熱回收技術(shù)在建筑環(huán)境與設備工程中的有效應用

王 坤

(山西中方森特建筑工程設計研究院,山西 太原 030002)

在建筑工程施工和使用的過程中需要消耗大量能源，其在社會總能耗中占比較高，且呈持續(xù)上升趨勢，這對自然生態(tài)環(huán)境帶來了嚴重的負面影響，對此，我們應采取科學的技術(shù)減少設備運行過程中的能源消耗，改善我國建筑環(huán)境。

1 熱回收技術(shù)概述

1.1 熱回收循環(huán)理念

在部分發(fā)達國家，新風換氣機能量交換技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應用，且該技術(shù)在長期的發(fā)展和應用中也逐漸走向成熟。相關(guān)學者認為通過計算分配新風量與回收舊風量的比值，能夠得出空調(diào)系統(tǒng)能量回收設備節(jié)約的能源。其一方面可有效保證室內(nèi)空氣的質(zhì)量，另一方面還可將空調(diào)機制冷與恒溫換氣設備充分地結(jié)合在一起，進而更加合理地融合風系統(tǒng)或制冷系統(tǒng)以及供熱系統(tǒng)來回收空調(diào)系統(tǒng)當中的部分能量。

1.2 熱回收循環(huán)研究進展

現(xiàn)階段主要采用余熱或預冷室外空氣的方式來降低建筑能耗，其主要是將冷卻器或加熱器與新風入口連接在一起，當新風進入到空調(diào)前首先要經(jīng)過余熱和預冷處理，進而起到降低新風負荷的作用。工作人員可利用多種類型的冷卻器或加熱器來回收能源，進而預熱和預冷新風，在充分利用自然資源的同時也能夠有效保證室內(nèi)的舒適性和宜居性。計算不同因素影響下空調(diào)系統(tǒng)運行后，室內(nèi)溫度的比值是研究新風預處理與熱回收設備運行效率的主要方式。

1.3 制約熱回收循環(huán)應用的主要因素

熱能形式轉(zhuǎn)換時，墻體與玻璃窗外圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導出現(xiàn)較大損失，這也是當前建筑材料技術(shù)應用過程中無法規(guī)避的浪費現(xiàn)象。在研究的過程中可借助熱系統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)探索節(jié)能的方式方法，以能量守恒定律為基礎最大限度地減少循環(huán)系統(tǒng)中的能量損失，實現(xiàn)節(jié)能的目的?；蛘咭部刹捎矛F(xiàn)有的主流技術(shù)來減少熱量損失，以提高能源循環(huán)利率。

另外還可采用液體循環(huán)式顯熱回收裝置與建筑通風系統(tǒng)相結(jié)合的方式，保證換氣量的充足供應，提高熱回收的質(zhì)量。而且在空調(diào)系統(tǒng)制冷的過程中一定會產(chǎn)生較多的熱能，我們可通過熱能收集裝置來收集熱能，將其進行加熱蓄水處理，以供家庭生活使用，之后再將釋放到自然界之中的熱風實行回收處理，完成對水源的加熱，充分發(fā)揮其功效。

2 熱回收系統(tǒng)的原理及結(jié)構(gòu)

熱回收系統(tǒng)利用剩余的冷量或熱量來處理新風，從而減少空調(diào)系統(tǒng)運行過程中的能源消耗。當前，熱回收系統(tǒng)中的設備主要有三個，分別為板翹式全熱回收器、熱管式顯熱交換器、轉(zhuǎn)輪式全熱交換器，以下筆者將進行詳細闡述。

2.1 板翹式全熱回收器

這一裝置的板翹和隔板間夾一張紙，其厚度較小，同時導熱性較強，若在空調(diào)運行過程中兩側(cè)出現(xiàn)較大溫差時，兩側(cè)的能源和濕度可有效交換，將多余能量全部回收，減少能源消耗?；诖?，這種設備主要可吸收排風中的剩余能量。

2.2 熱管式顯熱回收器

這一裝置運行的過程中，熱管為密封真空金屬管，且管內(nèi)有適量冷媒，因此若熱管一端受熱，液體吸收熱量就可實現(xiàn)氣化功能，同時受到壓力的作用，氣體流向熱管的另一端，并釋放熱量，熱量會以較快的速度冷凝，成為液態(tài)形式，之后貼壁金屬網(wǎng)的毛細管抽吸液態(tài)的冷媒回到受熱階段，又因為傳統(tǒng)熱管式交換熱率較低，通常在采取有效措施加以改進后，還會在熱管外設置翹片，進而有效提高回收的效率。這種回收裝置當中只有一根管子具有蒸發(fā)、絕熱和冷凝的功能，因此設備靈活性不足，如圖1所示。

2.3 轉(zhuǎn)輪式全熱回收器

這種裝置主要采用鋁箔制作而成，其表面也會涂抹一部分二氧化硅，起到吸收濕氣的作用。其主要是將空調(diào)運行之中所產(chǎn)生的75%多余冷量進行有效的回收再利用，也就是說在設備運轉(zhuǎn)的過程中，其中的一側(cè)轉(zhuǎn)輪可直接吸入排風，之后經(jīng)過科學有效的處理將冷量傳遞給轉(zhuǎn)輪，而另外一側(cè)轉(zhuǎn)輪可直接吸收新風，從而實現(xiàn)新風制冷的功能，這一技術(shù)也成為了當前發(fā)展速度較快的高效換熱器，見圖2。

