空氣能量回收裝置的節能分析

曲麗惠　耿鵬鵬

[摘要]空氣能量回收裝置是在新風和排風之間進行熱濕交換，回收室內排風中的能量，對新風進行預熱（預冷）的裝置。本文介紹了空氣能量回收裝置的不同形式及其特點，描述了國內外的研究現狀，指出使用空氣能量回收裝置時應當根據空氣處理方式和室外氣象條件的變化采取不同調節方式，以達到良好的節能效果。

[關鍵詞]空氣能量回收，節能，全熱，顯熱

[中圖分類號]S210.4 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0412-01

1 引言

近十幾年來，我國經濟的快速發展帶來了人們生活水平的大幅度提高，人們對生活舒適度的要求也越來越高，加之我國大部分地區的氣候條件需要采曖空調，使得采曖空調設備的使用率提高，這勢必要造成能耗的增長。而在我國能量總消費量中，建筑能耗所占比例已由1978年的10%上升到2001年的27.45%，其中采曖空調能耗占建筑總能耗的55%左右，提倡建筑節能尤其是采暖空調系統節能迫在眉睫。為了實現建筑節能一般采取的措施有兩條，一是提高圍護結構的密封保溫隔熱；二是提高采暖空調系統的用能效率。圍護結構密封性的提高造成了一些空氣品質下降的問題，尤其是前年的非典，對空調新風量有更高的要求。但增大新風量勢必會造成用能的增加。據調查，在建筑物的空調負荷中，新風負荷所占比例比較大，一般占空調總負荷的20%～30%。空調運行中引入新風的同時，要排走室內的部分空氣，排走的空氣帶走部分能量，而同時又投入能量來處理新風。如果在系統中安裝能量回收裝置，用排風中的能量來處理新風，就可以減少處理新風所需的能量，降低機組負荷，提高空調系統的經濟性。

2 空氣能量回收裝置的分類及性能比較

迄今為止，國內外使用和研究的空氣能量回收裝置主要有以下幾種：轉輪式、靜止平板式、盤管回收環式、熱管式、雙塔回收環式等。

轉輪式空氣能量回收裝置是在轉動過程中讓排風與新風以逆向或同向流過轉輪面釋放和吸收能量。根據轉輪的轉芯的材質可分為全熱轉輪空氣能量回收裝置和顯熱轉輪空氣能量回收裝置。全熱轉輪能量回收裝置的轉芯由可吸濕材料卷繞成蜂窩狀而成的，可同時在新風和回風之間進行熱量和濕量交換。顯熱轉輪回收裝置的轉芯不能吸濕，新風和回風之間只能進行顯熱交換。

靜止平板式空氣能量回收裝置的核心部件是由分層的平板分隔和封閉后形成送風和回風通道的板式熱交換器，它沒有轉動部件，根據平板的材質是否吸濕也可以分為全熱板式和顯熱板式空氣能量回收裝置。

盤管回收環式空氣能量回收裝置在排風和送風管道上分別裝有盤管。兩盤管間由管道連接起來，用一循環泵使管道中的液體（通常是水或乙二醇溶液）在兩盤管問循環，從而使排風和送風間的能量通過盤管和中間介質進行交換。這種能量回收裝置只能在新風和排風之間進行顯熱交換。

熱管式空氣能量回收裝置的能量回收原理是在熱管內充注一定量的工質，送風和回風分別流經熱管的兩端，通過熱管中工質的反復冷凝和蒸發來傳遞熱量，達到能量回收的目的。熱管式能量回收裝置只能進行顯熱交換。

雙塔回收環式空氣能量回收裝置通過泵使吸收液在送風塔和排風塔之間循環，新風、排風通過送風塔和排風塔進行熱濕交換，是一種全熱式能量回收裝置。

3 研究現狀

3.1 空氣能量回收裝置的理論和實驗研究

對空氣能量回收裝置的理論和實驗研究作為空調能量回收的基礎研究，主要是建立能量回收過程的數學模型，揭示節能機理，建立計算能量回收效率、阻力的計算分析公式，為空氣能量回收裝置的設計制作和結構改進提供理論依據。

Simonson等從非線性的耦合的熱濕交換方程組中推導了轉輪式空氣能量回收裝置的全熱交換的基本無量綱數。研究發現熱濕交換的無量綱數與顯熱交換的無量綱數類似，都是運行的溫度和濕度的函數，另外還與吸附材料的特性有關。為了突出運行狀態在熱濕交換中的重要性，作者定義了一個運行狀態系數（H*），它表示潛熱與顯熱能量的比值。

龍恩深進行了熱管式空氣能量回收裝置的優化設計。作者優化分析的結果認為設計效率為80%比較合理，冷熱回收裝置的阻力應當控制在150Pa以內。結合優化設計的結果，作者對冷熱回收器的經濟效益進行了分析發現，運行費用的節省和設備初投資的回收年限主要取決于系統全年運行時間，對于全年運行時間小于1000～時的地區或空調系統，加裝冷熱回收器的優越性主要體現在降低峰值冷負荷，減少系統初投資。

L.Z.Zhang等對采用了多孔滲透膜的能量回收空調機進行了理論分析，提出了具體的熱質交換模型。當冷熱空氣流經隔膜時發生熱質交換，回收冷（熱）量。對隔膜單元的熱質交換分析發現，當冷熱空氣呈交叉流時，隔膜并未完全用于熱質交換；當冷熱氣流呈逆流時，顯熱、潛熱及焓效率有所提高。

3.2 空氣能量回收裝置在工程中應用的節能效果分析

對空氣能量回收裝置在工程中應用的節能效果分析分為兩種：一種是對具體工程進行節能分析；另一種是研究如何調節能量回收裝置以獲得最大的節能效益。

3.2.1 實際工程采用能量回收裝置后的節能效果分析

長春市冬季室外計算干球溫度為-26℃，如果直接引入新風必須要在新風處理機組出口安裝電加熱器，但這樣會使年耗電量大幅度增長。針對這種情況采用了空氣能量回收裝置，在排風排至室外前先與新風進行熱交換。侯佳敏分別對系統的冬夏季運行進行了節能分析，發現由于長春冬季寒冷，但夏季室外溫度并不是很高，所以采曖季能量回收比空調季要多，大約是空調季的10倍。因此能量回收量的多少與地理位置和氣候有很大的關系。

研究主要是針對某個具體工程實例進行分析，對同類建筑的設計提供了參考。但空氣能量回收裝置的節能效果隨所在地點的氣候條件和空氣調節方式的不同而不同，因此不能簡單的將計算結果推廣到其他建筑使用。

3.2.2 提高能量回收裝置的節能效益的研究

鄧宇春用區域搜索算法分析了定風量、定新風比的蒸汽加濕表冷式空調系統使用全熱轉輪能量回收裝置、透濕膜全熱板式能量回收裝置和顯熱能量回收裝置時空調系統設備能耗特點，比較了不同類型的回收裝置的節能效果。

4 結論

采用空氣能量回收裝置回收排風的能量來預冷（熱）新風，來減少空調系統的能耗是可行的。但能量回收裝置全年的回收能量效果除了與裝置本身的特性有關，還取決于應用空氣能量回收裝置的空調系統的空氣方式和根據室外氣象條件的變化采取的能量回收調節方式。若不根據室外氣象條件的變化采用相應的能量回收調節方式，隨著室外氣象條件的變化，使用空氣能量回收裝置有可能會增加空調系統的能耗。