有害氣體空氣熱回收裝置的比較和結論
摘 要：集中式空調系統所處理的空氣來源分類，可分為封閉式系統、直流式系統、混合式系統。其中，直流式系統所處理的空氣全部來自室外，室外空氣經處理后送入室內，然后全部排出室外。但這種系統適用于不允許采用回風的場合，如放射性場所，有害生物實驗室、傳染病房以及散發大量有害物質的車間等，是三種方式中耗能最大的類型。
關鍵詞：有害氣體;熱回收裝置;排風系統
本文將著重討論幾種相對可行的熱回收方式，并對其進行分析比較，從而選取一種相對而言比較合理的方法用于空調排風系統的能量回收。
幾種回收方式
熱回收裝置分即全熱回收裝置、顯熱回收裝置兩大類。全熱回收裝置既能回收顯熱,又能回收潛熱,此類裝置有轉輪式換熱器、板翅式換熱器、熱泵式換熱器;顯熱回收裝置有中間熱媒式換熱器,板式顯熱換熱器,熱管式換熱器【1】。其中，中間熱媒換熱器新風與排風不會產生交叉污染,但因通過中間熱媒輸送,溫差損失大,換熱效率較低,在60%以下;板式顯熱換熱器結構簡單,運行安全、可靠,無傳動設備,不消耗動力,無溫差損失,設備費用較低。但是設備體積大,須占用較大建筑空間,接管位置固定,缺乏靈活性,傳熱效率較低;熱管式換熱器則無需動力消耗,借助另一介質的相變來傳遞熱量。
這些熱回收裝置不論優缺點如何,從節能的角度都是可以采用的。但在設計、選擇時,應結合當地氣候條件、經濟狀況、工程的實際狀況、排風中有害氣體的情況等多種因素,綜合考慮,進行技術、經濟分析分析比較,以確定選用合適的熱回收裝置,從而達到花較少的投資,回收較多熱(冷) 量的目的。
攜帶有害物質的排風，雖然經過無害化處理，理論上仍然屬于排風中可能含有有害物質的類型，因此在考慮可用的熱回收裝置中，除了禁止考慮可能產生新排風交叉污染的裝置;也要考慮到國家倡導節能化設計和運行的要求，因此，運用熱回收率較低的顯熱換熱器或者中間熱媒式換熱器回收排風中的冷熱量顯然達不到理想的節能效果。結合以上兩點考慮，筆者將重點討論板翅式換熱器與熱管式換熱器兩者的熱回收特性，并對兩者進行詳細的比較分析，從而為有害性排風的熱回收提出一個相對安全、經濟并且可行的方案。板翅式熱交換器的結構與工作流程板翅式全熱交換器以特殊的加工紙為材料，由翅片、隔板和封條三部分組成。具有良好傳熱和透濕性,而不透氣，對具有生物污染性的粒子能夠起到良好的阻隔作用，同時，又能夠有效的防止帶污染成分的排風與新風直接接觸形成交叉污染【1】，屬于間壁式換熱器。它具有擴展的二次傳熱表面(翅片)，所以傳熱過程不僅是在第一次傳熱表面(隔板)上進行，而且同時也在二次傳熱表面上進行。高溫側介質的熱量除了由一次表面(隔板)導入低溫側介質外，還沿翅片表面高度方向傳遞部分熱量，即沿翅片高度方向，由隔板導入熱量，再將這些熱量對流傳遞給低溫側介質【1】。優點是傳熱效率高。結構緊湊、重量輕。適應范圍廣。
圖1 板翅式全熱交換器的結構
板翅式熱交換器的熱回收效率系統形式
、、——新風進熱交換器時候的溫度(℃)，含濕量(g/kg) 、焓值( kj/kg)
、、——新風出熱交換器時候的溫度(℃)，含濕量(g/kg) 、焓值( kj/kg)
、、——排風進熱交換器時候的溫度(℃)，含濕量(g/kg) 、焓值( kj/kg)
、、——排風出熱交換器時候的溫度(℃)，含濕量(g/kg) 、焓值( kj/kg)
全熱交換器的熱回收量可用式(4.1)表示：
(公式1)
其形式如圖2所示：
圖2 板翅式換熱器的設計形式
熱管交換器結構原理與特點:熱管的基本結構和工作原理都很簡單。在一密閉的高度真空的管子內(通常為金屬管)，靠近管子內壁，貼裝以某種毛細結構(稱為吸液芯)，再裝入某種工作物質(即工質)，即為熱管。工作時，管的一端從熱源吸熱，使工質蒸發、汽化，見圖3。蒸汽流往另一端，該端在冷源放熱，蒸汽冷凝液化。凝液借毛細壓力的作用，流回蒸發端、完成工質的自動循環。在物質循環過程中，即同時進行著熱量的傳輸。
