有害气体空气热回收装置的比较和结论
摘 要：集中式空调系统所处理的空气来源分类，可分为封闭式系统、直流式系统、混合式系统。其中，直流式系统所处理的空气全部来自室外，室外空气经处理后送入室内，然后全部排出室外。但这种系统适用于不允许采用回风的场合，如放射性场所，有害生物实验室、传染病房以及散发大量有害物质的车间等，是三种方式中耗能最大的类型。
关键词：有害气体;热回收装置;排风系统
本文将着重讨论几种相对可行的热回收方式，并对其进行分析比较，从而选取一种相对而言比较合理的方法用于空调排风系统的能量回收。
几种回收方式
热回收装置分即全热回收装置、显热回收装置两大类。全热回收装置既能回收显热,又能回收潜热,此类装置有转轮式换热器、板翅式换热器、热泵式换热器;显热回收装置有中间热媒式换热器,板式显热换热器,热管式换热器【1】。其中，中间热媒换热器新风与排风不会产生交叉污染,但因通过中间热媒输送,温差损失大,换热效率较低,在60%以下;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。但是设备体积大,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;热管式换热器则无需动力消耗,借助另一介质的相变来传递热量。
这些热回收装置不论优缺点如何,从节能的角度都是可以采用的。但在设计、选择时,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。
携带有害物质的排风，虽然经过无害化处理，理论上仍然属于排风中可能含有有害物质的类型，因此在考虑可用的热回收装置中，除了禁止考虑可能产生新排风交叉污染的装置;也要考虑到国家倡导节能化设计和运行的要求，因此，运用热回收率较低的显热换热器或者中间热媒式换热器回收排风中的冷热量显然达不到理想的节能效果。结合以上两点考虑，笔者将重点讨论板翅式换热器与热管式换热器两者的热回收特性，并对两者进行详细的比较分析，从而为有害性排风的热回收提出一个相对安全、经济并且可行的方案。板翅式热交换器的结构与工作流程板翅式全热交换器以特殊的加工纸为材料，由翅片、隔板和封条三部分组成。具有良好传热和透湿性,而不透气，对具有生物污染性的粒子能够起到良好的阻隔作用，同时，又能够有效的防止带污染成分的排风与新风直接接触形成交叉污染【1】，属于间壁式换热器。它具有扩展的二次传热表面(翅片)，所以传热过程不仅是在第一次传热表面(隔板)上进行，而且同时也在二次传热表面上进行。高温侧介质的热量除了由一次表面(隔板)导入低温侧介质外，还沿翅片表面高度方向传递部分热量，即沿翅片高度方向，由隔板导入热量，再将这些热量对流传递给低温侧介质【1】。优点是传热效率高。结构紧凑、重量轻。适应范围广。
图1 板翅式全热交换器的结构
板翅式热交换器的热回收效率系统形式
、、——新风进热交换器时候的温度(℃)，含湿量(g/kg) 、焓值( kj/kg)
、、——新风出热交换器时候的温度(℃)，含湿量(g/kg) 、焓值( kj/kg)
、、——排风进热交换器时候的温度(℃)，含湿量(g/kg) 、焓值( kj/kg)
、、——排风出热交换器时候的温度(℃)，含湿量(g/kg) 、焓值( kj/kg)
全热交换器的热回收量可用式(4.1)表示：
(公式1)
其形式如图2所示：
图2 板翅式换热器的设计形式
热管交换器结构原理与特点:热管的基本结构和工作原理都很简单。在一密闭的高度真空的管子内(通常为金属管)，靠近管子内壁，贴装以某种毛细结构(称为吸液芯)，再装入某种工作物质(即工质)，即为热管。工作时，管的一端从热源吸热，使工质蒸发、汽化，见图3。蒸汽流往另一端，该端在冷源放热，蒸汽冷凝液化。凝液借毛细压力的作用，流回蒸发端、完成工质的自动循环。在物质循环过程中，即同时进行着热量的传输。
