(guò)新風(fēng)適當(dāng)引入新鮮空氣，從而有效去除室內(nèi)二氧化碳、甲醛等有毒氣體，提高室內(nèi)空氣的新鮮度，尤其是氧氣的含量，有效地改善室內(nèi)空氣的品質(zhì)。

總之，通過(guò)對(duì)全熱交換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行一系列的優(yōu)化，本文提供了一種增強(qiáng)熱濕交換效率的全熱交換器，該機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、科學(xué)便利、針對(duì)性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高，很好地改善了室內(nèi)空氣品質(zhì)、降低了空調(diào)能耗、顯著地增強(qiáng)了熱濕交換效率。

[1]邱曉波.淺談建筑環(huán)境與暖通空調(diào)節(jié)能[J].中華民居， 2013，（18）：47－50.

[2]戴世龍，袁雅青，李芳.全熱交換器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T21087－2007附錄E.2測(cè)試方法探討[J].制冷與空調(diào)，2008，（5）：50－52.

[3]耿世彬，李永，韓旭.室內(nèi)空氣品質(zhì)與新風(fēng)節(jié)能研究進(jìn)展[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2009，（5）：32－38.

[4]胡金鵬，崔國(guó)民，胡向柏.板翅式全熱交換器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].化工進(jìn)展， 2010，（z1）：650－652.

【責(zé)任編輯：黃素華】

Analysis on the Method of Improving the Efficiency of Heat and Moisture Exchange of the Total Heat Exchanger

TAO PeiZHENG De-wei
（Zhejiang Business Technology Institute， Ningbo 315012， China）

With the rapid development of chemical industry and materials industry， a large number of artificial synthetic material for indoor decoration is causing the deterioration of indoor air environment.The total heat exchanger is used to improve residential indoor air quality，air conditioning recycling.The heat and moisture exchange of the existing total heat exchanger relies entirely on two kinds of air，which is passive and lowly efficient.The internal structure of the total heat exchanger structure should be optimized so that fresh air and exhaust can be conducted in form of heat and moisture exchange through the core of the heat exchanger，greatly reducing the operation costs of the air conditioning system， significantly enhancing the heat and moisture exchange efficiency， and effectively improving the indoor air quality.

heat and moisture exchange； efficiency； energy recovery

TU831.4

A

1671-9565（2016）01-091-03

2016-01-03

陶陪（1971-），女，吉林省吉林市人，浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院高級(jí)工程師，主要從事環(huán)境工程方面研究；鄭德偉（1994-），男，浙江溫州人，浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生，主要從事環(huán)境工程方面研究。