[科普中國(guó)]-廢熱回收裝置

簡(jiǎn)介

建筑中常用的廢熱回收裝置為空氣熱回收設(shè)備，空氣熱回收裝置是指回收建筑物內(nèi)外的余熱，并把回收的熱量作為供熱或其他加熱設(shè)備的熱源而加以利用的設(shè)備。通常由送排風(fēng)機(jī)、空氣側(cè)的熱回收器、空氣過(guò)濾器及其他附屬設(shè)備組成，一般都配帶有電控裝置。空氣熱回收裝置的類型很多，各有優(yōu)缺點(diǎn)。

按照工作原理不同，空氣-空氣熱回收裝置可分為：轉(zhuǎn)輪式換熱器、板式和板翅式換熱器、熱管換熱器、中間媒體式換熱器、溶液吸收式換熱器幾種常見(jiàn)的形式。不同形式的熱回收裝置的回收效率、設(shè)備費(fèi)、維護(hù)保養(yǎng)等特點(diǎn)也各不相同。

按照回收熱量的不同，熱回收可分為全熱回收和顯熱回收。全熱回收裝置既能回收顯熱，又能回收潛熱，此類裝置有轉(zhuǎn)輪式換熱器、板翅式換熱器和溶液吸收式換熱器。顯熱回收裝置只能回收顯熱，具體的類型有中間熱媒式換熱器、板式換熱器和熱管式換熱器。按照回收方式的不同，空氣熱回收裝置可分為靜態(tài)回收裝置和動(dòng)態(tài)回收裝置。動(dòng)態(tài)回收裝置指空氣側(cè)有動(dòng)態(tài)交換的回收方式，具體的類型是轉(zhuǎn)輪式換熱器，靜態(tài)回收是指其他幾種空氣側(cè)沒(méi)有動(dòng)態(tài)交換的回收方式。

空氣-空氣熱回收裝置的性能評(píng)價(jià)一般采用熱回收效率η表示（η= 實(shí)際傳遞量（熱或濕）/最大可能傳遞量（熱或濕））。熱回收效率η有顯熱回收效率、潛熱回收效率、全熱回收效率3種形式，工程上一般采用設(shè)計(jì)工況下的全熱回收效率。對(duì)熱回收裝置的整體效益評(píng)價(jià)，同時(shí)還應(yīng)考慮到送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)所需要的能耗。

熱回收分類及組成熱回收方式比較多，但歸納起來(lái)共兩大類。即全熱回收裝置和顯熱回收裝置。全熱回收裝置既能回收顯熱又能回收潛熱，此類裝置有轉(zhuǎn)輪式換熱器、板翅式換熱器、熱泵式換熱器等。顯熱回收裝置有中間熱媒式換熱器、板式顯熱換熱器、熱管式換熱器等。1

全熱回收裝置（1）轉(zhuǎn)輪式熱交換器

轉(zhuǎn)輪式熱交換器主要由轉(zhuǎn)芯、傳動(dòng)裝置、自控調(diào)速裝置及機(jī)體構(gòu)成，圖2為輪轉(zhuǎn)式全熱交換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。轉(zhuǎn)芯是轉(zhuǎn)輪式全熱交換器的主體，它可以采用各種不同材料和工藝制成。目前成熟的做法是采用鋁箔或合金鋼作為基本材料，添加硫酸鈉、氯化鈉和氯化鏗等吸熱劑和吸濕劑以及增加強(qiáng)度的膠料加工而成，也有采用硅酸鹽類物質(zhì)燒結(jié)而成的復(fù)合材料制作的。轉(zhuǎn)輪呈蜂窩狀，外形成輪形并轉(zhuǎn)動(dòng)。在換熱器旋轉(zhuǎn)體內(nèi)，設(shè)有兩側(cè)分隔板，上半部通過(guò)新風(fēng)，下半部通過(guò)室內(nèi)排風(fēng)，使新風(fēng)與排風(fēng)反向逆流。轉(zhuǎn)輪以一定的速度緩慢旋轉(zhuǎn)，把排風(fēng)中冷熱量收集在覆蓋吸濕性涂層的抗腐蝕鋁合金箔蓄熱體里，然后傳遞給新風(fēng)?？諝庖砸欢ǖ牧魉偻ㄟ^(guò)蓄熱體，靠新風(fēng)與排風(fēng)的溫差和水蒸汽分壓差來(lái)進(jìn)行熱濕交換。2

