淺談熱管熱回收系統(tǒng)的工程應(yīng)用

楊暢

上海市安裝工程集團有限公司 上海 200436

引言

能源問題是現(xiàn)今社會關(guān)注的重要問題，其中在總能源消耗中，建筑能耗占了相當大的比重。近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展及空調(diào)系統(tǒng)的普及，空調(diào)系統(tǒng)的能耗問題已受到越來越多人的關(guān)注。同時，人們對居住環(huán)境的空氣品質(zhì)的關(guān)注，勢必會加大新風系統(tǒng)能耗。

目前，新風負荷在建筑物空調(diào)負荷重占相當大的比重。在中國的絕大多數(shù)城市中，在夏季，排風溫度（25～28℃）要比室外空氣溫度（32～38℃）低；在冬季，排風溫度（20～25℃）要比室外空氣溫度（5～10℃）高。新排風熱回收系統(tǒng)作為空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能中的一項重要措施，如果采用合理的裝置從排風所攜帶的冷/熱量中回收部分能量來處理新風，可以節(jié)約本來由制冷或制熱機組承擔的新風負荷，從而提供空調(diào)系統(tǒng)的效率。排風熱回收設(shè)備的設(shè)置，最多可以節(jié)約70%～80%的新風負荷，節(jié)約的能量占空調(diào)總負荷的10%～20%。隨著國民生活水平的提高，室內(nèi)空氣品質(zhì)也越來越受到重視。排風熱回收裝置的使用可以在節(jié)能的同時增加室內(nèi)的新風比例，有效地提高室內(nèi)空氣品質(zhì)。

1 項目概況

蘇州廣播電視臺總臺現(xiàn)代傳媒廣場工程位于蘇州工業(yè)園區(qū)，總建筑面積為325656.96m2，建筑高度不超過214.8m，耐火等級為一級的超高層綜合樓。地上部分共2棟塔樓，主塔樓為42層辦公樓，主塔樓低區(qū)裙房為演播樓，建筑面積為139349.64m2；副塔樓為38層五星級酒店和公寓，建筑面積為84523.4m2；地下建筑面積為101783.92m2。最有特色的為建設(shè)于整個地塊東南面的廣電自用演播樓，演播樓為全鋼結(jié)構(gòu)，其中2000m2演播廳平面尺寸36.00m×47.95m，層頂標高29.80m，凈高23.85m，屬超大空間超大容量建筑[1]。

2 各種常見熱回收設(shè)備

在空調(diào)熱回收系統(tǒng)中，目前較為常用的有轉(zhuǎn)輪式換熱器、板式換熱器、盤管熱環(huán)式換熱器、熱泵和熱管換熱器。

2.1 轉(zhuǎn)輪式換熱器

它是一種全熱換熱器，由轉(zhuǎn)輪、傳動機構(gòu)、外殼組合。轉(zhuǎn)輪式換熱器是通過排風與新風交替逆向流過轉(zhuǎn)輪并各自釋放或吸收熱量。排風由轉(zhuǎn)輪一側(cè)的入口吸入，將所含的部分冷量（或熱量）傳遞給轉(zhuǎn)輪；而新風從轉(zhuǎn)輪的另一側(cè)吸入，轉(zhuǎn)輪以15～20r/min的速度旋轉(zhuǎn)，將積蓄在轉(zhuǎn)輪上的冷量（或熱量）傳遞給新風。其優(yōu)點是熱回收效率高，可達70%～85%，且中間有清洗扇，對轉(zhuǎn)速控制，能適應(yīng)室外不同的空氣參數(shù)。但是轉(zhuǎn)輪式換熱器是兩種介質(zhì)交替轉(zhuǎn)換，不能完全避免交叉污染，因此流過的氣體必須是無害氣體，另外設(shè)備裝置較大，占有較多面積和空間，接管固定，帶傳動設(shè)備，消耗一定的動能，同時冷凝水不易排放、效能衰減嚴重，有效使用壽命極短。

