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全热交换器用于新风换气系统的节能技术经济分析 株式会社西部技研 金伟力 岡野浩志 苏焱 摘要　全热交换器作为楼宇空调新风换气系统的热能回收设备，可以同时回收回风空气中的显热、及潜热。因此，其节能效果备受关注。本文结合实例对在新风换气系统采用转轮式全热交换器的节能特性及投资回收期等进行了技术经济分析，并与采用显热交换器的情况进行了比较。结果表明：对于新风热负荷中潜热负荷较高（=显热比较低）的夏季高温、多湿的南方城市，采用全热交换器具有较大的节能效果。而且，对防止转轮式全热交换器发生交叉污染的研究成果及设计技巧进行了介绍。 关键词 全热交换器　热回收　节能技术经济分析 新风换气 交叉污染 1　序言 近年，人们对室内空气环境的要求已经不仅仅限于温度、湿度、风速等与舒适有关的条件，而提升到对于室内空气中有害气体（CO2、VOCs等）浓度、粉尘等与健康密切相关的室内空气质量（IAQ: Indoor Air Quality）的重视。舒适与健康成为现代空调所追求的两大主题。然而，由于建筑节能要求、建筑水平的不断提高，建筑物的气密性越来越好。因此，从卫生与健康的要求来看，房间必须有一定量的新风换气。按照国标《室内空气质量标准》GB/T18883-2002对于住宅、办公建筑，其新风量应不小于30m3/h?人。而对于某些人员密集的公共建筑或是室内有污染源的工业建筑，其换气次数可高达6h-1。较大的换气量，必然会造成较大的热（冷）能损失，导致空调负荷增加。所以，保证IAQ与空调节能形成一对矛盾，解决这一矛盾是空调工作者面临的新课题。全热交换器可以同时回收空调新风系统回风空气中的显热和潜热，作为楼宇空调新风换气系统的节能设备，其普及推广越来越受到重视。 壳体转轮回风换热后排风室外新风橡胶密封圈分离隔板齿轮电机皮带室内侧室外侧送风 图１转轮式全热交换器 壳体 转轮 回风 换热后排风 室外新风 橡胶密封圈 分离隔板 齿轮电机 皮带 室内侧 室外侧 送风 图１转轮式全热交换器的热回收原理示意图 2　转轮式全热交换器热能回收原理 转轮型全热交换器的基本构造如图1所示。在分隔成上、下两个区的壳体中，具有蜂窝状结构的全热交换器转轮由电机驱动，以大约20 rpm的速度在壳体中转动。由于全热交换器转轮是由带有吸湿性涂层的铝箔等材料加工而成。来自室内被污染的回风空气从装置的上半部通过转轮向室外排风时，回风空气中所含热（冷）量和水分的绝大部分将蓄积在转轮中。随着转轮的转动，进入新风区的转轮会将其蓄积的全热能释放给从装置下半部通过转轮的室外新风空气，实现热能回收。 譬如在冬季，室外新风在通过蜂窝状转轮时由于与转轮之间存在着温度差、水蒸气分压差，蓄积在转轮里的显热和水分会放出，使新风被预热和加湿变为温暖、湿润的空气后送到室内。同样原理，在夏季可以实现连续地向室内供给经过被预冷和除湿后的凉爽干燥的新风。从而降低新风热负荷、实现节能。 3　转轮式全热交换器的节能特性与经济性 3.1　转轮式全热交换器的节能特性 图2转轮式全热交换器效率用于评价全热交换器性能的重要指标是热交换效率。全热交换器的热交换效率分为显热（温度）交换效率，潜热（湿度）交换效率和全热（焓）交换效率。其各自的定义为： 图2转轮式全热交换器效率 （1） （2） （3） 以上各式中,为换热前、后新风的温度[℃]；,为换热前、后新风的含湿量[g/kg(dry air)]；，为换热前、后新风的比焓[kJ/kg]；,,分别是换热前回风的温度[℃]、含湿量[g/kg(dry air)]和比焓[kJ/kg]。 厚度为200mm的转轮式全热交换器的热交换效率的实测结果见图2。在推荐的迎面风速3～4m/s范围内，其全热交换效率可达到70%以上（1）。 3.2　转轮式全热交换器的经济性分析 为了保证在出现气象峰值时，室内空气也能保持在设计条件，通常，空调设备是按照该地区的气象峰值的历年平均值进行设计的。然而，室外空气条件时刻都在变化，如果仅仅以《采暖通风与空气调节设计规范》规定的空调室外空气设计参数为基准来讨论采用全热交换器进行热能回收的技术经济性，必然造成过大评估其节能及经济效益。因此，若空调运转期间任意时刻的室外新风比焓为，设计条件下室内空气比焓为，没有采用全热交换器时因换气所带来的新风热负荷，采用全热交换器后的新风热负荷，采用全热交换器所降低的新风热负荷（＝节能量）可分别表示为： 表1 设计条件 建筑面积 8000 m2（所在地区：上海市） 新风量 48000 m3/h(６m3/m2?h，5m2/人) 室内条件 夏季：25℃, 55%RH, 52.86kJ/kg 冬季：20℃, 40%RH, 34.81kJ/kg 室外条件 夏季：34℃, 64%RH, 90.3