（2）板翅式空氣熱交換器

板翅式空氣熱交換器的材料為多孔纖維性材料全熱回收或鋁箔顯熱回收，較常見(jiàn)的板翅形狀有三角形、矩形、平滑波紋形，圖3為板翅式空氣熱交換器結(jié)構(gòu)示意圖。

板翅式換熱器芯體隔板兩側(cè)流體的流動(dòng)形式有順流式、逆流式和叉流式，最常用的是叉流式。采用叉流式流動(dòng)可以簡(jiǎn)化芯體結(jié)構(gòu)。板翅式全熱交換器芯體是采用多孔纖維性材料如特殊加工的紙作為傳熱隔板，對(duì)其表面進(jìn)行化學(xué)處理后制成單元體單元體的波紋板交叉疊積，并用膠使其峰谷與傳熱隔板粘結(jié)而組成的。芯體具備較強(qiáng)的傳熱透濕能力。當(dāng)隔板兩側(cè)氣流之存在溫度差和水蒸汽分壓力差時(shí)，兩者間就將產(chǎn)生傳熱與傳質(zhì)進(jìn)程，進(jìn)行全熱交換。芯體翅片密度通常為120~700片/m。理論上，翅片密度越大越好，因?yàn)榭梢栽黾佑行Q熱面積，但翅片密度的增大會(huì)使空氣通過(guò)芯體時(shí)的壓降加大，從而加大系統(tǒng)克服壓降的動(dòng)力消耗，如果回收的能量少于系統(tǒng)克服壓降消耗的能量就得不償失了。芯體翅片高度范圍為2~25mm，為了增加換熱面積、減小換熱器外形尺寸，目前用于空調(diào)系統(tǒng)換熱器的翅片的高度一般3mm以內(nèi)。

板翅式換熱器屬于間接接觸式中的直接傳熱式換熱器，即兩側(cè)不同溫度和濕度的流體是分開(kāi)的，當(dāng)隔層板兩側(cè)氣流之間存在溫度差和水蒸氣分壓力差時(shí)，兩者間就會(huì)發(fā)生傳熱與傳質(zhì)，從而進(jìn)行全熱交換，能量通過(guò)間壁連續(xù)地從熱流體流向冷流體。通常用ε（換熱器實(shí)際換熱量與熱力學(xué)理論最大換熱量的比值）來(lái)表示換熱器的效率，它受傳熱單元數(shù)NTU、熱容率流體質(zhì)量流量和比定壓熱容的乘積比流動(dòng)布置方式的影響?？照{(diào)系統(tǒng)中采用的板翅式換熱器兩側(cè)的流體均為單相流體，且換熱過(guò)程中由于溫度和壓力變化很小流體不發(fā)生相變，故每側(cè)流體的比定壓熱容都等于常數(shù)，因此可以認(rèn)為換熱器的效率ε與新風(fēng)量和排風(fēng)量的比值有關(guān)，和影響NTU的總傳熱系數(shù)K、換熱面積A關(guān)系密切。2

（3）熱泵式換熱器

熱泵式換熱器，能回收大量潛能。熱效率高。但是需配備壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器等一系列配套設(shè)備，其本身能耗、設(shè)備造價(jià)比較高。1

