热交换器设备

全热交换器

LT

没有此类数据的情况下，可以按照空调室外空气设计参数及室内设计条件计算

出最大新风换气负荷后，根据空调实际使用状况，乘上一个小于1的系数（通

常约为0.75～0.85）来计算。

以上海市某中等规模的写字楼为例，对新风换气系统采用全热交换器的经济效

益作如下计算分析。设计条件在表1中给出。若不采用任何热回收设备，仅以

换气扇对空调房间进行换气时，因换气所带来的新风热负荷为：

夏季：48,000×1.2×（90.37-52.86）×1,300×0.8=2,246,999,040kJ/年

冬季：48,000×1.2×（34.81-1.02）×1,050×0.8=1,634,895,360kJ/年

若在新风换气系统采用全热交换器，其所能降低的新风热负荷为：

夏季：2,246,999,040×0.735=1,651,544,294kJ/年

冬季：1,634,895,360×0.735=1,201,648,090kJ/年

全热交换器自身消耗电力为：

夏季：15.75×1,300=20,475kWh/年

冬季：15.75×1,050=16,537kWh/年

则节约运行成本为：

夏季：1,651,544,294×0.049/1,000-20,475×0.8=64,545元/年

冬季：1,201,648,090×0.0813/1,000-16,537×0.8=84,464元/年

合计：64,545+84,464=149,009元/年

根据目前全热交换器的售价，约2年内可收回设备投资。而且，这并不包

括由于采用全热交换器降低了新风热负荷，所需制冷、供热设备能力变小而导

致空调设备投资减少的部分，以及以换气扇进行通风换气时的电力消耗。根据

设计实例，对于新建楼房而言，这一空调设备投资减少的部分几乎与因采用全

热交换器而导致的设备投资增加额相同。因此，新建楼房在最初设计阶段把空

调设备与全热交换器统筹考虑可以获得更大的节能经济效益。

3.3全热交换器与显热交换器的技术经济比较

对于上述工程实例，如果采用显热交换器（其显热交换效率为75.5%,见表1），

则新风送风温度为：

夏季：T2=34-(34-25)×75.5%=27.2℃

冬季：T2=-4+(20-（-4）)×75.5%=14.1℃

采用显热交换器所降低的新风热负荷为：

夏季：（34-27.2）×48,000×1.2×1.035×1,300×0.8=421,604,352kJ/年

冬季：（14.1-(-4)）×48,000×1.2×1.01×1,050×0.8=885,485,260kJ/年

显热交换器自身消耗电力为：

夏季：15.75×1,300=20,475kWh/年

冬季：15.75×1,050=16,537kWh/年

节约运行成本为：

夏季：421,604,352×0.049/1,000-20,475×0.8=4,278元/年

冬季：885,485,260×0.0813/1,000-16,537×0.8=58,760元/年

合计：4,278+58,760=63,038元/年

表2全热交换器与显热交换器的节能效果比较

新风送风空气条件没有

热回收显热

交换器全热

交换器

夏

季

制

冷空气温度[℃]3427.227.3

含湿量[g/kg(干)]21.9221.9213.98

比焓[kJ/kg(干)]90.3783.2763.11

新风负荷比[%]100%81%27%

冬

季

采

暖空气温度[℃]-414.113.9

含湿量[g/kg(干)]2.022.024.67

比焓[kJ/kg(干)]1.0219.3025.77

新风负荷比[%]100%45.9%27%

按目前显热交换器的售价，需3年才能收回设备投资。采用显热交换器虽然也

可以实现节能，但从技术经济综合指标判断，其节能效果远远不如采用全热交

换器。而且，从表2可以看出：新风热负荷中潜热负荷所占比例越高（=显热比

越低），采用全热交换器的节能效果也就越大。就本例而言，夏季制冷期新风

热负荷的显热比约为0.25，全热交换器的节能效果为显热交换器的3.84倍。而

在冬季采暖期，新风热负荷的显热比约为0.72，全热交换器的节能效果仅为显

热交换器的1.35倍。所以，从节能效果和经济效益两方面来看，对于像上海这

样夏季高温、多湿的南方城市，建议在新风换气系统推广使用全热交换器，实

现新风换气系统节能降耗。

4全热交换器发生交叉污染的原因及解决对策

4.1全热交换器发生交叉污染的原因

转轮式全热交换器发生交叉污染的主要原因有两个：

（1）由于全热交换器转轮旋转所产生的夹带。全热交换器以大约90～120゜/

秒的转速连续转动，转轮由回风区进入新风区时，会将一小部分没有来得及离

开转轮的回风被夹带到新风区，导致交叉污染发生。根据转轮转速与空气风速

计算，发生夹带的转轮扇形区域的圆心角小于8゜。

（2）由于多孔性吸湿材料的吸附作用。现行的全热交换器所使用的吸湿材

料为多孔性吸附剂。由于吸附剂微孔不仅对空气中的水蒸气有吸附作用，对有

