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轉輪式全熱交換器——一種高效的熱回收裝置

2019-04-24

來源:百度文庫、中國制冷網、制冷學

【摘要】本文通過計算,對采用轉輪式全熱交換器與未采用空調系統的耗能量、一次性投資及運行費用登方面進行了比較。從計算結果可知,空調系統中采用轉輪式全熱交換器不僅可以節省能耗和一次性投資,并且可以節省運行費用;是一種非常經濟高效的空調節能裝置,值得大力推廣使用

【關鍵詞】轉輪式全熱交換器 溫度效率 新風負荷

      自從本世紀七十年代世界性能源危機以來,節能成為國內外暖通界關注的焦點問題之一。采用熱回收裝置就是目前較成熟的一種節能措施。熱回收裝置的種類很多,有轉輪式熱交換器、板式熱交換器、熱管式熱交換器、盤管閉路式熱交換器、間接蒸發式熱交換器等。它們又可分為顯熱型和全熱型;回轉型和靜止型等各種不同的形式。而全熱交換器式當今世界公認的暖通空調領域的最佳能量回收裝置。在歐美發達國家,從1970年至今,在暖通空調系統中安裝該裝置的總裝機容量已達3000萬千瓦,每年可節省一次能源(燃燒油)約400萬噸,價值5億美元以上。

熱回收設備的種類.jpg

       1、轉輪式全熱交換器的工作原理

      全熱交換器主要是有輪芯、密封、殼體、動力機構等組成。輪芯是轉輪式全熱交換器的核心部件,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原料,添加Na2SO4、NaC1和LiC1等吸熱劑以及增加強度的膠料加工而成,也有采用整體纏繞式加輻條結構的制作工藝。轉輪式全熱交換器是利用轉輪輪芯的蓄熱和吸濕的作用來回收排風中冷量或熱量,并將其回收的冷量或熱量直接傳給新風,在夏季和冬季分別使新風獲得降溫除濕和升溫加濕處理,從而降低空調系統中處理新風用能。其工作原理處理工程的焓加濕如圖2、圖3。

工作原理圖.jpg


      該設備可以同時回收顯熱和潛熱。其顯熱和全熱回收效率分別為:顯熱交換效率(溫度效率)=(新風送風溫差-新風回風溫差)×100%;全熱交換效率(焓效率)=(新風送風焓差-新風回風焓差)×100%;對于成熟產品(如進口產品),其熱回收效率全年可達到70~90%。使用轉輪式全熱交換器后的空調系統較之未使用的系統,既減少系統投資,又可節省運行費用,其經濟性非常可觀。

      2、全熱交換器回收能量及經濟性計算

      下面通過一個實例來對采用轉輪式全熱交換器的空調系統進行經濟分析。系統圖見圖4。

      按上海市氣象條件查得:

      室外計算溫度:干球溫度34℃,相對濕度70%,焓95kJ/kg,密度1113kg/m3;

      室內設計溫度:干球溫度27℃,相對濕度50%,焓55kJ/kg,密度1117kg/m3;

      該系統的總送風量為80000m3/h,新風量為16000m3/h;

      對于一套處理風量為16000m3/h的全熱交換器,如果選擇面風速為3m/s,則其換熱效率為75%左右,系統阻力約為160Pa,換熱器馬達消耗功率約為1kW。

      G焓(焓效率)=[(h新風-h送風)×100%

      h新風-h回風=95-55=40kJ/kg

      h新風-h送風=G焓(h新風-h回風)=0.175×40=30kJ/kg

      h送風=h新風-30=95-30=65kJ/kg

空調系統示意圖.jpg

      未安裝轉輪式全熱交換器前所需新風負荷為:

      Q新=16000×1113×(95-55)÷3600=20019kW

      安裝轉輪式全熱交換器后的新風負荷為Q新’=16000×1113×(65-55)÷3600=5012kW

      節約新風負荷為:20019-5012=15017kW

      熱回收系統消耗送(排)風風機的功率為:P1=160×16000÷3600=711W=0.1711kW

      熱回收轉輪的馬達功耗為1kW,熱回收系統耗電量為:ρ=2×0.171+1=2.142kW

      增加一次性投資:

      (1)轉輪式全熱交換器機組:170000元

      (2)風管、閥門、風口等:8000元

      (3)電氣及控制:2000元

      (4)安裝費:10000元  共計增加:190000元

     減少投資:

      (1)節約空調負荷15017kW,相同負荷空調系統的造價約為200000元

      (2)運行費用減少:

      節約空調負荷:15017kW

      節省電力(工作系數COP取常用值213):6515kW

      全熱交換器耗電:2142kW

      共計盛典:6313kW

      電價:0.167元

      每小時節省費用:4.213元

      每年夏季按8小時/日,120天運行計算,節省運行費用:4.213×8×120=40608元

      若為全年性空調,則依以上方法可計算出每年冬季(按8小時/日,90天運行)節省運行費用為29195元,全年共節省費用69803元。

      3、結語

      采用轉輪式全熱交換器既節約一次性投資,有節省能耗和運行費用。因此,在有集中送排風的建筑里,非常適合安裝全熱回收裝置。尤其是對采用新風比例較高的系統或直流式系統,安裝全熱回收裝置的經濟性更加顯著。

      但令人遺憾的是,通過對部分大中型空調建筑進行考察,發現采用轉輪式熱回收裝置者甚少。采用者也絕大多數是外商投資或中外合資建筑。通過調研及分析,筆者認為未能推廣應用的主要原因有一下兩點:

      (1)大部分業主未樹立應有的節能意識,認為節能裝置可有可無;

      (2)國內成熟產品很少,基本靠進口,各種手續、程序繁瑣。

      目前國內缺乏轉輪式全熱交換器成熟產品的主要原因在于相關科研機構及生產廠家無法很好解決轉芯材料的制作工藝問題,致使轉芯的熱回收效率偏低,而空氣流通阻力卻偏大,缺乏推廣價值。筆者曾對國內某家致力于轉芯材料研究近十年的研究所研制的轉輪式全熱交換器樣機與國外進口樣機進行了性能對比試驗,發現在相同工況下其熱回收效率較之進口產品低30%左右,而空氣流通阻力較之后者高約50%,且成本偏高。

      地球上的能源是有限的,我們每一個人都應樹立應有的節能意識,節約能源,保護環境。同時,我們也呼吁國內暖通空調界有識之士能盡快將自己成熟的熱回收產品推向市場,為節約寶貴的能源作出一份貢獻。


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