小型热管热回收通风换气装置在实验室中应用

摘要：阐述了热管换热器在通风空调余热(冷)回收中的应用情况，并针对实验室换气次数较大又需避免交叉污染等特点，介绍了一种既能满足室内新风量又节能的小型热管热回收通风换气装置。
0·引言
随着经济的快速发展，近几年来我国对科教领域的投入也大大增加，改建、新建的现代化实验室越来越多，由于要保证实验人员身心健康、创造安全舒适的实验环境，实验室所需新风量比较大，导致其空调能耗显著增加，而能源日益短缺，这就需要增加带热回收的通风换气装置，有效利用现有能源来改善室内空气品质[1]。在各种热回收通风换气装置中，热管以其换热效率高，热流方向的可逆性，结构简单、紧凑、经济，并能防止交叉污染等优良的性能在节能方面发挥出巨大的作用，因此，得以迅速发展，备受人们重视。但目前主要利用热管换热器回收工业余热和集中排风废热(冷)，在建筑中直接使用热管换热器进行通风换气的应用和研究较少。本文综述了热管换热器在通风空调中近室温工况条件下的应用情况，并阐述了实验室直接使用小型双向热管热回收通风换气装置回收显热的能量回收方案。
1·小型热管热回收通风换气装置的工作原理
小型热管热回收通风换气装置由热管换热器、进气和排气风机、新风过滤装置、进排风风道、外壳等组成，其夏季工作原理如图1所示。热管换热就是利用余热加热热管的一端，吸液芯中工质吸收外界的热量而汽化，由于不断产生蒸汽而压力增加，在压差的驱使下蒸汽就沿着中间通道流向热管的另一端，并冷凝成液体向外界放热，液体依靠毛细力(或重力)的作用返回加热端，继续受热汽化进行下一轮循环。夏季时，室外新风温度高于室内排风温度，让室外新风加热热管的蒸发段，用排风吸收新风所带的部分热量；冬季时，室内排风温度高于室外新风温度，让室内排风加热热管的蒸发段，用排风预热室外新风；过渡季节时，利用该装置的旁通通道将室外新风直接引入实验室内而不经过热管交换器，以达到节能目的[2]。

2·热管换热器在通风空调余热回收中的应用
GB50189—2005《公共建筑节能设计标准》规定“建筑物内设有集中排风系统且符合下列条件之一时，宜设置排风热回收装置且该装置的额定热回收效率不应低于60%。①送风量大于或等于3 000 m3/h的直流式空气调节系统，且新风与排风的温度差大于或等于8℃；②设计新风量大于或等于4 000 m3/h的空气调节系统，且新风与排风的温度差大于或等于8℃；③设有独立新风和排风的系统。”鉴于节能设计标准的一些规定，应认真考虑回收排风中的冷热量来预冷热新风的措施。在各种热回收通风换气装置中，热管换热器又以传热效率高，可避免新风与回、排风的交叉污染等优势，在通风空调节能中广泛应用。
2.1热管换热器在有集中排风的空调系统中的应用
一般设有集中排风的空调系统的换气次数都比较大，处理新风所需要的能量也比较大，同时导致排风量增大，排风所带走的热量增加。因此，利用热管换热器回收排风中的能量对降低空调系统的能耗具有重要意义。
若用分离式热管换热器回收空调系统排风的热(冷)量预处理新风，新风比按30%计算，可使系统节能7%以上，并且随着新排风温差的增大和新风比的增加其节能效果越显著，实验表明只要冷、热气流之间的温差超过3℃就可以回收能量[3]。
Abd El-Baky and Mohamed[4]在集中排风空调系统中应用热管换热器来吸收新风中的部分热量，如图2所示。实验在排风(冷流体)温度保持在26℃，新风(热流体)质量流量保持0.4 kg/s的情况下，两侧空气流量比在1、1.5、2.33之间变化，新风温度在32～40℃之间变化。结论是：当新风温度上升时，随着新、排风间温度差增大，冷凝段和蒸发段的传热均增加；当新风的温度达到40℃时，蒸发段和冷凝段的传热效率增加了高达48%；当新风温度接近热管中工作介质的工作温度时，得到最优热