CN104704296A

CN104704296A - 一种有效降低新风处理能耗的全热回收装置

Info

Publication number: CN104704296A
Application number: CN201280075673.2A
Authority: CN
Inventors: 房磊; 袁舒
Original assignee: SHANGHAI LANDSEA BUILDING TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: SHANGHAI LANDSEA BUILDING TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2015-06-10
Also published as: WO2014036744A1

Abstract

一种有效降低新风处理能耗的全热回收装置,包括一空气热交换器(1)；一新风进口(11)、一新风出口(12)、一排风进口(13)、一排风出口(14)以及一用于将水雾化为微米级水滴的水雾化系统。该水雾化系统包括一雾化水蓄水箱(2)，一雾化器(21)，一水泵(24)，一设置在排风出口(14)内的湿度传感器(23)以及一雾化控制器(22)；该雾化控制器(22)控制雾化器(21)的雾化水量，使得,排风出口(14)处的相对湿度保持在接近或等于100％。该全热回收装置能有效地将新风的热量传递给排风排出室外，使新风温度和湿度同时大幅下降以降低通风系统的冷负荷。新风与排风在这个过程中只有热传递没有任何质传递，从而确保新风不被热回收过程所污染。

Description

一种有效降低新风处理能耗的全热回收装置技术领域- 本发明涉及建筑节能领域，适用于建筑物通风系统中使用的热回收装置，可将建筑通风系统中排风的冷量或热量有效地传递给新风从而降低新风处理的能耗。本发明特别适用于夏季通风系统需要对新风进行冷却和除湿处理的场合，可充分利用室内排风对新风进行冷却和除湿处理。背景技术- 随着世界范围内化石能源的逐渐枯竭和全球气候变暧的加快，节能减排已成为刻不容缓的全球性任务。其中占全球能耗总量 50%以上的建筑能耗（包括采暧，通风，空调，照明，家电，办公设备及其他动力设备等的能耗）对节能减排起着至关重要的作用。在建筑能耗中有高达 30% 的能耗被用于通风，而且这个比例还会随着建筑保温技术的广泛应用而进一步提高。因而降低建筑通风的能耗对节能减排有着重要的意义。

降低建筑通风能耗的途径有两个：一是降低建筑物通风量，二是从排风中回收能量。前者由于室内空气污染源的逐年增加，使大部分建筑的通风量已显不足，再降低通风量已经不现实。因此，从排风中回收能量已经成为降低通风能耗的最佳选择。

纵观现有的通风系统热回收技术，用于回收显热的空气热交换技术已经能实现 80%以上的显热回收，这种技术用于冬季或干热的夏季气候比较有效，而对于湿热的夏季气候，所能回收的显热只占通风全热能耗的 10-20%。在现有的全热回收技术中，有些效率太低实用价值不大。有些虽然能回收 60%左右的通风全热能耗，但由于新风和排风在热回收的过程中存在质传递，而使相当一部分排风中的污染物被传递给了新风并随新风回送到室内，因而使通风变得无效。这种热回收装置名义上回收了 60%的通风全热，而实际上由于在做热回收的同时也加剧了室内空气污染，使通风的有效性大幅下降（等同于大幅降低新风量）。其结果是使有效的通风能耗上升，甚至还不如没有热回收的通风系统。

中国实用新型专利 "一种间接蒸发式新风换气机" （授权公告号为 CN 2636140Y)公开了一种新风换气装置，该专利采用在进风口与叉流式换热器之间设置加湿装置，使得室内向室外排出的空气在进入叉流式换热器之前被加湿而获得降温，这种进一步降温后的空气在叉流式换热器内与从室外吸纳进来的新鲜空气进行热交换，有利于室外进来的空气温度在热交换后获得比原来更低的效果。在该专利中，室内向室外排出的空气在进入换热器前被一喷淋水装置加湿冷却。根据传热学的基本原理，空气经这种冷却装置被冷却的极限温度是空气的湿球温度（除非用于喷淋的水温低于空气的湿球温度）。该专利虽然提高了排风与新风之间的温差从而增加了热回收量，但对于提高夏季湿热气候环境下建筑通风全热回收效率的作用依然非常有限，其原因是新风侧降温及冷凝除湿所需要释放出的全热量与排风侧通过温升能吸收的显热量不匹配。排风侧通过温升能吸收的显热量远低于新风侧降温及冷凝除湿所释放出的全热量。

