廢熱回收裝置

廢熱回收裝置是以換熱器為主要部件，將一個設備產生的多餘熱量傳遞到另一設備，用以加熱或者能量轉化的裝置，是一種經濟、環保的設備。對於普通建築而言，最常用的廢熱回收裝置是空氣熱回收設備。

基本介紹

• 中文名：廢熱回收裝置
• 外文名：waste heat recovery unit
• 作用：廢熱再回收再利用
• 適用場所：可控制通風空調系統
• 目的：節約能源

簡介

建築中常用的廢熱回收裝置為空氣熱回收設備，空氣熱回收裝置是指回收建築物內外的餘熱，並把回收的熱量作為供熱或其他加熱設備的熱源而加以利用的設備。通常由送排風機、空氣側的熱回收器、空氣過濾器及其他附屬設備組成，一般都配帶有電控裝置。空氣熱回收裝置的類型很多，各有優缺點。

按照工作原理不同，空氣-空氣熱回收裝置可分為：轉輪式換熱器、板式和板翅式換熱器、熱管換熱器、中間媒體式換熱器、溶液吸收式換熱器幾種常見的形式。不同形式的熱回收裝置的回收效率、設備費、維護保養等特點也各不相同。

按照回收熱量的不同，熱回收可分為全熱回收和顯熱回收。全熱回收裝置既能回收顯熱，又能回收潛熱，此類裝置有轉輪式換熱器、板翅式換熱器和溶液吸收式換熱器。顯熱回收裝置只能回收顯熱，具體的類型有中間熱媒式換熱器、板式換熱器和熱管式換熱器。按照回收方式的不同，空氣熱回收裝置可分為靜態回收裝置和動態回收裝置。動態回收裝置指空氣側有動態交換的回收方式，具體的類型是轉輪式換熱器，靜態回收是指其他幾種空氣側沒有動態交換的回收方式。

空氣-空氣熱回收裝置的性能評價一般採用熱回收效率η表示（η= 實際傳遞量（熱或濕）/最大可能傳遞量（熱或濕））。熱回收效率η有顯熱回收效率、潛熱回收效率、全熱回收效率3種形式，工程上一般採用設計工況下的全熱回收效率。對熱回收裝置的整體效益評價，同時還應考慮到送風機、排風機所需要的能耗。

圖1.各種熱回收裝置的特點比較

熱回收分類及組成

熱回收方式比較多，但歸納起來共兩大類。即全熱回收裝置和顯熱回收裝置。全熱回收裝置既能回收顯熱又能回收潛熱，此類裝置有轉輪式換熱器、板翅式換熱器、熱泵式換熱器等。顯熱回收裝置有中間熱媒式換熱器、板式顯熱換熱器、熱管式換熱器等。

全熱回收裝置

（1）轉輪式熱交換器

轉輪式熱交換器主要由轉芯、傳動裝置、自控調速裝置及機體構成，圖2為輪轉式全熱交換器結構簡圖。轉芯是轉輪式全熱交換器的主體，它可以採用各種不同材料和工藝製成。目前成熟的做法是採用鋁箔或合金鋼作為基本材料，添加硫酸鈉、氯化鈉和氯化鏗等吸熱劑和吸濕劑以及增加強度的膠料加工而成，也有採用矽酸鹽類物質燒結而成的複合材料製作的。轉輪呈蜂窩狀，外形成輪形並轉動。在換熱器旋轉體內，設有兩側分隔板，上半部通過新風，下半部通過室內排風，使新風與排風反向逆流。轉輪以一定的速度緩慢旋轉，把排風中冷熱量收集在覆蓋吸濕性塗層的抗腐蝕鋁合金箔蓄熱體裡，然後傳遞給新風。空氣以一定的流速通過蓄熱體，靠新風與排風的溫差和水蒸汽分壓差來進行熱濕交換。