2.4 盤管環(huán)路式熱回收器

該裝置主要是新風一側(cè)和排風一側(cè)各添加一個換熱盤管，回路連通的盤管之內(nèi)含有工作流體，將泵作為動力源，如此得以實現(xiàn)循環(huán)的過程。在夏季，排風位置的盤管將冷量傳遞給工作流體，工作流體可將工作介質(zhì)傳送到新風處的熱管當中，可直接冷卻新風，而冬季則剛好相反，排風處的盤管將熱量傳遞給工作流體之后，工作流體可將介質(zhì)傳遞給新風處的熱管，從而達到加熱空氣的目的。

3 熱回收的現(xiàn)狀與應用分析

水冷制冷機組運行的過程中所產(chǎn)生的冷凝熱通常經(jīng)過冷卻之后排入到大氣當中，其可對環(huán)境構(gòu)成較為嚴重的熱污染，所以要做好冷凝熱回收工作，并使其用以加熱生活用水，最大限度提高能源利用率。冷凝熱主要分為兩個部分，其分別為過熱蒸汽的熱量和制冷劑兩相相變的熱量和過冷熱量。熱蒸汽一般在45 ℃～90 ℃，相變熱量一般在40 ℃～45 ℃，而熱水的熱量為60 ℃，因此應結(jié)合兩種熱量的性質(zhì)采取直接和間接回收的方式利用冷凝熱。

3.1 雙冷凝器熱回收

該技術(shù)主要是在壓縮機和冷凝器當中加設一個熱回收器用以回收冷凝熱，對于熱交換器當中流出的制冷劑，由后方的冷凝器吸收剩余的熱量，該技術(shù)可結(jié)合實際的要求，直接回收制冷機組運行過程中產(chǎn)生的剩余熱量。并且其可在顯熱上設置一部分潛熱進行一次性或循環(huán)加熱，以此保證水溫達到相應要求，該技術(shù)在中央空調(diào)冷水機組中應用較為廣泛，且其在家用空調(diào)中也得到了很好的應用，故而該技術(shù)成為了家用空調(diào)十分常見的熱回收方式。

現(xiàn)如今，我國的家用空調(diào)熱回收技術(shù)取得了較為明顯的進步，該技術(shù)可將空調(diào)器中壓縮機排出的高溫高壓制冷劑蒸汽注入到熱水換熱設備中，從而實現(xiàn)熱量交換。對生活熱水進行有效加熱。若換熱器可獨立承擔冷媒熱量，則無需使用風冷冷凝器，而若不能獨立承擔冷媒則應采用風冷和水冷冷凝器來承擔冷凝過程中產(chǎn)生的負荷。

3.2 熱泵回收

水冷技術(shù)的水溫通?？刂圃?0 ℃～38 ℃，其為低品質(zhì)熱能，若要對冷卻水進行有效的回收和利用，則應采用熱泵技術(shù)。組裝一套熱泵回收裝置，其主要由制冷機組與熱泵機組構(gòu)成。若冷水機組和熱泵機組同時工作，則其可通過空置冷卻塔的風機來調(diào)節(jié)冷卻水的回水水溫，以電動三通閥來控制冷區(qū)二塔冷卻水流量與蒸發(fā)器的流量比例，從而保證熱泵蒸發(fā)器的出水溫度一直處在32 ℃以下，保證冷水機組的運行效率。這種方式主要利用并聯(lián)熱泵機組的方式以冷凝熱作為主要熱源完成熱水的制備。該技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)改造中具有較好的應用前景，但是該技術(shù)需要較大的資金投入，運行過程中也需要耗費大量的資金，且技術(shù)控制具有較強的復雜性，所以在應用的過程中也會出現(xiàn)各類不同的問題，比如，熱水的溫度無法滿足設計的要求，進而影響了水資源的利用質(zhì)量。

3.3 相變材料回收空調(diào)冷凝熱

這一技術(shù)是一種新型的應用方式，該技術(shù)利用蓄熱器取代了雙冷凝器回收技術(shù)當中壓縮機出口位置的冷凝器，同時其采用與常規(guī)風冷冷凝器或冷卻塔連接的方式，可回收常規(guī)的風冷冷凝器或冷卻塔排除熱回收系統(tǒng)當中無法儲存的熱量。該系統(tǒng)溫度主要隨冷凝溫度的變化而發(fā)生變化。起初常規(guī)的風冷冷凝器處于關(guān)閉狀態(tài)，采用過熱段制冷劑顯熱和冷凝潛熱加熱相變材料，冷凝壓力會隨著蓄熱器當中變相材料溫度的變化而變化。在系統(tǒng)冷凝壓力達到極限時，應及時開啟風冷冷凝器，進而將多余的熱量釋放出來，降低冷凝壓力。這時蓄熱器依然能夠利用氣態(tài)制冷劑完成相變材料的處理工作，從而提高相變材料的溫度，若相變材料的溫度達到規(guī)定數(shù)值后，系統(tǒng)將會自動恢復到冷凝模式。

4 結(jié)語

當前，人們對居住環(huán)境的要求越來越高，暖通設備應用越來越廣，能源消耗越來越多。為了減少能源消耗，應采取有效措施不斷提高空調(diào)設備的使用效率，回收空調(diào)廢熱及余熱，進而達到節(jié)能的目的。所以在建筑環(huán)境與設備工程中，有必要科學利用熱回收技術(shù)，以此保證節(jié)能環(huán)保目標的盡快實現(xiàn)。