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热回收技术在排风系统中的应用情况

点击:2425 日期:[ 2014-04-26 21:35:43 ]
                       热回收技术在排风系统中的应用情况                                张谷1戴石良1,2     (1.南华大学城市建设学院衡阳421001;2.湖南衡阳三力高科技公司衡阳421001)     【摘要】阐述了排风热回收系统的重要意义,介绍几种不同类型的热回收设备,重点介绍一种新型的热回收方式——热质循环能量回收方式(热质微循环和大循环技术);分析这种能量回收方式的回收原理及其在排风热回收领域的优势。同时展望这一技术的发展。     【关键词】热回收;热质循环;空调     中图分类号:TU111文献标识码:B     文章编号:1671-6612(2008)06-126-04     0·引言     空调系统作为建筑物的主要能耗之一,目前空调能耗已经达到建筑能耗的60%以上,空调系统所消耗的能源总量已超过我国一次能源总量的20%[1]。随着人们生活水平的提高,建筑物的室内空气品质越来越被人们所重视。对新风量提出了更高的要求。据调查,空调工程中处理新风的能耗大致要占到总能耗的25%~30%,对于高级宾馆和办公建筑可达40%[2]。空调系统的节能性和经济性已越来越受到相关机构和人士的重视。在十七大精神中也明确提出了节能减排的要求。     传统的方式把空调房间的热量排放到大气中既造成城市的热污染,又白白的浪费了热能。目前利用空调排风中的余冷余热来预处理新风,以减少处理新风所需的能量,降低机组负荷得到了很好的研究和应用。特别是针对工业厂房及大空间,拥有很大的排风量。应用热回收方式可以节约大量能源。     对空调系统的排风进行热(能)回收有很多优点[3]:     (1)对新风进行预处理,减小空调运行负荷,节约运行费用。     (2)减小空调系统的最大负荷,减小空调系统的型号,节省初投资。     (3)在节约能源的同时可以加大室内的新风比,提高室内空气品质。     (4)夏季排风温度的降低,减小向外的排热量,降低热污染,缓解热岛效应。     有关数据显示当显热热回收装置效率达到70%时,就可以使供暖能耗降低40%~50%甚至更多[4]。     1·几种常见的空调热回收设备     常见的热回收设备有转轮式、板翅式全热换热器和热管式、中间冷媒式显热换热器。其中根据热量回收方式分为全热回收和显热回收。所谓全热换热器是用具有吸湿作用的材料制作的,它既能传热又能传湿,可同时回收显热和潜热。显热换热器用没有吸湿作用的材料制作,只有传热,没有传湿能力,只能回收显热。     1.1全热回收装置     1.1.1转轮式换热器     转轮式换热器由转轮、传动机构、外壳与再生用电加热器组成。转轮的中央设有隔板用以分开新风和排风,转轮由电机通过皮带传动,转数一般为3~20转/分钟。它是通过排风与新风交替逆向流过转轮来传递热量的。其优点是热回收效率高,可达70%~80%[5]。      管理维护简单,在多数情况下不失为一种较理想的除湿设备。但是转轮式换热器是两种介质交替转换,不能完全避免交叉污染,故流过的气体必须是无害物质,同时体积较大占用了较多的建筑空间,使用期间应考虑出现冷凝水、结冰带来的不良后果,以及集中的新风与排风要求给系统布置造成的不便[6]。     1.1.2板翅式换热器板翅式换热器是板式换热器的一种,板式换热器是传热设备中应用最广泛的设备之一,分为平板式显热换热和板翅式全热换热器两种,它利用热量总是由高温物体自发地传向低温物体,当两种流体存在温度差,就必然有热量进行传递。     板翅式换热器作为全热交换器,在排风热回收领域,得到了更多的研究与应用。它采用了经特殊加工的纸张作为基材,并对其表面进行特殊处理后制成单元体粘结在隔板上。