2.2 板（翅）式換熱器

板式換熱器分平板式顯熱換熱和板翅式全熱換熱器兩種，是較為理想的排氣能量回收裝置，其優(yōu)點為結(jié)構(gòu)簡單，新、排風互不接觸，無交叉污染，無轉(zhuǎn)動部件，運行可靠，使用壽命長；其缺點是通過氣流收到露點溫度的限制，凝結(jié)水排放不易，從而導致霉菌滋生，使其壽命下降；換熱芯體很難清洗，維護成本高。

2.3 盤管熱環(huán)式熱回收裝置

它是一種空氣－液體熱交換器，由布置在新風、排氣管道上的兩個熱交換器、泵、膨脹箱、排空閥和管道組成，使用一臺小功率泵作為系統(tǒng)的循環(huán)動力，管道內(nèi)的傳熱液體將排風中的熱量傳遞給新風，該裝置優(yōu)點是新風、排風管道布置靈活。但是該系統(tǒng)需要在管路上安裝水泵，管路泄露和氣蝕等問題不可避免。在寒冷季節(jié)使用時為了防凍，必須添加昂貴的抗凍劑，并安裝膨脹水箱，且水泵運行時能耗較大[2]。

2.4 熱泵

熱泵是一種可有效利用低溫熱能的節(jié)能設(shè)備，它能回收大量潛能，熱效率高，但其本身能耗大，設(shè)備投資造價高。

2.5 熱管換熱器

熱管是依靠自身內(nèi)部工作液體相變來實現(xiàn)傳熱的高效傳熱元件，它可以將大量熱量通過其很小的截面積長距離的傳輸而無須外加動力。熱管以其構(gòu)思巧妙，傳輸溫差小、使用溫度范圍廣、可調(diào)控管內(nèi)熱流密度等眾多優(yōu)良特性，在能量回收和余熱利用已顯示出其獨特的作用。

熱管換熱器屬于冷熱流體互不接觸的表面式換熱器，它具有的占地小、無轉(zhuǎn)動部件、運行安全可靠、換熱效率高等優(yōu)良特性，為工程選用創(chuàng)造了便利條件。

2.6 熱回收裝置的比較

選擇合適的熱回收裝置，需要結(jié)合當?shù)貧夂驐l件、經(jīng)濟狀況、工程的實際情況、排風中有害氣體的情況等多種因素，進行技術(shù)經(jīng)濟方面的綜合比較。從表1中可看出，通過各項指標的比較，熱管熱回收裝置具有優(yōu)良的特性，這為在實際工程應(yīng)用帶來了方便。

3 三維熱管與傳統(tǒng)熱管相比的優(yōu)勢

3.1 三維熱管的定義

三維熱管是以三維熱回路內(nèi)的氣壓變化來驅(qū)動回路內(nèi)傳熱工質(zhì)循環(huán)流動，靠工質(zhì)相變吸熱和放熱來傳遞熱量的裝置。所謂的“三維”是指熱回路是三維的，即熱量的傳遞可以從熱管的一側(cè)到另一側(cè)。

三維熱回路在多排管路的設(shè)計上是一個突破，其中工作液體在熱管內(nèi)部流動，不僅是靠兩端氣流之間的溫差實現(xiàn)的，而且還是由相同氣流中不同管排之間的溫差實現(xiàn)的，通過熱管兩側(cè)氣流的溫差和同側(cè)氣流前后的溫差，“三維熱管”與使用相同管徑的普通熱管相比，能夠傳輸兩到三倍的工作液體。傳熱能力更大，而占用空間相對更小，空氣阻力更低。熱效率在75%以上，使送風溫度更加貼近室內(nèi)環(huán)境的送風溫度，消除室內(nèi)外大溫差帶來的身體上的不舒適感[3]。

圖1 三維熱管的氣流方向示意圖

3.2 三維熱管的安裝優(yōu)勢

三維熱管水平放置，可以三維傳熱，非常適合于暖通空調(diào)系統(tǒng)中，對冬夏兩個季節(jié)的排風都能進行能量回收。

傳統(tǒng)熱管為單向傳熱，如果冬夏季節(jié)都要進行能量回收，必須設(shè)置“季節(jié)轉(zhuǎn)換裝備”，換季時手動切換熱管的傾斜角度。

