关键词：冷却器;OxyCell换热器;能量回收装置

  中图分类号：TU995文献标识码：B文章编号：1000-4416(2006)12-0055-03

  空调系统的节能已是当务之急,降低空调系统的能耗对于减少建筑能耗、缓解当前电力紧张、优化能源结构及保护环境等都具有非常重要的意义[1]。其中,利用冷却器是空调系统节能的有效措施。本文对冷却器的应用现状及研究进展进行分析。

  1冷却器的种类和特点

  ①转轮式换热器

  转轮式换热器技术较成熟,具有高效、自净、适用面广的优点。但其体积较大,位置固定,阻力较大,有交叉污染[2]。由于转轮式换热器自身运动部件需要消耗一定能量及结构固有的缺陷,空气泄漏和芯体污染问题仍无法解决,因此影响了它的综合性能。

  ②板翅式换热器

  板翅式换热器由于无运动部件,不存在空气泄漏和芯体污染问题,已成为西方工业发达国家的研究重点。板翅式换热器结构见图1。隔板为亲水性材料,具有良好的传热和透湿性,且不透气。当隔板两侧气流之间存在温差和水蒸气分压差时,两侧气流之间进行传热和传质。板翅式换热器具有传热效率高、结构紧凑、轻巧牢固、适应性强、经济性好的优点。但其阻力较大,密封垫片的结构需进一步完善[3]。

  2冷却器的应用现状

  增大新风量是改善室内空气品质最直接有效的方法之一。新风量的增大虽然可显著改善室内空气品质,但也导致新风负荷增加,使提高室内空气品质与空调节能之间的矛盾更加突出。

  冷却器是一种高效的节能产品,它可利用排风中的冷(热)量预冷(热)新风,在新风进入室内或表冷器前,降低(提高)新风比焓。冷却器的使用可有效降低空调系统的负荷,提高空调系统的运行效率,减小空调设备装机容量,节省空调系统的运行费用。冷却器有效地解决了提高室内空气品质与空调系统节能之间的矛盾,在空调系统节能领域中具有不可替代的重要作用。

  我国相继在有关规范中对在空调系统中使用能量回收装置进行了规定。但对几座大城市的集中式空调系统进行调查发现,绝大多数没有安装冷却器等能量回收装置,导致排风中冷(热)量的浪费。一些安装了能量回收装置的空调系统由于运行和管理不当,未能达到节能效果,新风处理能耗仍相当大[4]。

  在西方发达国家,冷却器已被广泛应用于各种类型的空调系统中。冷却器被美国能源部2001年4月出版的《商业建筑能耗手册》列为美国当今和未来最有经济优势的15项暖通空调节能技术之一,作为一种重要的节能产品在全美范围内推广[5]。在我国,冷却器一直未能得到推广和普及,其原因主要为:①国产冷却器的热湿交换材料性能不佳,但价格不菲。②迎面风速对传统芯材的影响很大,通常需将迎面风速控制得很低时,才能使冷却器的热回收率达到相关规范中规定的下限。因此,产品体积庞大,安装受到限制。③由于缺乏冷却器节能分析软件,设计者无法评价使用冷却器的经济性和节能性,限制了其发展。④与常规空调系统相比,全热回收系统更复杂,不但要求设计者全面了解冷却器的结构、性能、尺寸,而且要处理好新风、回风、排风和送风的关系。由于大多设计者对冷却器没有全面认识和深入了解,不少设计者不选用冷却器。

  因此,应开发性能优良的热湿交换材料,研制适应我国气候特点的高效冷却器。进一步加强冷却器在空调系统中的应用研究,优化使用冷却器空调系统的设计方法,并加强全面评价冷却器在空调系统中的节能作用。

  3板翅式换热器的研究进展

  ①板翅式换热器性能优化的理论实验研究。

  L.Z. Zhang等人[6]对板翅式换热器芯材的传热、传湿机理进行了系统研究,并对其传热、传湿基本方程、数学模型边界条件等进行了深入研究和模拟分析。Y.P.Zhang等人[7]通过严格的理论推导,建立了板翅式换热器的数学模型。文献[8]详细介绍了一种新型板翅式换热器的研制过程,实验测试数据显示,新型板翅式换热器的显热传热效率可达72. 7%,全热传热效率可达55. 7%。

  文献[3]对板翅式冷却器在不同运行工况下的性能进行了实验研究,板翅式换热器的传热效率随着风量的增大而下降,显热传热效率与风量的变化成线性关系。当新、排风湿度差较大时,潜热传热效率随湿度差增大而增大的趋势比较明显。显热传热效率随着新、排风温度差的增大有所增加,但增加的趋势不明显。

  ②使用板翅式换热器的空调系统的节能性分析。文献[9、10]介绍了板翅式换热器的结构、工作原理,分析了不同湿球温度下板翅式换热器的节能效果,并对其经济性进行了分析。J. L. Niu等人[11]通过研究发现,使用板翅式换热器比使用显热换热器具有更大的优势。他们开发的模型软件分析显示,香港地区使用板翅式换热器每年可以节省58%的新风处理能耗,而使用显热换热器只能节省10%的新风处理能耗。

  4OxyCell换热器

  OxyCell换热器为板翅式换热器的一种,基于自然冷却方式,是一种集间接蒸发冷却、烘干、置换通风等多项功能于一体的高效能源回收装置。某型号OxyCell换热器夏、冬季工作过程见图2、3。图2中OxyCell换热器入口室外空气温度为3℃,风量为600 m3/h。经换热器自然冷却、间接蒸发冷却温度降为18℃,其中风量为400 m3/h的新风进入室内,另有200 m3/h的新风沿换热器的蒸发端继续参与热湿交换并形成温度为27℃、相对湿度为99%的二次空气排出。图3中OxyCell换热器入口室外空气温度为5℃,风量为200 m3/h,经换热器与温度为22℃、风量为200 m3/h的室内排风进行热湿交换后,温度升为18℃,排风温度降为9℃。利用OxyCell换热器有效地回收了排风中的显热和潜热,降低了新风处理能耗。

  过高的湿度对间接蒸发冷却系统的性能有不良影响,OxyCell换热器的烘干装置可确保间接蒸发冷却系统在任何湿度条件下达到最佳性能。OxyCell换热器适用于小型制冷机。新风中水蒸气在换热器中的冷凝过程可去除灰尘、异味、花粉、CO2等污染物,起到净化室外空气的作用。冷凝水可在置换通风冷却中循环利用。干燥空气也具有潜在的制冷能力。

  5结语

  冷却器作为一种重要的节能产品,在我国及国际上具有极大的市场潜力。目前,传统的国产冷却器换热效率低、价格高、体积庞大、阻力大已成为制约其推广和普及的主要原因。冷却器的研发单位应从优化结构、芯材性能入手,研发出适合我国气候特点的冷却器,进一步推动空调系统的节能。OxyCell换热器在节能与环保的同时还可以提供健康舒适的环境,具有可观的经济效益和良好的社会效益
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