4.6 空气热回收装置

4.6.1 分类、特点及检测性能要求
空气热回收装置(英文为：air—to—air energy recovery ventilalion equipment)是指带有独立的风机、空气过滤器，具备单独或与空气输送系统结合完成通风换气、能量回收功能的装置。
在空调系统中使用空气热回收装置具有减小供热(冷)装置容量，减少制冷和供热设备、空气处理设备、水泵等设备与管路的投资，减少全年能耗，降低运行费用，减少对环境的污染等优点。
1 分类及特点见表4.6.1-1。检测性能要求见表4.6.1-2和表4.6.1-3。技术经济比较见表4.6.1-4。
2 相关规定
《公共建筑节能设计节能标准》(GB 50189—2005)中规定：设有集中排风的建筑，当新风与排风温差≥8℃时，在新风量≥4000m³／h的空调系统、或送风量≥3000m³／h的直流式空调系统、以及设有独立新风和排风的系统，宜设置热回收装置，要求热回收装置的额定热回收效率不应低于60％。
3 选用注意事项
  1)空气热回收装置的进口处均宜设置空气过滤器。
  2)为使排风侧不出现结霜或结冰现象，设计时应校核新风温度。一般不宜低于-10℃。否则，宜在热交换器前设置新风预热器，并设低温报警自控系统(一些厂家生产有专门寒冷地区用产品，装置运行温度≥-20℃)。

表4.6.1-1  空气热回收装置分类及特点

表4.6.1-2  空气热回收装置检测性能要求

注：表4.6.1-2~表4.6.1-3引自《空气—空气能量回收装置》GB/T 21087-2007。

表4.6.1-3  空气热回收装置交换效率要求

注：1 交换效率为按《空气—空气能量回收装置》GB/T 21087-2007标准中的6.1.2中表3规定工况条件下的测量效率。
       2 焓效率适用于全热交换装置，温度效率适用于显热交换装置。

表4.6.1-4  空气热回收装置技术经济比较

注：本表引自陆耀庆主编《实用供热空调设计手册》（第二版）。

4.6.2 板式、板翅式空气热回收装置
1 特点、适用范围
板式、板翅式空气热回收装置分为显热和全热型。显热型热回收装置的基材为铝箔等导热性能好的金属，导热铝箔间分为有板翅或无板翅型。全热型热回收装置采用多孔纤维性材料如特殊加工的纸或膜作为隔板材质，当隔板两侧气流之间存在温度差和水蒸汽分压力差时，两侧气流之间就通过所产生的传热和传质过程，进行全热交换。芯体结构示意见图4.6.2。其特点是构造简单，双向换气，效率高，机体内m²有运动部件运行，安全、可靠，各出入门接管便利，安装方便，设备费用较低。
适用于一般民用空调工程。大型板式显热型热回收装置也可用于工业空调工程。

图4.6.2  芯体结构示意图

2 选用要点
  1)当排风中含有有害成分时，不宜选用板式全热热回收装置。
  2)针对过渡季全新风运行工况，为了减少能耗，在热回收机处应设计旁通风道，并安装密闭性较好的风阀，使空气绕过热回收装置。
  3)迎面风速宜取2.5～3.5m／s。
  4)新风温度一般不宜低于-10℃，否则，排风侧会出现结霜。宜在新风进入换热器之前进行预热。
  5)新风在进入换热器之前，必须先进行净化处理；一般情况下，排风也应该进行过滤处理；但当排风比较干净时，可以不再处理。
4.6.3 转轮式空气热回收装置
1 特点、适用范围
转轮式空气热回收装置是在旋转过程中让排风与新风以相逆的方向流过转轮(蓄热体)而各自释放和吸收能量。它既能回收显热，又能回收潜热。排风与新风交替逆向流过转轮，具有自净作用。它可以通过对转轮转速的控制来适应不同的室内外空气参数；可以采用不同的芯体材质和涂覆层，用于不同介质(图4.6.3)。

图4.6.3  转轮式热回收装置示意图

转轮式热回收装置回收效率高，可达70％～85％。适用于较高温度的排风系统。其存在的一些问题是：装置较大，占用面积和空间较大．接管位置固定，配管灵活性差，大，有少量渗漏，无法避免交叉污染。
转轮式热回收装置一般用于有一定湿度要求的空调系统，如旅馆、办公楼、纺织厂等一些大型空调系统。
2 选用要点
  1)空气流过转轮时的迎风面流速越大，效率越低，经济流速为2～4m／s。
  2)由于转轮热回收装置需要动力，并且装置阻力较板式热回收装置高，所以装置初投资和运行费用都有所增加。选用时，应综合考虑总能耗节约和装置初投资及运行费用三方面因素，通过进行回收效益计算，确定选用方案。
  3)当转轮转速＜4r／min时，热回收效率将明显下降；但当＞10r／min以后，效率几乎不再变化。综合考虑运行费用，转轮转速宜控制在4～10r／min范围内使用。
  4)转轮单位体积的换热表面积，通常称为比表面积。比表面积愈大，回收效率愈高。但随着比表面积的增加，空气流过转轮时的压力损失也将增大，一般认为经济比表面积为2800～3000m²／m³。
  5)一般情况下，转轮式空气热回收装置宜布置在负压段，适用于排风不带有害或有毒物质的场合。
  6)由于转轮长期不工作会因局部吸湿过量而导致转轮不平衡，所以，针对断续使用的情况，宜设计定时开关，使转轮定时做短期运行。
  7)为了经济合理，新风量和排风量宜相等。若排风量与新风量差别≥20％时，宜采用旁通风管调节。
  8)对于过渡季热回收装置不运行的系统，应设置旁通风管，以减少压力损失，节省能耗。
  9)转轮的空气入口处宜设置空气过滤装置。
4.6.4 热管式热回收装置
1 特点、适用范围
热管式热回收装置是一种借助工质(如氨，丙酮，甲醇等)的相变进行热传递的换热元件。热管式热回收装置的工作温度范围一般为-20～40℃，热管材质一般为铜铝或铝合金。热管元件结构示意见图4.6.4-1，外形见图4.6.4-2。
热管为高效传热元件，其导热能力比金属高出几百倍，并具有均温特性好，热流密度可调，传热方向可逆等特性。热管换热器不仅具有热管固有的传热量大、温差小、换热效率高、重量轻、体积小、热响应迅速等特点，而且还具有无转动部件及相应能量消耗低、安装方便、维护工作量小且简便、使用寿命长、阻力损失小、进排风流道间便于分隔、互不渗漏等优点。
适用于空调、通风工程的显热热回收。