圖2.輪轉式空氣熱交換器結構簡圖

（2）板翅式空氣熱交換器

板翅式空氣熱交換器的材料為多孔纖維性材料全熱回收或鋁箔顯熱回收，較常見的板翅形狀有三角形、矩形、平滑波紋形，圖3為板翅式空氣熱交換器結構示意圖。

板翅式換熱器芯體隔板兩側流體的流動形式有順流式、逆流式和叉流式，最常用的是叉流式。採用叉流式流動可以簡化芯體結構。板翅式全熱交換器芯體是採用多孔纖維性材料如特殊加工的紙作為傳熱隔板，對其表面進行化學處理後製成單元體單元體的波紋板交叉疊積，並用膠使其峰谷與傳熱隔板粘結而組成的。芯體具備較強的傳熱透濕能力。當隔板兩側氣流之存在溫度差和水蒸汽分壓力差時，兩者間就將產生傳熱與傳質進程，進行全熱交換。芯體翅片密度通常為120~700片/m。理論上，翅片密度越大越好，因為可以增加有效換熱面積，但翅片密度的增大會使空氣通過芯體時的壓降加大，從而加大系統克服壓降的動力消耗，如果回收的能量少於系統克服壓降消耗的能量就得不償失了。芯體翅片高度範圍為2~25mm，為了增加換熱面積、減小換熱器外形尺寸，目前用於空調系統換熱器的翅片的高度一般3mm以內。

板翅式換熱器屬於間接接觸式中的直接傳熱式換熱器，即兩側不同溫度和濕度的流體是分開的，當隔層板兩側氣流之間存在溫度差和水蒸氣分壓力差時，兩者間就會發生傳熱與傳質，從而進行全熱交換，能量通過間壁連續地從熱流體流向冷流體。通常用ε（換熱器實際換熱量與熱力學理論最大換熱量的比值）來表示換熱器的效率，它受傳熱單元數NTU、熱容率流體質量流量和比定壓熱容的乘積比流動布置方式的影響。空調系統中採用的板翅式換熱器兩側的流體均為單相流體，且換熱過程中由於溫度和壓力變化很小流體不發生相變，故每側流體的比定壓熱容都等於常數，因此可以認為換熱器的效率ε與新風量和排風量的比值有關，和影響NTU的總傳熱係數K、換熱面積A關係密切。

圖3.板翅式空氣熱交換器結構示意圖

（3）熱泵式換熱器

熱泵式換熱器，能回收大量潛能。熱效率高。但是需配備壓縮機、冷凝器、蒸發器等一系列配套設備，其本身能耗、設備造價比較高。

顯熱回收裝置

（1）中間熱媒換熱器

中間媒體式換熱器一般在新風和排風側，分別使用一個空氣-液體換熱器，排風側的空氣流過時，對系統中的冷媒進行冷卻。而在新風側被冷卻的冷媒再將冷量轉移到進入的新風上，冷媒在泵的作用下不斷地在系統中循環。中間媒體式換熱器再配備上壓縮機、冷凝器、蒸發器等一系列配套設備，就成為熱泵式換熱器。該種換熱器能回收大量潛能，熱效率高。但是其本身能耗，設備投資造價也比較高。中間熱媒換熱器中新風與排風不會產生交叉污染，供熱側與得熱側之間通過管道連線，管道可以延長，布置靈活方便，但須配備循環水泵，存在動力消耗，通過中間熱媒輸送，溫差損失大，換熱效率較低，在60% 以下。

圖5.中間媒體式換熱器的結構

（2）板式顯熱換熱器

板式和板翅式換熱器的結構相同，都是通過排風與送風交替逆向流過換熱隔板，靠新風與迴風的溫差和濕差實現交換熱量的裝置。兩者的區別主要是換熱隔板的材料不同。板式換熱器由光滑的鋁箔、不鏽鋼、塑膠等板裝配而成，只能實現顯熱回收。板翅式換熱器中隔板和板翅採用了一種特殊加工的紙或膜，並對其表面進行特殊處理後製成單元體黏結在隔板上，材料具有良好的傳熱性和透濕性，當進排氣的兩側存在溫差和水蒸氣壓力差時就會產生熱濕交換，從而可實現全熱回收，一般換熱效率為50%～70%。

板式和板翅式換熱器兩側氣流的流向有叉流和逆流兩種形式，逆流和叉流的換熱效率約為1：0.75，逆流型套用較多，熱回收效率較高，但結構複雜，氣流密封性差。叉流型結構簡單，氣體密封性較好，但換熱效率較低。