因此本领域迫切希望能够提供一种能针对湿热气候的建筑通风系统的全热回收技术，从而为业界提供更具方向性的指引与参考。发明内容

本发明要解决的核心问题是新风与排风之间热交换的热量匹配问题,其目的在于提供一种有效降低新风处理能耗的全热回收装置，该专利装置能有效地将新风的热量（包括显热和潜热）传递给排风排出室外，使新风温度和湿度同时大幅下降以降低通风系统的冷负荷，而且在这个过程中新风与排风之间只有热传递没有任何质传递，从而确保新风不被热回收过程所污染。

为了达到上述目的，本专利提供如下技术方案：

一种有效降低新风处理能耗的全热回收装置,包括：

一空气热交换器；一新风进口、一通过所述空气热交换器与所述新风进口贯通的新风出口；一排风进口、一通过所述空气热交换器与所述排风进口贯通的排风出口；所述新风进口与所述排风出口位于室外，所述新风出口与所述排风进口位于室内；所述排风进口内设置有一用于将室内空气引导到室外的排风机，所述新风进口内设置有一用于将室外空气引导到室内的新风机；所述装置还包括一用于将水雾化为微米级水滴的水雾化系统，所述水雾化系统包括一雾化水蓄水箱，一设置在所述排风进口与所述空气热交换器之间的雾化器，一用于将水从雾化水蓄水箱输送到雾化器的水泵，一设置在排风出口内的湿度传感器，一根据所述湿度传感器的信号控制所述雾化器的雾化水量的雾化控制器；所述雾化控制器控制所述雾化器的雾化水量使得所述排风出口处的相对湿度保持在 90~100%。

本专利中雾化器的作用在于将水雾化成微米级水滴,这些微米级水滴与排风进口处的空气进行热交换,通过水滴的蒸发冷却从而将排风的温度降至空气的湿球温度，同时将排风进一步加湿至过饱和状态。在空气热交换器中，排风中的微米级水滴由于吸收新风侧传来的热量而迅速蒸发，同时因为排风中携带了足够的水雾，所以能保证其有足够的蒸发热来满足新风侧除湿所需的冷凝热，空气热交换器里的热交换过程就能延饱和线进行。这样就完美地解决了空气热交换器两侧新风与排风之间热交换的热量匹配问题。

进一步优选地，所述雾化控制器控制所述雾化器的雾化水量使得所述排风出口处的相对湿度保持在无限接近或等于 100%。

进一步优选地，所述雾化器将水雾化为直径为 10微米以下的水滴。进一步优选地，所述空气热交换器为板式热交换器或者板翅式热交换器或管式热交换器，更进一步地，所述板式热交换器为逆流板式热交换器或叉流板式热交换器。

进一步优选地，所述雾化器为超声波雾化器或者空气压缩式雾化器或者高压喷水式雾化器，更进一步优选地，所述排风进口与所述新风出口下方设有一用于收集凝结水与冷凝水的托水盘，所述托水盘与所述雾化器蓄水箱相连通。

进一步优选地，所述雾化器蓄水箱上设有一用于将所述雾化器蓄水箱中多余水溢出的溢水管。

要实现本专利所描述的全热回收,需要达到如下条件：

进入空气热交换器的排风必须被加湿到过饱和状态（即加湿到雾区），并且排风所携带的水雾应适量，既要保证排风在空气热交换器中不过早地脱离过饱和区又不使雾化过量。其最佳的排风雾化水量是将空气热交换器排风出口处的相对湿度控制在无限接近或者达到 100%。这样就可以实现如图 1所示的空气处理过程。