图4.6.4-1  热管元件结构示意图

图4.6.4-2  热管式热回收装置外形图

2 选用要点
  1)冬季和夏季均可使用的热回收装置，应配置可以转动的支架；同时，在热回收装置与风管之间必须设置长度不少于500mm的柔性过渡接头，以保证换热器可以转动。
  2)水平安装时，低温侧上倾5°～7°。需注意，热管式热回收装置全年使用，由于冬季的低温侧夏季变成了高温侧，因此宜在换季时，用手动方法将原上倾侧调整为下倾10°～14°。
  3)冷、热端之间的隔板，应为双层结构，以防止因漏风而造成的交叉污染。
  4)热回收装置可以垂直或水平安装。多个装置之间的连接根据需要既可以并联，也可以串联。
  5)当新风出口温度低于露点温度或热气流的含湿量较大时，应考虑设计安装凝水排除装置。
  6)启动热回收装置时，应使冷、热气流同时流动，或使冷气流先流动。停止时，应使冷、热气流同时停止或先停止热气流的流动。
  7)迎面风速一般宜采用2.0～3.0m／s。
  8)考虑热管及翅片上积灰等因素，建议用查出的换热量乘以0.9作为安全系数。如冷却端为湿工况，加热端的安全系数值应增加。
4.6.5 液体循环式热回收装置
1 特点、适用范围
液体循环式热回收装置采用普通盘管式热交换器，以水作为介质，利用水泵使水在两个热交换器内循环，将排风中的热(冷)量传递给新风，从而实现热能回收，其工作流程见图4.6.5-1。

图4.6.5-1  工作流程示意图

该装置优点包括：新风与排风之间不会产生交叉污染；由于供热与得热两侧通过管路连接，对距离m²有限制；布置方便灵活；换热盘管数经计算选择合适时，显热回收率可达55％～60％。
缺点主要有：只能回收显热，不能回收潜热；由于中间介质造成温差损失，使换热效率较低(一般≤60％，增加盘管数可使换热效率有所提高，但水泵和风机耗电量相应增加因素需考虑)。
液体循环式热回收装置适用于对新风质量要求较高或集中新排风口间距离较远的场合使用。
2 选用要点
  1）通常以水作为中间热媒。用于寒冷地区时，通常在水中加入一定比例的乙二醇。不同质量百分比对应乙二醇水溶液的凝固点见图4.6.5-2。
  2）盘管的排数宜选6~8排，盘管的迎风面风速宜取2~3m/s；通过管束的水流速宜采用0.6~1m/s。
  3)当供热侧与得热侧的风量不相等时，循环水量应按数值大的风量确定。
  4）为了防止盘管表面结霜（在寒冷地区用乙二醇水溶液时），宜设水量调节装置。

图4.6.5-2  乙二醇溶液凝固点

4.6.6 设计选用要点
1 热回收效率及热回收能量计算公式
  1）温度效率计算公式

  2）焓效率计算公式

式中：t1、h1——新风初温（℃）、新风初焓值（kJ/kg）；
           t2、h2——新风终温（℃）、新风终焓值（kJ/kg）；
           t3、h3——室内空气温度（℃）、室内空气焓值（kJ/kg）。
注：温度、焓值符号的含义见图4.6.6。

图4.6.6  效率计算公式符号意义

全热交换效率公式有温度效率和焓效率，在排风量Lp与新风量Lw之比不为1时，应在进行以上效率计算的结果基础上减去△η，△η的取值见表4.6.6。

表4.6.6  △η取值

  3）显热回收能量计算公式
显热回收体现在新风和排风温差上所含的部分能量计算公式为：

式中：Ex——显热回收能量（kW）；
           G——新风量（kg/h）；
（t1-t3）——新风温度变化量（℃）；
          Cp——空气的定压比热容，取1.01kJ/（kg▪℃）；
          ——显热回收效率。
  4）全热回收能量计算公式

式中：Eq——全热回收能量（kW）；
         ——全热回收效率。
4.6.7 相关标准、规范
《采暖通风与空气调节设计规范》GB 50019—2003。
《公共建筑节能设计标准》GB 50189—2005。
《民用建筑节能设计标准》JGJ 26—95。
《空气—空气能量回收装置》GB／T 21087—2007。