味、有害气体，挥发性有机物(VOCs)等也有吸附作用。即使是在被认为有味、

有害气体很少发生的写字楼、宾馆饭店、高级住宅楼等场所，由于各种建筑材

料、内部装潢材料及家具等会缓慢地释放出如甲醛、丙酮等挥发性有机物，或

是由于吸烟、人体出汗等产生的氨气、尼古丁等气体。这些有害难闻的气体随

着回风通过全热交换器转轮时，会有一部分被多孔性吸附剂所吸附，并蓄积在

全热交换器转轮中。当全热交换器经过较长使用时间后（至少1年以上），遇

到室外空气的湿度、温度等有较大的骤然变化时，这些蓄积的有味、有害气体

会从热交换器转轮上释放出来，被新风带回到室内，出现所谓交叉污染。

4.2防止全热交换器发生交叉污染的对策

对于因全热交换器转轮旋转产生夹带而造成的交叉污染问题，只要在全热交换

器转轮进入新风区之前，设置一小块扇形反吹净化区。反吹净化区的一侧连接

在新风管的正压端，另一侧与排风管的负压端相连，就可以从根本上得到解决

（见图3）。对于后者，只有改变吸附剂才能解决问题。为此，对离子交换树脂

的吸湿特性及对各种污染气体的吸附特性进行了实验研究。结果表明，离子交

换树脂的吸湿特性能介于A型和B型硅胶之间。而且，通过改变相对湿度，很

容易实现水蒸气吸附与脱附过程的交替进行(2)。

表3新型离子交换树脂全热交换器中各种VOCs交叉污染的测定结果

VOCsConcentrationTransferRate

Ethanol70ppmND

Methanol40ppmND

Acetone45ppmND

MEK40ppmND

Toluene40ppmND

Xylene30ppmND

Styrene50ppmND

Ethylacetate180ppmND

Butylacetate33ppmND

IPA200ppmND

5全热交换器性能测试试验

5.1全热交换器传热性能测试

5.1.1全热交换器传热性能测定方法

按照日本冷冻空调工业协会规定的方法。测试了现行的采用硅胶吸附剂和研发

的采用离子交换树脂作为吸湿材料的全热交换器传热性能。实验装置见图4。

5.1.2实验结果与讨论

全热交换性能实验结果见图5。结果表明：当全热交换器转轮前面风速为2m/s

时，全热交换效率达到80%，风阻约为90Pa。新型离子交换树脂全热交换器的

传热性能完全可与现行的硅胶型全热交换器相媲美。

5.2交叉污染实验

为了比较现行的硅胶吸附剂全热交换器和新型离子交换树脂全热交换器交叉污

染的差异，分别对两种全热交换器进行了交叉污染测定实验。

5.2.1交叉污染实验方法

供实验用的污染气体在污染气体发生箱中产生，并导入到排风RA中。当操作条

件达到稳定后，测定各部分的污染气体浓度并按式（7）计算污染气体转移率EOD。

EOD=(CSA-COA)/(CRA-COA)×100%（7）

其中,CSA:热交换后新风侧污染气体浓度(ppm)；COA:室外新风侧污染气体

浓度(ppm)；CRA:排风侧污染气体浓度(ppm)。实验条件:室内侧温度27℃，相

对湿度50%RH；室外新风侧温度30℃，相对湿度为60%RH；转轮迎面风速分别为

2、3、4.5m/s。

5.2.2实验结果与讨论

对10种常见VOCs在新型离子交换树脂全热交换器中的交叉污染状况进行了调

查。结果表明：10种物质均无交叉污染发生（见表3，ND：检出浓度下

限(0.5ppm)以下）。氨、甲醛等极性亲水性较强、且分子直径较小

的污染气体成分被认为容易发生交叉污染。为此，分别对氨、甲醛在以硅胶、

活性氧化铝、分子筛、以及离子交换树脂作为吸湿材料的各种全热交换器中的

转移率进行了测试评价。实验结果在图6、7中给出。可见，虽然甲醛、氨在离

子交换树脂全热交换器中也有转移发生，但与其他类型的全热交换器相比，其

转移率最低。其中甲醛的转移率仅约为现行全热交换器的1/3～1/6，氨的转移

率仅约为现行全热交换器的的1/2～1/4。

6结论

（1）与显热交换器相比，新风换气系统采用全热交换器其节能效果显著。而且，

新风负荷的显热比越小，全热交换器的节能效果越明显。因此，对于高温多湿

的南方城市在新风换气系统应使用全热交换器，而非显热交换器。经实例计算

全热交换器的投资回收期一般在2年左右。

（2）采用全热交换器降低了新风负荷，可以减少新风机机组的容量，节省空调

设备的初期投资。

（3）通过设置反吹净化区，可以防止因转轮旋转产生夹带而造成的交叉污染问

题。

（4）新型离子交换树脂全热交换器可以有效地降低因吸附作用所产生的交叉污

染问题。

参考文献

（1）岡野浩志，広瀬勉.回転型全熱交換器用ロータの開発と実験的研究.空

気調和•衛生工学会論文集，2001，83（10）：45～51

(２)岡野浩志，舩戸浩史．各種吸着剤を使用した全熱交換器の臭気移行に関

する実験的研究．第35回空気調和•冷凍連合講演会講演論文集，東京：2001，

101～104

（3）金伟力，岡野浩志．转轮式全热交换器的节能特性及无交叉污染化研究．江

苏省暖通空调制冷2005年学术年会论文集，无锡：2005，231～239