图3 热管工作原理
1——热管壳体; 2——吸液芯; 3——蒸汽流; 4——绝热层; 5——液流
利用热管进行空调热回收时，温度范围一般为-20℃～+40℃。图3所示的为一般空调系统回收排风能量的示意图【1】。由图可知，热管换热器分为两段，一端是冷却段，另一段为加热段。夏季时，室外空气经过冷却段后流至空调器，从而既预冷却了新风，并将低了相对湿度，使二次加热量大大减少。冬季时，空调器的冷却器停止了工作，排风侧成为加热段，另一段成为冷却段，新风流经换热器时被加热【1】。热管换热器的这种性能应用于如本文中所讨论的有害气体的新排风处理，其节能效果与一般的显热换热器相比将是比较可观的。
图4 热管换热器的应用
两种热回收方式的分析比较
为了进一步分析以上两种热回收方式性能的优劣，本文将通过模拟实际的空调工况来说明二者区别，从而选取一个较为安全、经济、合理的方法。
模拟工况
根据江苏江阴的气候条件,假设江阴的某生物实验室作为研究对象来分析各种室外温、湿度条件下的两种换热器的节能情况。
夏季室外空调计算温度：干球温度35.0℃，湿球温度28.3℃;夏季室内温度： 干球温度27℃， 湿球温20.4℃ ;冬季室外空调计算温度：干球温度-6℃， 湿球温度-7℃
冬季室内温度：干球温度18℃， 湿球温度10.8℃
板翅式式全热交换器换热效率：68%;热管换热器换热效率：68%;假定处理风量为1800，根据直流式送风系统可得：新排风风量比为1：1。
夏季、冬季工况各状态参数如表3、表4示。
表3 夏季工况各状态点参数
表4 冬季工况各状态点参数
由表3所给数据，结合公式1和公式5很容易得出板翅式换热器回收的冷量与热管换热器回收的冷量
板翅式换热器：
热管换热器：
由以上数据可以算出，夏季热管换热器回收能量仅为板翅式换热器的：
同样道理，结合公式1和公式5很容易得出冬季工况下板翅式换热器回收的热量与热管换热器回收的热量
板翅式换热器：
热管换热器：
由以上数据可以看出，冬季热管换热器回收能量仅为板翅式换热器的：
热回收系统整体示意
确定选择合理的热回收装置之后，就可以在整个空调系统中布置管路以
保证热交换器的应用，其工作示意图如图5。
图5 热回收装置工作原理图
如图5所示：在冬季和夏季，关闭阀门1、6，打开阀门2、3、4、5，使室外新风通过热交换器进行热交换，然后进入送风空调机组进行二次处理，最后送入房间，同样，携带有害物质的排风经过排风装置的杀毒过滤处理之后，经过热交换器后最后排入大气;在过渡季节，则关闭阀门2、3、4、5，打开阀门1、6，直接运用室外新风焓值即能满足室内送风要求，这种灵活的热回收方式不仅显著降低了空调用风的能耗，起到了节能作用，同时也减少了热回收装置的使用频率，对延长其使用寿命，降低系统投资费用起到了良好作用。
结语：
夏季时选用热管换热器节能效果不明显，在同等效率下热管换热器仅为转轮式全热交换器的25%;在冬季工况下，两者节能效果比较接近，然而仍可看出板翅式换热器占明显优势，因此本文认为利用全热热回收器，如板翅式换热器进行热回收是一种比较可行的方法。
在安全方面，板翅式换热器的隔板由材料LT2制成，LT2能够很好阻隔空气中微粒的过滤材料，同时又具有良好透水性和透气性的特点进一步保证了板翅式换热器运用的安全可靠。
采用带有全热回收器的新风空调机，利用全热回收实现新风和排风的显热、潜热热湿交换，热回收效率高，可以使新风处理能耗大大降低，从而使空调系统全新风方式运行成为可能。
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