当隔板两侧的气流之间存在温度差和水蒸气分压力差时,两股气流之间将产生传热和传湿过程,从而进行全热交换[7]。其优点为结构简单,新、排风互不接触,无交叉污染,无传动部件,运行可靠使用寿命长。其缺点是通过气流受到露点温度的限制,凝结水,结冰现象使其寿命下降。     1.2显热回收装置     1.2.1中间冷媒换热器     在新风和排风侧,分别使用一个气液换热器,排风侧的空气流过时,对系统中的液体进行加热(或冷却);而在新风侧被加热(或冷却)的冷媒再将热量(或冷量)传递给进入的新风,液体在泵的作用下不断的循环。新风与排风不会产生交叉污染,供热侧与得热侧之间通过管道连接,管道可以延长,布置灵活方便,但是须配备循环泵,存在动力消耗,通过中间液体输送,温差损失大,换热效率低,一般在40%-50%之间[7]。     1.2.2热管换热器     热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的高效传热元件,它可以将大量热量通过其很小的截面积长距离地传输而无需外加动力。热管以其构思巧妙、传输温差小、适用温度范围广、可调控管内热流密度等众多优良特性。在能量回收和余热利用方面已显示出其独特的作用。     在暖通空调实际应用过程中,通常采用不锈钢或铜作为热管壳体,甲醇、丙酮、水等作为工作介质,毛细管芯则通过计算来选取。     热管换热器属于冷热流体互不接触的表面式换热器,它具有的占地小、无转动部件、运行安全可靠、换热效率高等优良特性,为工程选用创造了便利条件[8]。     热管一端为蒸发端,另一端为冷凝端,热管一端受热时,液体迅速蒸发,蒸汽在微小压力差作用下流向另一端,并且快速释放热量,而后重新凝结成液体,液体再沿多孔材料靠毛细作用流回蒸发端。如此循环,热量可以源源不断地进行传递。     2·热质循环能量回收方式     2.1热质循环能量回收方式研究现状     热质循环能量回收是利用热质微循环和大循环技术,即Micro Heat&Mass Cycle和Macro Heat&Mass Cycle,统一简称为MHMC。MHMC由国际知名的可再生能源和节能专家,英国Nottingham大学建筑学院院长Saffa Riffat教授和湿能空调发明者,英国Nottingham大学特聘教授袁一军先生创立的一种传质传热理论。该理论特别适用于能量回收领域。文献[9]设计一种利用溶液作为全热回收的媒介,利用室内的回风,对新风进行全热回收处理,并与热泵系统相结合的空调器,利用热泵系统主要处理显热负荷,利用溶液系统主要处理湿负荷,溶液再生所需要的能量则利用了热泵的废热。同时对两种机型进行了理论分析与实测研究。文献[10]在研究溶液除湿空调系统冬季运行方式,提出了适应冬季工况的热回收运行模式,对系统进行了测试与分析。文献[11]在SPF实验动物房中,对溶液为媒介的全热回收装置和板式全热换热器进行了全面的经验性比较。对于SPF实验动物空调系统,溶液全热回收装置比板式换热器节能39%,同时还能起杀菌、过滤作用,有利于改善洁净室空气品质。文献[12]分析了制约溶液除湿全热回收装置效率的主要因素,并进行了优化分析。它与溶液除湿/再生过程有很大相似点,有关溶液除湿/再生热质交换的相关理论与实验研究,都为这一技术的发展提供参考。     2.2热质循环能量回收方式回收原理     热质循环能量回收系统由热质回收芯(HMRC+)、热质释放芯(HMRC-)、循环溶液、溶液泵和储液罐组成。其中的关键设备是热质回收芯和热质释放芯。其中进行的主要是溶液与空气之间的热质交换。热质传递的方向取决于温差和水蒸气分压力差。当溶液与高温高湿的空气接触,由于空气的温度和水蒸气的分压力大于溶液表层空气的温度和水蒸气分压力,溶液被加热稀释,将热量储存在溶液中;当溶液和低温干燥的空气接触时,由于空气的温度和水蒸气分压力小于溶液表面层空气的温度和水蒸气分压力,溶液被降温浓缩,溶液将热量释放出来。中间通过溶液的循环实现热量的传递。     图1是热质循环能量回收系统原理图。