圖3 熱管工作原理
1——熱管殼體; 2——吸液芯; 3——蒸汽流; 4——絕熱層; 5——液流
利用熱管進行空調熱回收時，溫度范圍一般為-20℃～+40℃。圖3所示的為一般空調系統回收排風能量的示意圖【1】。由圖可知，熱管換熱器分為兩段，一端是冷卻段，另一段為加熱段。夏季時，室外空氣經過冷卻段后流至空調器，從而既預冷卻了新風，并將低了相對濕度，使二次加熱量大大減少。冬季時，空調器的冷卻器停止了工作，排風側成為加熱段，另一段成為冷卻段，新風流經換熱器時被加熱【1】。熱管換熱器的這種性能應用于如本文中所討論的有害氣體的新排風處理，其節能效果與一般的顯熱換熱器相比將是比較可觀的。
圖4 熱管換熱器的應用
兩種熱回收方式的分析比較
為了進一步分析以上兩種熱回收方式性能的優劣，本文將通過模擬實際的空調工況來說明二者區別，從而選取一個較為安全、經濟、合理的方法。
模擬工況
根據江蘇江陰的氣候條件,假設江陰的某生物實驗室作為研究對象來分析各種室外溫、濕度條件下的兩種換熱器的節能情況。
夏季室外空調計算溫度：干球溫度35.0℃，濕球溫度28.3℃;夏季室內溫度： 干球溫度27℃， 濕球溫20.4℃ ;冬季室外空調計算溫度：干球溫度-6℃， 濕球溫度-7℃
冬季室內溫度：干球溫度18℃， 濕球溫度10.8℃
板翅式式全熱交換器換熱效率：68%;熱管換熱器換熱效率：68%;假定處理風量為1800，根據直流式送風系統可得：新排風風量比為1：1。
夏季、冬季工況各狀態參數如表3、表4示。
表3 夏季工況各狀態點參數
表4 冬季工況各狀態點參數
由表3所給數據，結合公式1和公式5很容易得出板翅式換熱器回收的冷量與熱管換熱器回收的冷量
板翅式換熱器：
熱管換熱器：
由以上數據可以算出，夏季熱管換熱器回收能量僅為板翅式換熱器的：
同樣道理，結合公式1和公式5很容易得出冬季工況下板翅式換熱器回收的熱量與熱管換熱器回收的熱量
板翅式換熱器：
熱管換熱器：
由以上數據可以看出，冬季熱管換熱器回收能量僅為板翅式換熱器的：
熱回收系統整體示意
確定選擇合理的熱回收裝置之后，就可以在整個空調系統中布置管路以
保證熱交換器的應用，其工作示意圖如圖5。
圖5 熱回收裝置工作原理圖
如圖5所示：在冬季和夏季，關閉閥門1、6，打開閥門2、3、4、5，使室外新風通過熱交換器進行熱交換，然后進入送風空調機組進行二次處理，最后送入房間，同樣，攜帶有害物質的排風經過排風裝置的殺毒過濾處理之后，經過熱交換器后最后排入大氣;在過渡季節，則關閉閥門2、3、4、5，打開閥門1、6，直接運用室外新風焓值即能滿足室內送風要求，這種靈活的熱回收方式不僅顯著降低了空調用風的能耗，起到了節能作用，同時也減少了熱回收裝置的使用頻率，對延長其使用壽命，降低系統投資費用起到了良好作用。
結語：
夏季時選用熱管換熱器節能效果不明顯，在同等效率下熱管換熱器僅為轉輪式全熱交換器的25%;在冬季工況下，兩者節能效果比較接近，然而仍可看出板翅式換熱器占明顯優勢，因此本文認為利用全熱熱回收器，如板翅式換熱器進行熱回收是一種比較可行的方法。
在安全方面，板翅式換熱器的隔板由材料LT2制成，LT2能夠很好阻隔空氣中微粒的過濾材料，同時又具有良好透水性和透氣性的特點進一步保證了板翅式換熱器運用的安全可靠。
采用帶有全熱回收器的新風空調機，利用全熱回收實現新風和排風的顯熱、潛熱熱濕交換，熱回收效率高，可以使新風處理能耗大大降低，從而使空調系統全新風方式運行成為可能。
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