4 三維熱管熱回收機組節(jié)能分析

圖2 三維熱管式熱回收機組空調(diào)系統(tǒng)流程

如圖2所示，熱管兩端分別安裝在空調(diào)機組的新風段與排風段中，表冷器用于補充夏季工況下熱管換熱器供冷量的不足，以及補充冬季工況下熱管供熱器供熱量的不足，旁通新風回路用于調(diào)節(jié)熱回收量[4]。

排風熱回收的節(jié)能性主要是在于利用排風對新風進行預處理，系統(tǒng)只需將空氣從預處理后的溫度處理到送風溫度即可，這樣就降低了系統(tǒng)處理空氣的負荷量及運行時的能耗。用于評價熱回收器性能的一項重要指標，是熱的回收效率。顯熱回收設(shè)備只有顯熱回收效率。全熱型回收設(shè)備則可有顯熱回收效率、潛熱回收效率和全熱回收效率之分。其各自的含義見下圖3和表1。

圖3 空氣熱回收器的換熱機理

表1 空氣熱回收的回收效率

5 熱回收機組調(diào)試過程中存在的問題分析

機組調(diào)試運行前，應(yīng)對其作全面的檢查，檢查工作應(yīng)至少包括以下幾點：

第一，檢查機組安裝是否完成，內(nèi)部雜物是否清除。

第二，檢查過濾器濾料是否污損。在進風段過濾器前蒙上一層尼龍過濾網(wǎng)，以防管道內(nèi)的灰塵污染過濾器。中、高效過濾器應(yīng)在調(diào)試完畢后再安裝。有條件的客戶可裝備一套初效過濾器作調(diào)試用。

第三，用手或杠桿撥動風機葉輪，檢查轉(zhuǎn)動部件的風機葉輪轉(zhuǎn)動是否靈活，是否有過緊和碰撞現(xiàn)象，潤滑情況和各調(diào)節(jié)裝備是否靈活。

第四，檢查風系統(tǒng)管道內(nèi)各風閥是否按設(shè)計位置開啟，鎖緊機構(gòu)是否已經(jīng)鎖緊。

第五，水系統(tǒng)是否已清洗并已排凈系統(tǒng)內(nèi)的空氣。管道系統(tǒng)安裝結(jié)束應(yīng)先清洗管道，清洗時必須關(guān)閉連接機組的閥門，以免管道內(nèi)的雜物沖入盤管中，堵塞回路。通水使用前，應(yīng)先打開排氣閥，將管道中的空氣排凈，直到有水排出時方可關(guān)閉。

第六，檢查電機絕緣是否合格。電機長時間不運轉(zhuǎn)繞阻可能受潮，在使用前用兆歐表測量其絕緣阻值。25℃時的絕緣電阻值應(yīng)超過2MΩ。

調(diào)試試運行：完成以上檢查后，即可啟動機組。機組啟動后應(yīng)注意監(jiān)測電機運行電流是否正常，機組是否有異常響聲。檢查機組風量、風壓是否正常。冷量、加濕量等應(yīng)按不同工況調(diào)節(jié)[5]。

6 結(jié)束語

熱回收器的使用在保證室內(nèi)足夠的新鮮空氣置換的前提下，降低了空調(diào)運行中的冷負荷、熱負荷，從而降低了能耗。三維熱管具有很高的導熱性、優(yōu)良的等溫性、熱流密度的可變性、方向的可逆性等特點。所以，熱管換熱器對其他換熱器而言，具有節(jié)能、高效、緊湊、投資少的優(yōu)點，決定了其在空調(diào)熱回收方面講具有巨大的應(yīng)用潛力。隨著社會的發(fā)展與進步，人類對生活環(huán)境的要求也越來越高，設(shè)備的高效節(jié)能、綠色環(huán)保將是主題，三維熱管式熱交換機組將成為不可或缺的設(shè)備。