顯熱回收裝置（1）中間熱媒換熱器

中間媒體式換熱器一般在新風(fēng)和排風(fēng)側(cè)，分別使用一個(gè)空氣-液體換熱器，排風(fēng)側(cè)的空氣流過(guò)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)中的冷媒進(jìn)行冷卻。而在新風(fēng)側(cè)被冷卻的冷媒再將冷量轉(zhuǎn)移到進(jìn)入的新風(fēng)上，冷媒在泵的作用下不斷地在系統(tǒng)中循環(huán)。中間媒體式換熱器再配備上壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器等一系列配套設(shè)備，就成為熱泵式換熱器。該種換熱器能回收大量潛能，熱效率高。但是其本身能耗，設(shè)備投資造價(jià)也比較高。3中間熱媒換熱器中新風(fēng)與排風(fēng)不會(huì)產(chǎn)生交叉污染，供熱側(cè)與得熱側(cè)之間通過(guò)管道連接，管道可以延長(zhǎng)，布置靈活方便，但須配備循環(huán)水泵，存在動(dòng)力消耗，通過(guò)中間熱媒輸送，溫差損失大，換熱效率較低，在60% 以下。

（2）板式顯熱換熱器

板式和板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)相同，都是通過(guò)排風(fēng)與送風(fēng)交替逆向流過(guò)換熱隔板，靠新風(fēng)與回風(fēng)的溫差和濕差實(shí)現(xiàn)交換熱量的裝置。兩者的區(qū)別主要是換熱隔板的材料不同。板式換熱器由光滑的鋁箔、不銹鋼、塑料等板裝配而成，只能實(shí)現(xiàn)顯熱回收。板翅式換熱器中隔板和板翅采用了一種特殊加工的紙或膜，并對(duì)其表面進(jìn)行特殊處理后制成單元體黏結(jié)在隔板上，材料具有良好的傳熱性和透濕性，當(dāng)進(jìn)排氣的兩側(cè)存在溫差和水蒸氣壓力差時(shí)就會(huì)產(chǎn)生熱濕交換，從而可實(shí)現(xiàn)全熱回收，一般換熱效率為50%～70%。

板式和板翅式換熱器兩側(cè)氣流的流向有叉流和逆流兩種形式，逆流和叉流的換熱效率約為1：0.75，逆流型應(yīng)用較多，熱回收效率較高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，氣流密封性差。叉流型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣體密封性較好，但換熱效率較低。

板式和板翅式換熱器的換熱材料有： ①顯熱類：鋁箔、不銹鋼、塑料等；②全熱類：多孔纖維材料、紙、膜等。

（3）熱管式換熱器

熱管是一種借助工質(zhì)(如氨、氟利昂-11、氟利昂-113、丙酮、甲醇等)的相變進(jìn)行熱傳遞的換熱元件。典型的
熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成，在抽成真空的管子里充以適當(dāng)?shù)墓ぷ饕?，靠近管子?nèi)壁貼裝吸液芯，再將其兩端封死即成熱管。熱管既是蒸發(fā)器又是冷凝器，熱管換熱器就是由這些單根熱管集裝在一起，中間用隔板將蒸發(fā)段與冷凝段分開(kāi)的熱回收裝置。3熱管式換熱器無(wú)需動(dòng)力消耗，借助另一介質(zhì)的相變來(lái)傳遞熱量，傳遞效率較低。1

空調(diào)中常用熱管按結(jié)構(gòu)形式可分為3種不同的情形：整體式吸液芯熱管、整體式熱虹吸管（重力熱管）、分離式熱管。

優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)轉(zhuǎn)輪式換熱器：

（1）換熱效率高，能同時(shí)回收顯熱、潛熱；

（2）回收效率比較高，能應(yīng)用于較高溫度的排風(fēng)系統(tǒng)；

（3）通過(guò)轉(zhuǎn)速控制，適用于不同的室內(nèi)外空氣參數(shù)；

（4）能通過(guò)降低轉(zhuǎn)速來(lái)防止霜凍，無(wú)需采取其他輔助防霜凍措施。

板式和板翅式換熱器：

（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行安全、可靠；

（2）無(wú)傳動(dòng)設(shè)備，不消耗動(dòng)力；

（3）設(shè)備費(fèi)用較低。

熱管換熱器：

（1）無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件、不需要?jiǎng)恿υ础⑦\(yùn)行安全可靠；

