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關鍵詞：冷卻器;OxyCell換熱器;能量回收裝置
中圖分類號：TU995文獻標識碼：B文章編號：1000-4416(2006)12-0055-03
空調系統的節能已是當務之急,降低空調系統的能耗對于減少建筑能耗、緩解當前電力緊張、優化能源結構及保護環境等都具有非常重要的意義[1]。其中,利用冷卻器是空調系統節能的有效措施。本文對冷卻器的應用現狀及研究進展進行分析。
1冷卻器的種類和特點
①轉輪式換熱器
轉輪式換熱器技術較成熟,具有高效、自凈、適用面廣的優點。但其體積較大,位置固定,阻力較大,有交叉污染[2]。由于轉輪式換熱器自身運動部件需要消耗一定能量及結構固有的缺陷,空氣泄漏和芯體污染問題仍無法解決,因此影響了它的綜合性能。
②板翅式換熱器
板翅式換熱器由于無運動部件,不存在空氣泄漏和芯體污染問題,已成為西方工業發達國家的研究重點。板翅式換熱器結構見圖1。隔板為親水性材料,具有良好的傳熱和透濕性,且不透氣。當隔板兩側氣流之間存在溫差和水蒸氣分壓差時,兩側氣流之間進行傳熱和傳質。板翅式換熱器具有傳熱效率高、結構緊湊、輕巧牢固、適應性強、經濟性好的優點。但其阻力較大,密封墊片的結構需進一步完善[3]。
2冷卻器的應用現狀
增大新風量是改善室內空氣品質最直接有效的方法之一。新風量的增大雖然可顯著改善室內空氣品質,但也導致新風負荷增加,使提高室內空氣品質與空調節能之間的矛盾更加突出。
冷卻器是一種高效的節能產品,它可利用排風中的冷(熱)量預冷(熱)新風,在新風進入室內或表冷器前,降低(提高)新風比焓。冷卻器的使用可有效降低空調系統的負荷,提高空調系統的運行效率,減小空調設備裝機容量,節省空調系統的運行費用。冷卻器有效地解決了提高室內空氣品質與空調系統節能之間的矛盾,在空調系統節能領域中具有不可替代的重要作用。
我國相繼在有關規范中對在空調系統中使用能量回收裝置進行了規定。但對幾座大城市的集中式空調系統進行調查發現,絕大多數沒有安裝冷卻器等能量回收裝置,導致排風中冷(熱)量的浪費。一些安裝了能量回收裝置的空調系統由于運行和管理不當,未能達到節能效果,新風處理能耗仍相當大[4]。
在西方發達國家,冷卻器已被廣泛應用于各種類型的空調系統中。冷卻器被美國能源部2001年4月出版的《商業建筑能耗手冊》列為美國當今和未來最有經濟優勢的15項暖通空調節能技術之一,作為一種重要的節能產品在全美范圍內推廣[5]。在我國,冷卻器一直未能得到推廣和普及,其原因主要為:①國產冷卻器的熱濕交換材料性能不佳,但價格不菲。②迎面風速對傳統芯材的影響很大,通常需將迎面風速控制得很低時,才能使冷卻器的熱回收率達到相關規范中規定的下限。因此,產品體積龐大,安裝受到限制。③由于缺乏冷卻器節能分析軟件,設計者無法評價使用冷卻器的經濟性和節能性,限制了其發展。④與常規空調系統相比,全熱回收系統更復雜,不但要求設計者全面了解冷卻器的結構、性能、尺寸,而且要處理好新風、回風、排風和送風的關系。由于大多設計者對冷卻器沒有全面認識和深入了解,不少設計者不選用冷卻器。
因此,應開發性能優良的熱濕交換材料,研制適應我國氣候特點的高效冷卻器。進一步加強冷卻器在空調系統中的應用研究,優化使用冷卻器空調系統的設計方法,并加強全面評價冷卻器在空調系統中的節能作用。
3板翅式換熱器的研究進展
①板翅式換熱器性能優化的理論實驗研究。
L.Z. Zhang等人[6]對板翅式換熱器芯材的傳熱、傳濕機理進行了系統研究,并對其傳熱、傳濕基本方程、數學模型邊界條件等進行了深入研究和模擬分析。Y.P.Zhang等人[7]通過嚴格的理論推導,建立了板翅式換熱器的數學模型。文獻[8]詳細介紹了一種新型板翅式換熱器的研制過程,實驗測試數據顯示,新型板翅式換熱器的顯熱傳熱效率可達72. 7%,全熱傳熱效率可達55. 7%。
文獻[3]對板翅式冷卻器在不同運行工況下的性能進行了實驗研究,板翅式換熱器的傳熱效率隨著風量的增大而下降,顯熱傳熱效率與風量的變化成線性關系。當新、排風濕度差較大時,潛熱傳熱效率隨濕度差增大而增大的趨勢比較明顯。顯熱傳熱效率隨著新、排風溫度差的增大有所增加,但增加的趨勢不明顯。
②使用板翅式換熱器的空調系統的節能性分析。文獻[9、10]介紹了板翅式換熱器的結構、工作原理,分析了不同濕球溫度下板翅式換熱器的節能效果,并對其經濟性進行了分析。J. L. Niu等人[11]通過研究發現,使用板翅式換熱器比使用顯熱換熱器具有更大的優勢。他們開發的模型軟件分析顯示,香港地區使用板翅式換熱器每年可以節省58%的新風處理能耗,而使用顯熱換熱器只能節省10%的新風處理能耗。
4OxyCell換熱器
OxyCell換熱器為板翅式換熱器的一種,基于自然冷卻方式,是一種集間接蒸發冷卻、烘干、置換通風等多項功能于一體的高效能源回收裝置。某型號OxyCell換熱器夏、冬季工作過程見圖2、3。圖2中OxyCell換熱器入口室外空氣溫度為3℃,風量為600 m3/h。經換熱器自然冷卻、間接蒸發冷卻溫度降為18℃,其中風量為400 m3/h的新風進入室內,另有200 m3/h的新風沿換熱器的蒸發端繼續參與熱濕交換并形成溫度為27℃、相對濕度為99%的二次空氣排出。圖3中OxyCell換熱器入口室外空氣溫度為5℃,風量為200 m3/h,經換熱器與溫度為22℃、風量為200 m3/h的室內排風進行熱濕交換后,溫度升為18℃,排風溫度降為9℃。利用OxyCell換熱器有效地回收了排風中的顯熱和潛熱,降低了新風處理能耗。
過高的濕度對間接蒸發冷卻系統的性能有不良影響,OxyCell換熱器的烘干裝置可確保間接蒸發冷卻系統在任何濕度條件下達到最佳性能。OxyCell換熱器適用于小型制冷機。新風中水蒸氣在換熱器中的冷凝過程可去除灰塵、異味、花粉、CO2等污染物,起到凈化室外空氣的作用。冷凝水可在置換通風冷卻中循環利用。干燥空氣也具有潛在的制冷能力。
5結語
冷卻器作為一種重要的節能產品,在我國及國際上具有極大的市場潛力。目前,傳統的國產冷卻器換熱效率低、價格高、體積龐大、阻力大已成為制約其推廣和普及的主要原因。冷卻器的研發單位應從優化結構、芯材性能入手,研發出適合我國氣候特點的冷卻器,進一步推動空調系統的節能。OxyCell換熱器在節能與環保的同時還可以提供健康舒適的環境,具有可觀的經濟效益和良好的社會效益
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