板式和板翅式換熱器的換熱材料有： ①顯熱類：鋁箔、不鏽鋼、塑膠等；②全熱類：多孔纖維材料、紙、膜等。

（3）熱管式換熱器

熱管是一種藉助工質(如氨、氟利昂-11、氟利昂-113、丙酮、甲醇等)的相變進行熱傳遞的換熱元件。典型的
熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成，在抽成真空的管子裡充以適當的工作液，靠近管子內壁貼裝吸液芯，再將其兩端封死即成熱管。熱管既是蒸發器又是冷凝器，熱管換熱器就是由這些單根熱管集裝在一起，中間用隔板將蒸發段與冷凝段分開的熱回收裝置。熱管式換熱器無需動力消耗，藉助另一介質的相變來傳遞熱量，傳遞效率較低。

空調中常用熱管按結構形式可分為3種不同的情形：整體式吸液芯熱管、整體式熱虹吸管（重力熱管）、分離式熱管。

圖4.熱管換熱器的結構

優缺點

優點

轉輪式換熱器：

（1）換熱效率高，能同時回收顯熱、潛熱；

（2）回收效率比較高，能套用於較高溫度的排風系統；

（3）通過轉速控制，適用於不同的室內外空氣參數；

（4）能通過降低轉速來防止霜凍，無需採取其他輔助防霜凍措施。

板式和板翅式換熱器：

（1）結構簡單，運行安全、可靠；

（2）無傳動設備，不消耗動力；

（3）設備費用較低。

熱管換熱器：

（1）無轉動部件、不需要動力源、運行安全可靠；

（2）可套用於不同相態間流體的能量回收；

（3）新排風部分不會交叉感染，可套用於排風有污染的場所；

（4）風阻低，冷凝水易於排出。

中間媒體式換熱器：

（1）送排風完全隔離，無交叉污染情況；

（2）供熱側與得熱側之間通過管道連線，管道可以延長，布置靈活方便，受空間限制小。

缺點

轉輪式換熱器：

（1）裝置較大，通風截面利用率低，占用建築面積和空間多；

（2）壓力損耗較大，自身需要消耗動力；

（3）有少量滲漏，無法完全避免交叉污染；

（4）設備造價較高。

板式和板翅式換熱器：

（1）設備體積大，須占用較大建築空間；

（2）風速大時，產生強大的阻力和噪聲，甚至吹破膜片；

（3）難清洗，會積存冷凝水，導致黴菌滋生；

（4）空氣品質較差時，換熱材料易堵塞。

熱管換熱器：

（1）傳熱效率較低，顯熱回收效率為50%～70%，不能回收潛熱；

（2）熱管在使用一段時間後，由於熱管積灰結垢、露點腐蝕等原因，傳熱效率會明顯下降。

中間媒體式換熱器：

（1）須配備循環水泵，存在動力消耗；

（2）通過中間熱媒輸送，溫差損失大，換熱效率較低，在30%～40%左右。

使用注意事項

轉輪式換熱器：

（1）要根據處理空氣的特性選擇合適的轉輪材料；

（2）為避免長期不用時轉輪不平衡，宜設有定時短期運行的啟停裝置；

（3）為減少交叉污染，保證扇形淨化區的正常工作，應保證新風側風壓比排風側風壓高200Pa以上；

（4）轉輪熱回收不適合在醫院、生物潔淨室等場合使用，以避免產生交叉感染；

（5）一般迎面風速為2～4m/s。

板式和板翅式換熱器：

（1）板翅式熱回收對空氣溫度，清潔度有一定的使用限制要求；

（2）進、排風均應裝設過濾器，以防止換熱材料堵塞，減少維護工作量；

（3）板翅式熱回收存在一定的交叉感染，不適合在醫院、生物潔淨室等場合使用；

（4）板翅式熱回收效率將隨使用時間的延長和換熱芯體含塵量的增加而降低。

熱管換熱器：

（1）要注意熱管材料和換熱介質的選擇；

（2）熱管的蒸發段和冷凝段需隨季節的變化而交替切換，需配有季節轉換裝置；

（3）應配置冷凝水排放裝置。