进一步地，雾化器产生的水雾必须由直径 10微米以下的水滴组成，从而使水雾能够在空气热交换器里瞬间迅速蒸发吸热。以实现较高的热回收效率。

本专利中，通过在空气热交换器的排风进口设置雾化器，将水雾化成微米级的水滴，从而使得水滴能够充分蒸发吸热，同时控制雾化器保持一定的雾化喷水量来实现最高的全热回收效率，雾化喷水量太少达不到最大的蒸发冷却效果，使热回收的效率达不到最大；雾化喷水量太大时，过量的水雾因不能蒸发不但起不到冷却的作用还会消耗一部分冷量用于自身的冷却，从而降低热回收效率同时又增加了耗水量。雾化喷水量的控制以空气热交换器的排风出口的相对湿度达到 90〜100%为较佳范围，而相对湿度无限接近或者达到 100%为最佳。当控制排风出口的相对湿度达到 100%时就可以实现如图 1所示的空气处理过程。否则说明雾化器的加水量不足，使排风在空气热交换器中过早脱离了雾区（即过饱和状态）。在图 1所示的空气处理过程中，室内排风（状态点为 A)先经水雾的蒸发冷却至室内空气的湿球温度，再与新风沿饱和线（100%相对湿度线）作热交换；而室外新风（状态点为 B) 与室内排风热交换时，先急剧降温，然后再沿饱和线（100%相对湿度线）作热交换。图 1中，排风空气热交换的过程参考图中实线箭头，新风空气热交换的过程参考图中虚线箭头，室内外空气的总焓差为 Ah，图 1中可以看出，由于水蒸发和冷凝过程的温度变化小而焓值变化大，因而可以实现小温差下的大焓值全热交换，理论上即便是新风与排风的焓差被 100%回收后新风与排风之间仍有 6摄氏度温差，因而可以实现超过 100%的全热回收。

本专利在用于夏季室外温度高于室内温度，且室外潮湿闷热的气候环境时，理论全热回收效率达 100%以上，实验室的实测效率可达 65%或更高（视室内外气候条件和所使用的空气热交换器的性能而定）。当本专利在用于干热的室外气候环境时，本专利技术可使全热回收效率大大高于 100%。此时，本专利技术可部分或全部替代其他制冷方法用于新风冷却将室温降至舒适的范围。

当本专利用于冬季室外温度相对于室内温度较低时，只需关闭雾化器（无需任何其他改动），用排风将新风加热以回收排风中的热量，仍是一台高效的热回收装置。

本发明与现有的通风全热回收技术相比具有如下显著优点：

1、全热回收效率高，达到并超过了目前最常用的吸湿转轮式全热回收器。

2、结构简单易于生产，成本低廉易于推广使用。本专利装置很容易在现有的空气显热回收器上改造而成。

3、彻底杜绝了现有的全热回收装置（如吸湿转轮式全热回收器）在做全热回收时，排风中的污染物传递给新风以造成新风污染的现象，从而使夏季通风系统高效且无污染的全热回收成为现实。

4、与现有的喷淋式间接蒸发冷却技术（如背景技术中的中国实用新型专利 "一种间接蒸发式新风换气机"）相比，使用本发明的技术能提高全热回收效率一倍以上，且耗水量大幅下降，更加节能环保，且冬夏皆宜。附图说明

