全熱交換器在不同風(fēng)量下焓交換效率變化的研究

何冠成，王繼偉，陸枝成

（1.威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣州 510663； 2.廣東美的制冷設(shè)備有限公司，佛山 528311）

引言

無(wú)論是炎熱的夏天還是寒冷的冬天，大家只需按下空調(diào)的遙控器就能享受溫度適宜的環(huán)境。為了避免室內(nèi)環(huán)境不與室外環(huán)境進(jìn)行熱交換，使用空調(diào)器時(shí)需要緊閉門(mén)窗，阻斷室內(nèi)外之間的空氣流通。但是這樣做會(huì)引來(lái)新的問(wèn)題，人們?cè)诿荛]的房間中活動(dòng)會(huì)不斷地消耗氧氣，呼出二氧化碳及水汽，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，房間內(nèi)氧氣含量不足，濕度過(guò)大，人們會(huì)感到悶熱，如果房間中有人煮食、吸煙，室內(nèi)的空氣就變得更污濁，細(xì)菌病毒容易滋生，進(jìn)而危害人體健康。為了解決能量損耗大和空氣質(zhì)量差的難題，人們發(fā)明了熱交換器，熱交換器以能量回收芯體為核心，在通風(fēng)換氣過(guò)程中能回收部分的排風(fēng)能量。

熱交換器按換熱的類(lèi)型可分為全熱交換器和顯熱交換器，其中全熱交換器在居家環(huán)境中使用較為廣泛。風(fēng)量、靜壓和焓交換效率是全熱交換器的重要技術(shù)參數(shù)，這三個(gè)參數(shù)之間又有聯(lián)系。同一全熱交換器，風(fēng)量越大，焓交換效率就越低，風(fēng)量越小，焓交換效率就越大。但是在全熱交換器的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中，焓交換效率的測(cè)試方法中風(fēng)量條件描述得不夠明確，容易造成測(cè)試結(jié)果的偏差，本文研究全熱交換器的工作原理，通過(guò)一系列測(cè)試反映焓交換效率與風(fēng)量的關(guān)系，并提出熱負(fù)荷的概念，為消費(fèi)者選購(gòu)全熱交換器提供更直觀的技術(shù)參考。

1 全熱交換器

全熱交換器的學(xué)名是全熱型空氣-空氣能量回收裝置[1]，是一種以能量回收芯體為核心，在通風(fēng)換氣過(guò)程中實(shí)現(xiàn)排風(fēng)能量回收功能的設(shè)備組合。全熱交換器能在新風(fēng)和排風(fēng)之間同時(shí)產(chǎn)生顯熱和潛熱的交換，而顯熱交換器在新風(fēng)和排風(fēng)之間僅能產(chǎn)生顯熱交換。

全熱交換器一般由熱交換芯、風(fēng)扇電機(jī)、過(guò)濾裝置、風(fēng)道、控制系統(tǒng)及外殼六部分構(gòu)成，其中熱交換芯是全熱交換器的核心組件。熱交換芯的流道結(jié)構(gòu)較常見(jiàn)的有三角形、長(zhǎng)方形、正方形。熱交換芯的透析膜和支撐件一般由聚酯材料或復(fù)合纖維制成，其中復(fù)合纖維材質(zhì)制成的能量交換芯體在環(huán)境空氣濕度變大的情況下，流道形變較復(fù)合聚酯材料制成的芯體更大[2]。

圖1 全熱交換器工作原理

全熱交換器的工作原理如圖1所示：在風(fēng)扇電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，污濁空氣從室內(nèi)排出，新鮮空氣從室外送入，室內(nèi)、室外空氣在熱交換芯相遇，通過(guò)傳熱板進(jìn)行溫度交換，通過(guò)板上的微孔進(jìn)行濕度交換，既能通風(fēng)換氣又在一定程度上維持室內(nèi)溫度、濕度。這就是全熱交換過(guò)程。當(dāng)全熱交換器在夏季制冷期運(yùn)行時(shí)，新風(fēng)從排風(fēng)中獲得冷量，使溫度降低，同時(shí)被排風(fēng)干燥，使新風(fēng)濕度降低；在冬季運(yùn)行時(shí)，新風(fēng)從排風(fēng)中獲得熱量，使溫度升高，同時(shí)被排風(fēng)加濕。

2 名義風(fēng)量值與焓交換效率

有研究[3]表明，對(duì)于同一熱回收裝置，交換效率隨風(fēng)量及有效換氣率的增大而降低；因此全熱交換器對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21087-2007 《空氣-空氣能量回收裝置》（下文簡(jiǎn)稱(chēng)《標(biāo)準(zhǔn)》）中，指出全熱交換器的焓交換效率的測(cè)試應(yīng)在指定的風(fēng)量條件下進(jìn)行，確保檢測(cè)結(jié)果的一致性?！稑?biāo)準(zhǔn)》規(guī)定全熱交換器的焓交換效率按式（1）計(jì)算：

