浅谈热管热回收系统的工程应用

杨畅

上海市安装工程集团有限公司 上海 200436

引言

能源问题是现今社会关注的重要问题，其中在总能源消耗中，建筑能耗占了相当大的比重。近年来，随着经济的发展及空调系统的普及，空调系统的能耗问题已受到越来越多人的关注。同时，人们对居住环境的空气品质的关注，势必会加大新风系统能耗。

目前，新风负荷在建筑物空调负荷重占相当大的比重。在中国的绝大多数城市中，在夏季，排风温度（25～28℃）要比室外空气温度（32～38℃）低；在冬季，排风温度（20～25℃）要比室外空气温度（5～10℃）高。新排风热回收系统作为空调系统节能中的一项重要措施，如果采用合理的装置从排风所携带的冷/热量中回收部分能量来处理新风，可以节约本来由制冷或制热机组承担的新风负荷，从而提供空调系统的效率。排风热回收设备的设置，最多可以节约70%～80%的新风负荷，节约的能量占空调总负荷的10%～20%。随着国民生活水平的提高，室内空气品质也越来越受到重视。排风热回收装置的使用可以在节能的同时增加室内的新风比例，有效地提高室内空气品质。

1 项目概况

苏州广播电视台总台现代传媒广场工程位于苏州工业园区，总建筑面积为325656.96m2，建筑高度不超过214.8m，耐火等级为一级的超高层综合楼。地上部分共2栋塔楼，主塔楼为42层办公楼，主塔楼低区裙房为演播楼，建筑面积为139349.64m2；副塔楼为38层五星级酒店和公寓，建筑面积为84523.4m2；地下建筑面积为101783.92m2。最有特色的为建设于整个地块东南面的广电自用演播楼，演播楼为全钢结构，其中2000m2演播厅平面尺寸36.00m×47.95m，层顶标高29.80m，净高23.85m，属超大空间超大容量建筑[1]。

2 各种常见热回收设备

在空调热回收系统中，目前较为常用的有转轮式换热器、板式换热器、盘管热环式换热器、热泵和热管换热器。

2.1 转轮式换热器

它是一种全热换热器，由转轮、传动机构、外壳组合。转轮式换热器是通过排风与新风交替逆向流过转轮并各自释放或吸收热量。排风由转轮一侧的入口吸入，将所含的部分冷量（或热量）传递给转轮；而新风从转轮的另一侧吸入，转轮以15～20r/min的速度旋转，将积蓄在转轮上的冷量（或热量）传递给新风。其优点是热回收效率高，可达70%～85%，且中间有清洗扇，对转速控制，能适应室外不同的空气参数。但是转轮式换热器是两种介质交替转换，不能完全避免交叉污染，因此流过的气体必须是无害气体，另外设备装置较大，占有较多面积和空间，接管固定，带传动设备，消耗一定的动能，同时冷凝水不易排放、效能衰减严重，有效使用寿命极短。

2.2 板（翅）式换热器

板式换热器分平板式显热换热和板翅式全热换热器两种，是较为理想的排气能量回收装置，其优点为结构简单，新、排风互不接触，无交叉污染，无转动部件，运行可靠，使用寿命长；其缺点是通过气流收到露点温度的限制，凝结水排放不易，从而导致霉菌滋生，使其寿命下降；换热芯体很难清洗，维护成本高。

2.3 盘管热环式热回收装置

它是一种空气－液体热交换器，由布置在新风、排气管道上的两个热交换器、泵、膨胀箱、排空阀和管道组成，使用一台小功率泵作为系统的循环动力，管道内的传热液体将排风中的热量传递给新风，该装置优点是新风、排风管道布置灵活。但是该系统需要在管路上安装水泵，管路泄露和气蚀等问题不可避免。在寒冷季节使用时为了防冻，必须添加昂贵的抗冻剂，并安装膨胀水箱，且水泵运行时能耗较大[2]。

2.4 热泵

热泵是一种可有效利用低温热能的节能设备，它能回收大量潜能，热效率高，但其本身能耗大，设备投资造价高。

2.5 热管换热器

热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的高效传热元件，它可以将大量热量通过其很小的截面积长距离的传输而无须外加动力。热管以其构思巧妙，传输温差小、使用温度范围广、可调控管内热流密度等众多优良特性，在能量回收和余热利用已显示出其独特的作用。