以冬季为例,热湿空气1可以认为是空调或车间的冬季排风,通过与溶液的热质交换,在热质回收芯内完成热质微循环。将热量传递到溶液中,变成干冷空气排向室外。通过热质交换后的高温稀溶液,流到储液罐内。再通过溶液泵,将溶液运到热质释放芯,与新风进行热质交换。实行新风预热的目的。而溶液流回另一个储液罐。通过溶液的流动(热质大循环)实现热量的回收。          2.3热质循环能量回收方式的优点     从节能角度,该系统能够有效的利用冬季排风的热量特别是工业的高温排风,有效的预热新风,也可以利用夏季空调排风,有效的预冷新风。从而可以很好的降低新风负荷,并且回收是全热回收,回收效率高,可以有效的实现空调系统的节能运行。     从环境角度,溶液处理空气,可以吸收空气中的无机和有机污染物,溶液的循环代替了转轮的机械旋转,从而避免了气流之间的交叉污染。通过溶液的喷洒,可以除去空气中的灰尘、细菌、起到净化的作用[11]。只要在系统中加入溶液净化装置,定期的对溶液进行过滤,就可以很好的实现整个系统的净化能力。同时,可以减少对空气中的排风,减少废热的排风,对整个大环境,起到预防温室效应的作用。     从系统运行的角度,由于这种热量的传递是通过溶液的流动,所以可以实现远距离的传递。针对排风和新风距离较远的场合和很适用。同时在寒冷的季节,可以有效的防止新风进口结霜、结冻。     3·结论     (1)对排风进行热回收对提高能源利用效率、降低能耗和改善环境有重要的作用和广阔的前景。我们可以根据不同情况,采用合适的热回书方式。     (2)利用溶液循环实现新风和回风的热湿交换,热回收效率高,可以使新风处理能耗大大降低,,从而使得空调系统加大新风量。热回收器中的盐溶液具有良好的杀菌作用,可以除区空气中尘埃、细菌等有害物质,对提高室内空气品质有很大的帮助。     (3)热质循环技术在热回收领域有着不可比拟的优势,但应用还处在初级阶段,还有待于暖通专业的研究人员,对其进行改善,促进这样技术的完善和发展。 参考文献: [1]张天伟,张吉光,韩海涛.空调系统的节能措施[J].制冷与空调,2005,19(1):28-30. [2]庄琛,顾平道,李英娜.热管换热器在宾馆排风能量回收中的经济性分析[J].制冷与空调,2004,18(3):79-82. [3]Robert W Besant,Carey J Simonson.Air-to-air energyrecovery[J]. ASHRAE Journal.2000. [4]江亿.我国建筑能耗状况及有效的节能途径.暖通空调[J],2005,35(5):30-40. [5]赵德飞,刘东,董宝春.空调系统排风热(冷)量回收经济性分析[J].节能技术2005,9:5. [6]李国庆,徐海卿,涂淑平.热管换热器在空调热回收中的应用[J].工业技术2007,10:23. [7]赵建成,周喆,张海涛,等.排风热回收系统在空调工程中的应用[J].建筑科学,2006,6(A)70-72. [8]杨昭,吴志光.热管热回收装置在空调系统中的应用研究[J].热管技术与应用,2004:14:16. [9]丁胜华.溶液媒介能量回收新风空调器的实验研究[D].浙江大学,2005. [10]陈晓阳,江亿,刘翔,等.溶液除湿空调系统冬季运行模式分析与测试[C].全国暖通空调制冷.2004年学术文集,2004. [11]韩俊召,裴清清.溶液全热回收装置在SPF实验动物环境中的应用分析[J].洁净与空调技术,2007,1. [12]刘晓华,刘拴强,李震,江亿.溶液传热回收装置及其优化分析[J].太阳能学报,2007,(7). [13]DG wangaman,A laini,CFKettleborough.A review ofdesiccant cooling  systems[J].Journal of EnergyResources Techology,1993,115:1-8.
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