图 1是本发明的热回收原理在焓湿图上的描述示意图。

图 2是本发明装置的结构示意图。

具体实施方式：

为进一步说明本专利的技术内容，现通过具体实施方式对本专利进行说明：

如图 2所示，一种有效降低新风处理能耗的全热回收装置,包括:一空气热交换器 1 ; 一新风进口 11、一通过空气热交换器 1 与新风进口 11 贯通的新风出口 12;—排风进口 13、一通过空气热交换器 1与排风进口 13贯通的排风出口 14;新风进口 11与排风出口 14位于室外，新风出口 12与排风进口 13位于室内；排风进口 13内设置有一用于将室内空气引导到室外的排风机 16，新风进口 11 内设置有一用于将室外空气引导到室内的新风机 15;本专利装置还包括一用于将水雾化为微米级水滴的水雾化系统，水雾化系统包括一雾化水蓄水箱 2，一设置在排风进口 13内的雾化器 21，一用于将水从雾化水蓄水箱 2输送到雾化器 21的水泵 24，一设置在排风出口 14内的湿度传感器 23，一根据湿度传感器 23的传感信号控制雾化器 21的雾化水量的雾化控制器 22; 雾化控制器 22控制雾化器 21的雾化水量使得排风出口 14处的相对湿度保持在 90~100%，如果需要获得最佳的全热回收效果，雾化控制器 22控制雾化器 21的雾化水量使得湿度传感器 23处的相对湿度保持在接近或者等于 100%。控制好雾化器 21 的雾化水量从而使得水雾能不多不少地在空气热交换器 1 里吸热后迅速蒸发以实现图 1 所示的热回收效果。而具体的雾化水量控制是通过测量排风出口 14的相对湿度（通过湿度传感器 23 ) 从而将传感信号反馈给雾化控制器 22，雾化控制器 22控制超声波雾化器振子的起振个数来实现精确的雾化水量控制。这是本发明区别于现有技术中喷淋式间接蒸发冷却器的主要特征之一。

本专利中，空气热交换器 1为板式热交换器或者板翅式热交换器或管式热交换器，较佳的可以采用逆流板式热交换器。当然，无论使用哪种热交换器，热交换器两侧的空气都不能相互有泄漏以防降低热回收效率和新风被排风污染。

本专利中，雾化器 21为超声波雾化器或者空气压缩式雾化器或者高压喷水式雾化器，较佳的可以采用超声波雾化器。不论是哪种结构的雾化装置，都要求其能产生 10 微米以下的超微水雾。本专利中，雾化器 21产生微米级的水雾，只有超细的水雾才能在空气热交换器 1里吸热后迅速蒸发以实现图 1 所示的热回收效果。这也是本发明区别于现有技术中喷淋式间接蒸发冷却器的另一个主要特征。

本专利中，排风进口 13与新风出口 12下方设有一用于收集凝结水与冷凝水的托水盘 3，托水盘 3与雾化器蓄水箱 2相连通使收集到的凝结水和冷凝水得到循环使用。雾化器蓄水箱 2上设有一用于将雾化器蓄水箱 2中多余水溢出的溢水管 25。这一设计使本专利热回收装置的耗水量大幅下降。

当然，本专利装置还可以做进一步改进，譬如在新风出口设置表冷器，从而可以对新风做进一步的冷却和除湿处理，此时，新风表冷器上的冷凝水也可收集起来作为雾化器 21的供水。在这种情况下，本装置雾化器 21 所需的水可完全由新风侧的冷凝水和排风侧的凝结水来提供而不需要消耗额外的供水。在本专利中，还可以在新风进口 11处设置空气过滤器，用以过滤空气中的灰尘以及颗粒物质，或者采用专用的吸附式滤器，用于清除空气中的气态污染物。本专利中，也可以在雾化器蓄水箱 2到雾化器 21的管路上设置水过滤装置或去离子装置，从而使得进入雾化器 21中的水能够更为洁净，雾化效果更好，雾化器的免维护周期更长。

对比实施例 1:

如表 1所示是在实验室通过模拟中国华东地区的一组夏季比较极端的室内外气候环境来测试本专利装置的热回收性能得出的实测结果。实验条件是：室外空气温度 =38°C，室外空气相对湿度 =70%, 室内空气温度 =25°C，室内空气相对湿度 =50%。在本对比实验中，空气热交换器 1 为一逆流板式热交换器，实验对比了雾化器 21关闭和开启时本专利装置的全热回收效率。从表 1可以看出，当开启了雾化器 21并通过雾化控制器将热回收装置的排风出口相对湿度控制在 100%时本发明装置全热回收效率达到 65% , 当开启了雾化器 21并通过雾化控制器将热回收装置的排风出口相对湿度控制在 70%时本发明装置全热回收效率为 42% , 而关闭雾化器时的其全热回收效率仅约 20% , 可见，使用本专利发明的技术并控制雾化器工作在最佳雾化量可将一个逆流板式热交换器的全热回收效率大幅提高两倍以上。当雾化量不足时全热回收效率会明显低于最佳值。