热管换热器属于冷热流体互不接触的表面式换热器，它具有的占地小、无转动部件、运行安全可靠、换热效率高等优良特性，为工程选用创造了便利条件。

2.6 热回收装置的比较

选择合适的热回收装置，需要结合当地气候条件、经济状况、工程的实际情况、排风中有害气体的情况等多种因素，进行技术经济方面的综合比较。从表1中可看出，通过各项指标的比较，热管热回收装置具有优良的特性，这为在实际工程应用带来了方便。

3 三维热管与传统热管相比的优势

3.1 三维热管的定义

三维热管是以三维热回路内的气压变化来驱动回路内传热工质循环流动，靠工质相变吸热和放热来传递热量的装置。所谓的“三维”是指热回路是三维的，即热量的传递可以从热管的一侧到另一侧。

三维热回路在多排管路的设计上是一个突破，其中工作液体在热管内部流动，不仅是靠两端气流之间的温差实现的，而且还是由相同气流中不同管排之间的温差实现的，通过热管两侧气流的温差和同侧气流前后的温差，“三维热管”与使用相同管径的普通热管相比，能够传输两到三倍的工作液体。传热能力更大，而占用空间相对更小，空气阻力更低。热效率在75%以上，使送风温度更加贴近室内环境的送风温度，消除室内外大温差带来的身体上的不舒适感[3]。

图1 三维热管的气流方向示意图

3.2 三维热管的安装优势

三维热管水平放置，可以三维传热，非常适合于暖通空调系统中，对冬夏两个季节的排风都能进行能量回收。

传统热管为单向传热，如果冬夏季节都要进行能量回收，必须设置“季节转换装备”，换季时手动切换热管的倾斜角度。

4 三维热管热回收机组节能分析

图2 三维热管式热回收机组空调系统流程

如图2所示，热管两端分别安装在空调机组的新风段与排风段中，表冷器用于补充夏季工况下热管换热器供冷量的不足，以及补充冬季工况下热管供热器供热量的不足，旁通新风回路用于调节热回收量[4]。

排风热回收的节能性主要是在于利用排风对新风进行预处理，系统只需将空气从预处理后的温度处理到送风温度即可，这样就降低了系统处理空气的负荷量及运行时的能耗。用于评价热回收器性能的一项重要指标，是热的回收效率。显热回收设备只有显热回收效率。全热型回收设备则可有显热回收效率、潜热回收效率和全热回收效率之分。其各自的含义见下图3和表1。

图3 空气热回收器的换热机理

表1 空气热回收的回收效率

5 热回收机组调试过程中存在的问题分析

机组调试运行前，应对其作全面的检查，检查工作应至少包括以下几点：

第一，检查机组安装是否完成，内部杂物是否清除。

第二，检查过滤器滤料是否污损。在进风段过滤器前蒙上一层尼龙过滤网，以防管道内的灰尘污染过滤器。中、高效过滤器应在调试完毕后再安装。有条件的客户可装备一套初效过滤器作调试用。

第三，用手或杠杆拨动风机叶轮，检查转动部件的风机叶轮转动是否灵活，是否有过紧和碰撞现象，润滑情况和各调节装备是否灵活。

第四，检查风系统管道内各风阀是否按设计位置开启，锁紧机构是否已经锁紧。

第五，水系统是否已清洗并已排净系统内的空气。管道系统安装结束应先清洗管道，清洗时必须关闭连接机组的阀门，以免管道内的杂物冲入盘管中，堵塞回路。通水使用前，应先打开排气阀，将管道中的空气排净，直到有水排出时方可关闭。

第六，检查电机绝缘是否合格。电机长时间不运转绕阻可能受潮，在使用前用兆欧表测量其绝缘阻值。25℃时的绝缘电阻值应超过2MΩ。

调试试运行：完成以上检查后，即可启动机组。机组启动后应注意监测电机运行电流是否正常，机组是否有异常响声。检查机组风量、风压是否正常。冷量、加湿量等应按不同工况调节[5]。

6 结束语

热回收器的使用在保证室内足够的新鲜空气置换的前提下，降低了空调运行中的冷负荷、热负荷，从而降低了能耗。三维热管具有很高的导热性、优良的等温性、热流密度的可变性、方向的可逆性等特点。所以，热管换热器对其他换热器而言，具有节能、高效、紧凑、投资少的优点，决定了其在空调热回收方面讲具有巨大的应用潜力。随着社会的发展与进步，人类对生活环境的要求也越来越高，设备的高效节能、绿色环保将是主题，三维热管式热交换机组将成为不可或缺的设备。