[科普中国]-废热回收装置

简介

建筑中常用的废热回收装置为空气热回收设备，空气热回收装置是指回收建筑物内外的余热，并把回收的热量作为供热或其他加热设备的热源而加以利用的设备。通常由送排风机、空气侧的热回收器、空气过滤器及其他附属设备组成，一般都配带有电控装置。空气热回收装置的类型很多，各有优缺点。

按照工作原理不同，空气-空气热回收装置可分为：转轮式换热器、板式和板翅式换热器、热管换热器、中间媒体式换热器、溶液吸收式换热器几种常见的形式。不同形式的热回收装置的回收效率、设备费、维护保养等特点也各不相同。

按照回收热量的不同，热回收可分为全热回收和显热回收。全热回收装置既能回收显热，又能回收潜热，此类装置有转轮式换热器、板翅式换热器和溶液吸收式换热器。显热回收装置只能回收显热，具体的类型有中间热媒式换热器、板式换热器和热管式换热器。按照回收方式的不同，空气热回收装置可分为静态回收装置和动态回收装置。动态回收装置指空气侧有动态交换的回收方式，具体的类型是转轮式换热器，静态回收是指其他几种空气侧没有动态交换的回收方式。

空气-空气热回收装置的性能评价一般采用热回收效率η表示（η= 实际传递量（热或湿）/最大可能传递量（热或湿））。热回收效率η有显热回收效率、潜热回收效率、全热回收效率3种形式，工程上一般采用设计工况下的全热回收效率。对热回收装置的整体效益评价，同时还应考虑到送风机、排风机所需要的能耗。

热回收分类及组成热回收方式比较多，但归纳起来共两大类。即全热回收装置和显热回收装置。全热回收装置既能回收显热又能回收潜热，此类装置有转轮式换热器、板翅式换热器、热泵式换热器等。显热回收装置有中间热媒式换热器、板式显热换热器、热管式换热器等。1

全热回收装置（1）转轮式热交换器

转轮式热交换器主要由转芯、传动装置、自控调速装置及机体构成，图2为轮转式全热交换器结构简图。转芯是转轮式全热交换器的主体，它可以采用各种不同材料和工艺制成。目前成熟的做法是采用铝箔或合金钢作为基本材料，添加硫酸钠、氯化钠和氯化铿等吸热剂和吸湿剂以及增加强度的胶料加工而成，也有采用硅酸盐类物质烧结而成的复合材料制作的。转轮呈蜂窝状，外形成轮形并转动。在换热器旋转体内，设有两侧分隔板，上半部通过新风，下半部通过室内排风，使新风与排风反向逆流。转轮以一定的速度缓慢旋转，把排风中冷热量收集在覆盖吸湿性涂层的抗腐蚀铝合金箔蓄热体里，然后传递给新风。空气以一定的流速通过蓄热体，靠新风与排风的温差和水蒸汽分压差来进行热湿交换。2

（2）板翅式空气热交换器

板翅式空气热交换器的材料为多孔纤维性材料全热回收或铝箔显热回收，较常见的板翅形状有三角形、矩形、平滑波纹形，图3为板翅式空气热交换器结构示意图。

板翅式换热器芯体隔板两侧流体的流动形式有顺流式、逆流式和叉流式，最常用的是叉流式。采用叉流式流动可以简化芯体结构。板翅式全热交换器芯体是采用多孔纤维性材料如特殊加工的纸作为传热隔板，对其表面进行化学处理后制成单元体单元体的波纹板交叉叠积，并用胶使其峰谷与传热隔板粘结而组成的。芯体具备较强的传热透湿能力。当隔板两侧气流之存在温度差和水蒸汽分压力差时，两者间就将产生传热与传质进程，进行全热交换。芯体翅片密度通常为120~700片/m。理论上，翅片密度越大越好，因为可以增加有效换热面积，但翅片密度的增大会使空气通过芯体时的压降加大，从而加大系统克服压降的动力消耗，如果回收的能量少于系统克服压降消耗的能量就得不偿失了。芯体翅片高度范围为2~25mm，为了增加换热面积、减小换热器外形尺寸，目前用于空调系统换热器的翅片的高度一般3mm以内。

板翅式换热器属于间接接触式中的直接传热式换热器，即两侧不同温度和湿度的流体是分开的，当隔层板两侧气流之间存在温度差和水蒸气分压力差时，两者间就会发生传热与传质，从而进行全热交换，能量通过间壁连续地从热流体流向冷流体。通常用ε（换热器实际换热量与热力学理论最大换热量的比值）来表示换热器的效率，它受传热单元数NTU、热容率流体质量流量和比定压热容的乘积比流动布置方式的影响。空调系统中采用的板翅式换热器两侧的流体均为单相流体，且换热过程中由于温度和压力变化很小流体不发生相变，故每侧流体的比定压热容都等于常数，因此可以认为换热器的效率ε与新风量和排风量的比值有关，和影响NTU的总传热系数K、换热面积A关系密切。2