?0% 表 1 对比实施例 2:

如表 2所示是在实验室通过模拟北欧地区的一组夏季比较极端的室内外气候环境来测试本专利装置的热回收性能得出的实测结果。实验条件是：室外空气温度 =30°C，室外空气相对湿度 =40% , 室内空气温度 =25°C，室内空气相对湿度 =55%。在本对比实验中，空气热交换器 1为一逆流板式热交换器，实验对比了雾化器关闭和开启时本专利装置的全热回收效率。如表 2所示，开启了雾化器 21并通过雾化控制器将热回收装置的排风出口相对湿度控制在 100%时本发明装置全热回收效率达到 225%, 而关闭雾化器时本发明装置全热回收效率约 80% , 对比实施例 2 同样证实，使用本专利发明的技术将一个逆流板式热交换器的全热回收效率大幅提高接近两倍。同时由于开启了雾化器 21后热回收效率超过了 100%,意味着在这种气候条件下使用本发明装置不仅仅能回收排风的冷量，还能为室内提供额外的冷量，可用于替代其他机械制冷，即节能又环保。

表 2

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

权利要求书

1、一种有效降低新风处理能耗的全热回收装置,包括：

一空气热交换器；一新风进口、一通过所述空气热交换器与所述新风进口贯通的新风出口；一排风进口、一通过所述空气热交换器与所述排风进口贯通的排风出口；所述新风进口与所述排风出口位于室外，所述新风出口与所述排风进口位于室内；所述排风进口内设置有一用于将室内空气引导到室外的排风机，所述新风进口内设置有一用于将室外空气引导到室内的新风机；

其特征在于：

所述装置还包括一用于将水雾化为微米级水滴的水雾化系统，所述水雾化系统包括一雾化水蓄水箱，一设置在所述排风进口与所述空气热交换器之间的雾化器，一用于将水从雾化水蓄水箱输送到雾化器的水泵，一设置在排风出口内的湿度传感器，一根据所述湿度传感器的信号控制所述雾化器的雾化水量的雾化控制器；所述雾化控制器控制所述雾化器的雾化水量使得所述排风出口处的相对湿度保持在 90~100%。

2、根据权利要求 1所述的有效降低新风处理能耗的全热回收装置,其特征在于：

所述雾化控制器控制所述雾化器的雾化水量使得所述排风出口处的相对湿度保持在无限接近或等于 100%。

3、根据权利要求 1或 2所述的有效降低新风处理能耗的全热回收装置, 其特征在于：

所述雾化器将水雾化为直径为 10微米以下的水滴。

4、根据权利要求 1所述的有效降低新风处理能耗的全热回收装置,其特征在于：

所述空气热交换器为板式热交换器或者板翅式热交换器或管式热交换器。 5、根据权利要求 4所述的有效降低新风处理能耗的全热回收装置,其特征在于：

所述板式热交换器为逆流板式热交换器或叉流板式热交换器。

6、根据权利要求 1所述的有效降低新风处理能耗的全热回收装置,其特征在于：

所述雾化器为超声波雾化器或者空气压缩式雾化器或者高压喷水式雾化器。

7、根据权利要求 1所述的有效降低新风处理能耗的全热回收装置,其特征在于：

所述排风进口与所述新风出口下方设有一用于收集凝结水与冷凝水的托水盘，所述托水盘与所述雾化器蓄水箱相连通。

8、根据权利要求 1所述的有效降低新风处理能耗的全热回收装置,其特征在于：

所述雾化器蓄水箱上设有一用于将所述雾化器蓄水箱中多余水溢出的溢水管。