（2）可應(yīng)用于不同相態(tài)間流體的能量回收；

（3）新排風(fēng)部分不會(huì)交叉感染，可應(yīng)用于排風(fēng)有污染的場(chǎng)所；

（4）風(fēng)阻低，冷凝水易于排出。

中間媒體式換熱器：

（1）送排風(fēng)完全隔離，無(wú)交叉污染情況；

（2）供熱側(cè)與得熱側(cè)之間通過(guò)管道連接，管道可以延長(zhǎng)，布置靈活方便，受空間限制小。

缺點(diǎn)轉(zhuǎn)輪式換熱器：

（1）裝置較大，通風(fēng)截面利用率低，占用建筑面積和空間多；

（2）壓力損耗較大，自身需要消耗動(dòng)力；

（3）有少量滲漏，無(wú)法完全避免交叉污染；

（4）設(shè)備造價(jià)較高。

板式和板翅式換熱器：

（1）設(shè)備體積大，須占用較大建筑空間；

（2）風(fēng)速大時(shí)，產(chǎn)生強(qiáng)大的阻力和噪聲，甚至吹破膜片；

（3）難清洗，會(huì)積存冷凝水，導(dǎo)致霉菌滋生；

（4）空氣質(zhì)量較差時(shí)，換熱材料易堵塞。

熱管換熱器：

（1）傳熱效率較低，顯熱回收效率為50%～70%，不能回收潛熱；

（2）熱管在使用一段時(shí)間后，由于熱管積灰結(jié)垢、露點(diǎn)腐蝕等原因，傳熱效率會(huì)明顯下降。

中間媒體式換熱器：

（1）須配備循環(huán)水泵，存在動(dòng)力消耗；

（2）通過(guò)中間熱媒輸送，溫差損失大，換熱效率較低，在30%～40%左右。3

使用注意事項(xiàng)轉(zhuǎn)輪式換熱器：

（1）要根據(jù)處理空氣的特性選擇合適的轉(zhuǎn)輪材料；

（2）為避免長(zhǎng)期不用時(shí)轉(zhuǎn)輪不平衡，宜設(shè)有定時(shí)短期運(yùn)行的啟停裝置；

（3）為減少交叉污染，保證扇形凈化區(qū)的正常工作，應(yīng)保證新風(fēng)側(cè)風(fēng)壓比排風(fēng)側(cè)風(fēng)壓高200Pa以上；

（4）轉(zhuǎn)輪熱回收不適合在醫(yī)院、生物潔凈室等場(chǎng)合使用，以避免產(chǎn)生交叉感染；

（5）一般迎面風(fēng)速為2～4m/s。

板式和板翅式換熱器：

（1）板翅式熱回收對(duì)空氣溫度，清潔度有一定的使用限制要求；

（2）進(jìn)、排風(fēng)均應(yīng)裝設(shè)過(guò)濾器，以防止換熱材料堵塞，減少維護(hù)工作量；

（3）板翅式熱回收存在一定的交叉感染，不適合在醫(yī)院、生物潔凈室等場(chǎng)合使用；

（4）板翅式熱回收效率將隨使用時(shí)間的延長(zhǎng)和換熱芯體含塵量的增加而降低。

熱管換熱器：

（1）要注意熱管材料和換熱介質(zhì)的選擇；

（2）熱管的蒸發(fā)段和冷凝段需隨季節(jié)的變化而交替切換，需配有季節(jié)轉(zhuǎn)換裝置；

（3）應(yīng)配置冷凝水排放裝置。3