式中：

ηh—焓交換效率，以百分?jǐn)?shù)表示；

ixj—新風(fēng)進(jìn)風(fēng)空氣焓值，kJ/kg（干）；

ixc—新風(fēng)送風(fēng)空氣焓值，kJ/kg（干）；

ipj—排風(fēng)進(jìn)風(fēng)空氣焓值，kJ/kg（干）。

但《標(biāo)準(zhǔn)》在“表3 裝置性能測(cè)試工況”中規(guī)定交換效率的測(cè)試是在名義靜壓對(duì)應(yīng)名義風(fēng)量下進(jìn)行測(cè)試，而在“表2 交換效率要求”則規(guī)定在新、排風(fēng)量相等的條件下測(cè)量，未考慮熱交換器的名義新風(fēng)量與名義排風(fēng)量不相等的情況。某全熱交換器的風(fēng)量、焓交換效率的名義值如表1所示，在進(jìn)行焓交換效率測(cè)試時(shí)，可出現(xiàn)幾種不同的風(fēng)量條件，究竟按新風(fēng)量250 m3/h、排風(fēng)量200 m3/h，還是按新風(fēng)量和排風(fēng)量均為200 m3/h，又或者按新風(fēng)量和排風(fēng)量均為250 m3/h？對(duì)不同條件下的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行判定，可能出現(xiàn)不一致的結(jié)論。

外包服務(wù)人員因其服務(wù)內(nèi)容和崗位職責(zé)，在整個(gè)服務(wù)過(guò)程中，不可避免地會(huì)了解并熟悉委托方的技術(shù)環(huán)境、技術(shù)資料以及相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，如網(wǎng)絡(luò)配置、訪問(wèn)控制、策略部署等技術(shù)類(lèi)業(yè)務(wù)信息。

表1 全熱交換器焓交換效率性能參數(shù)

3 試驗(yàn)方案與結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)方案與結(jié)果

為了分析全熱交換器在新、排風(fēng)量不同的條件下焓交換效率的變化情況，對(duì)一個(gè)帶風(fēng)機(jī)的全熱交換器進(jìn)行制冷焓交換效率試驗(yàn)。試驗(yàn)依據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》附錄E規(guī)定的兩室法進(jìn)行，試驗(yàn)樣品為名義新風(fēng)量、排風(fēng)量均為250 m3/h的全熱交換器，試驗(yàn)條件和試驗(yàn)結(jié)果如表2、表3所示。新風(fēng)量、排風(fēng)量對(duì)制冷工況交換效率的影響分別如圖2、圖3所示。

3.2 結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果表明：

1）新風(fēng)量、排風(fēng)量的增加都會(huì)導(dǎo)致焓交換效率的減小。在新風(fēng)量不變的情況下，制冷焓交換效率隨排風(fēng)量的增加而減小；在排風(fēng)量不變的情況下，制冷焓交換效率隨新風(fēng)量的增加而減小。新風(fēng)量不變時(shí)，制冷焓交換效率變化幅度為45.8～49.0 %；排風(fēng)量不變時(shí)，制冷焓交換效率變化幅度為44.3～49.9 %。

2）增加新風(fēng)量與增加排風(fēng)量對(duì)溫度交換效率的影響有明顯差異。隨著新風(fēng)量的增加，溫度交換效率從53.8 %降到42.2 %，降幅較大，濕度交換效率從48.0 %下降到44.6 %；隨著排風(fēng)量的增加，溫度交換效率相對(duì)平穩(wěn)，并出現(xiàn)波動(dòng)性，濕度交換效率從48.3 %下降到44.1 %。

為了解決名義新風(fēng)量與名義排風(fēng)量不相等引起的問(wèn)題， 在T/CAQI 10-2016《新風(fēng)凈化機(jī)》標(biāo)準(zhǔn)中，焓交換效率的計(jì)算考慮了新風(fēng)量與排風(fēng)量，焓交換效率[4]按公式（2）計(jì)算。GB/T 21087正在修訂，新版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了焓交換效率的要求是在新、排風(fēng)量相同而且風(fēng)量等于新風(fēng)量的條件下測(cè)試，同時(shí)新版標(biāo)準(zhǔn)引入了能量回收比，表征熱交換器回收的能量與能量回收過(guò)程中消耗的電能之比。

表2 制冷工況不同新風(fēng)量條件下焓交換效率的測(cè)試結(jié)果

表3 制冷工況不同排風(fēng)量條件下焓交換效率的測(cè)試結(jié)果

圖2 制冷工況下新風(fēng)量對(duì)交換效率的影響

圖3 制冷工況下排風(fēng)量對(duì)交換效率的影響

式中：

QP—排風(fēng)風(fēng)量，m3/h。

從消費(fèi)者的角度來(lái)說(shuō)，全熱交換器能為房間提供新鮮空氣同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生不良影響—熱負(fù)荷，但焓交換效率、能量回收比都不能直觀地反映熱負(fù)荷。如果全熱交換器能標(biāo)識(shí)產(chǎn)品名義熱負(fù)荷，消費(fèi)者就能根據(jù)熱負(fù)荷參數(shù)采取合適的措施來(lái)保持房間的熱舒適性，熱負(fù)荷可通過(guò)下公式（3）計(jì)算：

式中：

C—熱負(fù)荷，W；

qhm—換風(fēng)量（取新風(fēng)出風(fēng)質(zhì)量流量與排風(fēng)進(jìn)風(fēng)質(zhì)量流量中較大者），kg/s。

4 結(jié)束語(yǔ)

全熱交換器的焓交換效率與新風(fēng)量、排風(fēng)量有關(guān)，而且新風(fēng)量、排風(fēng)量越大，焓交換效率越低。GB/T 21087正在修訂，新版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了焓交換效率限定值試驗(yàn)是在新、排風(fēng)量相等且風(fēng)量等于名義新風(fēng)量的條件下進(jìn)行，而名義焓交換效率的試驗(yàn)則是在名義新、排風(fēng)量條件下進(jìn)行。然而焓交換效率不能直觀地反映熱負(fù)荷，在進(jìn)行焓交換效率測(cè)試時(shí)，按照公式（3）計(jì)算熱負(fù)荷，對(duì)消費(fèi)者采取措施維持房間熱舒適性有指導(dǎo)意義。