气对气热交换机工作原理

　I. 技术简介
气对气热交换机以其卓越的节能效果，在世界范围内被广泛应用于各种通风装置及制冷设备。如今，建筑业需要大量先进的设备，以便其进行诸如：机场、商务楼、工厂、办公楼及其它建筑项目时，提高建设效率。而气对气热交换机是目前该行业中不可或缺的尖端硬件设备，并常常在施工设计之初就被划入蓝图，以达到高效施工的目的。
　　
　　今天，由于世界范围内能源价格的飞速增长，要为终端用户提供经济环保、节能高效的建筑，气对气热交换机便成为建筑业的重要组成部分。
　　
　　作为建筑物的主要组成部分，气对气热交换机通常安装于通风系统中，与空调或风扇设备共同使用。使用过程中，可显著高效地降低电耗。因此，安装了气对气热交换机的建筑耗电量少，在利于环保的同时，节约了用户的资金。
　　
　　近几年内，气对气热交换机的工作原理在全世界已得以普及。如今，该项先进设备的理论及有效性在建筑业中得到了设计部及工程部的广泛认可。
　　
　　如今，气对气热交换机产业通常与各个独立的测试协会合作，对其效率、计算结果及实际产品进行检测，确保满足标准要求，并与预期参数相符。
　　
　　II. 技术描述
气对气热交换机用于加热和制冷两种用途，也可与空调或风扇设备共同使用。气对气热交换机的工作原理可以理解为热传递。制造气对气热交换机的材料多种多样，而最常用的材料是铝。因为铝的传热效果非常好，这就意味着冷空气和热空气可轻易从铝材料中传入传出。
　　
　　气对气热交换机一般采用薄铝板制造，含有两路分离的气流通道，也就是说，冷热空气绝不会相互混合。在制造过程中，先进的设计和生产技术使气流通道分离得以实现。
　　
　　气对气热交换机作为通风设备被广泛应用于建筑业。
　　
　　当其用于加热时，建筑内部的热空气通过热交换机送至外部，从而加热热交换机中的铝板，即，将热交换机加热。
　　
　　与此同时，外部的冷空气经不同的气流通道进入热交换机，铝板将热量传递给进入的空气使其加热。该方法使得外部进入的空气变暖，从而降低对其它加热设备的使用，如加热器或空调机，达到节能降耗的目的。
　　III. 技术演示气对气热交换机工作原理进一步的阐述参见以下示意图。注意：该示意图不代表实际的功效或热传递率，因其需要仔细计算，并且要以实际环境参数为基础。
　　
　　在通风系统中气对气热交换机位于内部环境与外部环境之间。一般情况下，气对气热交换机安装于通风系统中，但在该示意图中，我们将其置于自由环境中，以便更清楚的解释其工作原理。注意：内部温度为 25℃，外部温度为 10℃。此温度为假设温度，在真实情况下，一般采用各个特定的温度和环境进行交换机设计工作。
　　
　　当通风系统处于运行状态，内部空气，即“使用过的”空气，被传送至建筑物外部。虽然内部空气质量差，含氧量低，却很温暖。当内部空气经过热交换机时，其热量传至热交换机内的铝板。此时，铝板温度上升，空气温度下降。这一过程即热传过程。
　　
　　当使用过的温暖空气经过热交换机的同时，我们仍然需要将外部的新鲜空气传送至内部。外部的空气虽然新鲜，却寒冷，因此需要将其加热以保持内部温度稳定。所以，外部冷空气也应从不同方向通过分离的空气通道经过交换机，以防进出的气流出现混合。当外部冷空气经过交换机时，将热交换机中铝板的热量带走，使进入的冷空气加热。此时，进入的冷空气气温上升，铝板温度下降，气流间热量通过铝板经独立的空气通道转换完成，不会出现气流混合现象。现实情况中，使用气对气热交换机实际达到的温度取决于热交换机功率、温度、气流及湿度因素。要进一步解释图中气对气热交换机获得的热量，可对其实际保存及获得的热量进行阐述。从上述应用中可以发现，气对气热交换机可将进入空气温度从 10度升至 15度。本图示中，空调设备将气温从 15度升至预期的 25度。计算方式如下所示 ：10℃ (外部空气) → 进入热交换机 → 15℃→ 进入空调设备 → 25℃(内部空气)
　　
　　仅使用空调设备或同功率加热器的计算方式如下所示：10℃ (外部空气) → 进入空调设备 → 25℃ (内部空气)
　　
　　能耗是以上两种计算方式的不同之处。空调设备或加热器消耗了较多的电量，因此第二方案对于建筑物来说，要消耗 100%电量，因为空调设备始终处于运转状态。而第一方案中，由于无电耗的气对气热交换机已经将气温从 10°C 升至 15°C，空调设备因此可轻松将气温从 15°C 升至25°C。这意味着使用气对气热交换机的第一方案仅消耗70%电量，即：该建筑物中通风系统节省 30%电量，这样不仅利于环保，同时降低终端用户的开支。
　　
　　IV. 热传技术气对气热交机传热的基本物理原则在学术界及工业界已取得了广泛认可和接受。热媒体传至冷媒体（反之亦然）的热量物理公式如下所示：
P = A * k * (tv -tk) P =传递的热能 A = 传热材料面积（铝板）
　　
　　k = 特定材料总热传系数（该材料热传效率）
tv =热媒体温度 tk =冷媒体温度
热交换器内部的媒体温度处于变化状态，即在上述公式中 tv - tk 温差并非保持不变，而是在不断变化中。考虑到这一点，计算过程中温差应由平均温度 θm表示，则公式改为：
P = A * k * θm
在此θm = ((tv1 - tk2) - (tv2 - tk1)) / ln ((tv1 - tk2) / (tv2 - tk1))
　　
　　例如，对于逆流式热交换器，计算公式如上所示假设外部环境的损失可忽略不计，可将传递的热效视为热媒体发出热效或冷媒吸收的热效。
　　
　　总热传系数取决于材料。平面加热壁热传系数的计算公式如下所示：
1 / k = 1 / αh + 1 / αc + δ / λw
αh =热媒体与加热壁（板）间的热传系数 αc =冷媒体及加热壁（板）间的热传系数
δ = 壁（板）厚度 λw =加热壁（板）导热系数