（3）热泵式换热器

热泵式换热器，能回收大量潜能。热效率高。但是需配备压缩机、冷凝器、蒸发器等一系列配套设备，其本身能耗、设备造价比较高。1

显热回收装置（1）中间热媒换热器

中间媒体式换热器一般在新风和排风侧，分别使用一个空气-液体换热器，排风侧的空气流过时，对系统中的冷媒进行冷却。而在新风侧被冷却的冷媒再将冷量转移到进入的新风上，冷媒在泵的作用下不断地在系统中循环。中间媒体式换热器再配备上压缩机、冷凝器、蒸发器等一系列配套设备，就成为热泵式换热器。该种换热器能回收大量潜能，热效率高。但是其本身能耗，设备投资造价也比较高。3中间热媒换热器中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，但须配备循环水泵，存在动力消耗，通过中间热媒输送，温差损失大，换热效率较低，在60% 以下。

（2）板式显热换热器

板式和板翅式换热器的结构相同，都是通过排风与送风交替逆向流过换热隔板，靠新风与回风的温差和湿差实现交换热量的装置。两者的区别主要是换热隔板的材料不同。板式换热器由光滑的铝箔、不锈钢、塑料等板装配而成，只能实现显热回收。板翅式换热器中隔板和板翅采用了一种特殊加工的纸或膜，并对其表面进行特殊处理后制成单元体黏结在隔板上，材料具有良好的传热性和透湿性，当进排气的两侧存在温差和水蒸气压力差时就会产生热湿交换，从而可实现全热回收，一般换热效率为50%～70%。

板式和板翅式换热器两侧气流的流向有叉流和逆流两种形式，逆流和叉流的换热效率约为1：0.75，逆流型应用较多，热回收效率较高，但结构复杂，气流密封性差。叉流型结构简单，气体密封性较好，但换热效率较低。

板式和板翅式换热器的换热材料有： ①显热类：铝箔、不锈钢、塑料等；②全热类：多孔纤维材料、纸、膜等。

（3）热管式换热器

热管是一种借助工质(如氨、氟利昂-11、氟利昂-113、丙酮、甲醇等)的相变进行热传递的换热元件。典型的
热管由管壳、吸液芯和端盖组成，在抽成真空的管子里充以适当的工作液，靠近管子内壁贴装吸液芯，再将其两端封死即成热管。热管既是蒸发器又是冷凝器，热管换热器就是由这些单根热管集装在一起，中间用隔板将蒸发段与冷凝段分开的热回收装置。3热管式换热器无需动力消耗，借助另一介质的相变来传递热量，传递效率较低。1

空调中常用热管按结构形式可分为3种不同的情形：整体式吸液芯热管、整体式热虹吸管（重力热管）、分离式热管。

优缺点优点转轮式换热器：

（1）换热效率高，能同时回收显热、潜热；

（2）回收效率比较高，能应用于较高温度的排风系统；

（3）通过转速控制，适用于不同的室内外空气参数；

（4）能通过降低转速来防止霜冻，无需采取其他辅助防霜冻措施。

板式和板翅式换热器：

（1）结构简单，运行安全、可靠；

（2）无传动设备，不消耗动力；

（3）设备费用较低。

热管换热器：

（1）无转动部件、不需要动力源、运行安全可靠；

（2）可应用于不同相态间流体的能量回收；

（3）新排风部分不会交叉感染，可应用于排风有污染的场所；

（4）风阻低，冷凝水易于排出。

中间媒体式换热器：

（1）送排风完全隔离，无交叉污染情况；

（2）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，受空间限制小。

缺点转轮式换热器：

（1）装置较大，通风截面利用率低，占用建筑面积和空间多；

（2）压力损耗较大，自身需要消耗动力；

（3）有少量渗漏，无法完全避免交叉污染；

（4）设备造价较高。

板式和板翅式换热器：

（1）设备体积大，须占用较大建筑空间；

（2）风速大时，产生强大的阻力和噪声，甚至吹破膜片；

（3）难清洗，会积存冷凝水，导致霉菌滋生；

（4）空气质量较差时，换热材料易堵塞。

热管换热器：

（1）传热效率较低，显热回收效率为50%～70%，不能回收潜热；

（2）热管在使用一段时间后，由于热管积灰结垢、露点腐蚀等原因，传热效率会明显下降。

中间媒体式换热器：

（1）须配备循环水泵，存在动力消耗；

（2）通过中间热媒输送，温差损失大，换热效率较低，在30%～40%左右。3

使用注意事项转轮式换热器：

（1）要根据处理空气的特性选择合适的转轮材料；

（2）为避免长期不用时转轮不平衡，宜设有定时短期运行的启停装置；

（3）为减少交叉污染，保证扇形净化区的正常工作，应保证新风侧风压比排风侧风压高200Pa以上；

（4）转轮热回收不适合在医院、生物洁净室等场合使用，以避免产生交叉感染；

（5）一般迎面风速为2～4m/s。

板式和板翅式换热器：

（1）板翅式热回收对空气温度，清洁度有一定的使用限制要求；

（2）进、排风均应装设过滤器，以防止换热材料堵塞，减少维护工作量；

（3）板翅式热回收存在一定的交叉感染，不适合在医院、生物洁净室等场合使用；

（4）板翅式热回收效率将随使用时间的延长和换热芯体含尘量的增加而降低。

热管换热器：

（1）要注意热管材料和换热介质的选择；

（2）热管的蒸发段和冷凝段需随季节的变化而交替切换，需配有季节转换装置；

（3）应配置冷凝水排放装置。3