由于加热壁（板）厚度及其导热系数均为固定值，根据所选材料可轻松得出。热传系数可用以下公式得出：
　　α = ((α * d) / λ) * (λ / d) = f ((ρ * c * d) / μ) , (cp* μ) / λ , l / d) * λ / d
λ=媒体导热系数 d = 通道直径（水力直径）
　　
　　l =通道长度 ρ=媒体密度 c =通道内媒体流速

μ=媒体粘度 cp =媒体定热
从上述公式可看出，热传系数主要取决于媒体特性、媒体流速及几何因素（通道高度长度）。而乱流或层流则是另一个需要考虑的重要因素。
　　
　　如果出现层流，热传效果将明显降低。在靠近加热壁（板）处有一簿边界层，可阻止乱流，这也就意味着靠近加热板的气流为平流。在热传过程中，边界层由于平流而不断增厚，降低了热传率。为防止这种情况出现，高效热交换机均装配了专门设计成波状特殊表面的加热板，而非普通平板。该波状表面是根据对不同加热板吹送强乱流进行复杂先进的计算设计制造而成，使得气流可紧贴不同加热板表面波状纹经过（破坏边界层，使气流与加热板更为接近）。加热板表面图形越好，气流则越接近加热板，从而使气对气热交换机中不同加热板间的热传效率越高。
　　V. 热交换机的性能计算
为了使热交换机效率准确高效，需要对气流、温度及湿度进行仔细地计算。计算结果（正确情况下）可使热交换机在特定环境下达到最好使用效果。为热交换机量身订做的计算机软件可提高计算速度。该软件不仅可以进行计算，还可显示热交换机的效率及其它特性。同样，该软件以其先进的算法和高精确性，通过了独立测试协会测试，证实其准确性及与热交换器的一致性。