董際鼎 劉期武

空氣—空氣能量回收裝置熱濕回收效果研究

董際鼎1劉期武2

（1.武漢海爾電器股份有限公司 武漢 430000；2.四川大學(xué) 成都 610065）

通過對空氣能量回收裝置在銷售中碰到的空氣能量的顯熱、潛熱計(jì)算實(shí)際問題，對“不傳濕”的金屬傳熱膜“顯熱交換器”和傳熱傳濕的復(fù)合傳熱膜“全熱交換器”進(jìn)行對比研究，發(fā)現(xiàn)GB/21087-2007國家標(biāo)準(zhǔn)由于以顯熱交換器和潛熱交換器分類空氣—空氣能量回收裝置理論不夠充分。無論以傳熱膜透濕性還是以有無顯熱交換或潛熱交換定義顯熱交換器和全熱交換器都有商榷之處，空氣能量回收裝置的顯熱交換或潛熱交換只與產(chǎn)生能量交換空氣的溫濕度差有關(guān)，與熱交換膜材料的透濕性無關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)以鋁箔作為傳熱膜的空氣能量回收裝置具有較高的濕量傳遞效果，夏季引進(jìn)新風(fēng)時(shí)有除濕降溫的作用，冬季引進(jìn)新風(fēng)時(shí)有加濕升溫的作用，對新風(fēng)有恒濕恒溫的效果。

溫度交換效率；焓交換效率；顯熱交換器；全熱交換器；能量回收效率

0 引言

在銷售“空氣能量回收裝置”時(shí)，通訊機(jī)站方面的顧客提出了反向應(yīng)用顯熱交換器為高熱的機(jī)房降溫要求，并要求按他們提供的計(jì)算式進(jìn)行“顯熱交換器”顯熱量的測試和計(jì)算。實(shí)際上是按《空氣—空氣能量回收裝置》GB/T21087-2007[1]交換效率制冷工況和《房間空調(diào)器》GB/T7725-2004國家標(biāo)準(zhǔn)[2]中A.3.2焓值法的顯冷量、潛冷量和總冷量計(jì)算式進(jìn)行計(jì)算：

GB/T7725-2004標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)器空氣焓值法計(jì)算原公式：

顯冷量：

W （1）

潛冷量：

W （2）

制冷量（總冷量）：

W （3）

由于空氣能量回收裝置與空調(diào)器有較大不同，空調(diào)器熱交換器與能量回收裝置熱交換器都是以鋁材作為散熱片，但散熱片外部和內(nèi)部的散熱工質(zhì)有很大不同，兩種熱交換器一側(cè)為空氣，空調(diào)器鋁箔銅管內(nèi)部的工質(zhì)是致冷劑，而能量回收裝置散熱片的另一側(cè)仍是空氣，兩側(cè)空氣的溫濕度不同，一側(cè)是引進(jìn)的新風(fēng)，另一側(cè)是排出的污風(fēng)。測試計(jì)算時(shí)，空氣的參數(shù)中一般提供的是空氣密度，而不是空氣比容，因此在實(shí)際測試計(jì)算過程的參數(shù)符號(hào)按空氣能量回收裝置處理。

（1）空氣能量回收裝置顯冷量：

式中符號(hào)定義見表1。

（2）空氣能量回收裝置潛冷量：

式中符號(hào)定義見表1。

（3）空氣能量回收裝置交換總冷量：

式中符號(hào)定義見表1。

由于訂購的是“鋁箔傳熱膜能量回收裝置”，按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21087-2007對空氣能量回收裝置分類定義，“顯熱交換器”的定義是“新風(fēng)和排風(fēng)之間只產(chǎn)生顯熱交換的裝置”；“全熱交換器”的定義是“新風(fēng)和排風(fēng)之間同時(shí)產(chǎn)生顯熱和潛熱交換的裝置”。從鋁箔傳熱膜熱交換器實(shí)際測試的效果看，該熱交換器既有溫度交換效率，也有濕量交換效率，更有焓交換效率，也就是說“新風(fēng)和排風(fēng)之間同時(shí)產(chǎn)生顯熱和潛熱交換”，符合全熱交換器的要求，應(yīng)該是全熱交換器，不是顯熱交換器。所購空氣能量回收裝置應(yīng)該是總冷量，即本機(jī)冷量回收量為φ。按空調(diào)器對顯冷量、潛冷量和總冷量定義測試與計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 按機(jī)站鋁箔顯熱交換器實(shí)際使用情況計(jì)算值[3]

續(xù)表1 按機(jī)站鋁箔顯熱交換器實(shí)際使用情況計(jì)算值[3]

雖然測試結(jié)果應(yīng)該是全熱交換器，計(jì)算的總冷量達(dá)到3551.64W，能效比高達(dá)11.46W/W，焓交換效率77.79%。但機(jī)站方說鋁箔熱交換器是顯熱交換器，按機(jī)站實(shí)際使用狀態(tài)和提供的計(jì)算公式測試計(jì)算的結(jié)果顯冷量只有700.47W。以顯冷量計(jì)算能效比只有2.25W/W。如此差的效果，根本達(dá)不到要求，客戶不滿意。按空調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)顯冷量計(jì)算公式計(jì)算空氣能量回收裝置顯熱交換器測試參數(shù)換算為顯熱交換器的顯冷量本身合理的，但計(jì)算的結(jié)果也只是顯熱交換器的顯冷量，并不是顯熱交換器的全部冷量，還應(yīng)該包括顯熱交換器的潛冷量，顯冷量和潛冷量才是顯熱交換器的全部制冷量?？照{(diào)器標(biāo)準(zhǔn)中寫明了空調(diào)器的總制冷量包含了顯熱量和潛熱量，空調(diào)器之所以采用測試計(jì)算出顯熱量和潛熱量，主要是從測試計(jì)算方便而已，空調(diào)器制冷過程中存在濕空氣凝露現(xiàn)象，同時(shí)存在顯熱傳熱和潛熱傳熱，顯熱傳熱和潛熱傳熱結(jié)果都是空調(diào)器的實(shí)際制冷量。通訊機(jī)站方將空氣能量回收裝置的鋁箔熱交換器定義為顯熱交換器，顯熱交換器當(dāng)然只有顯冷量，沒有潛冷量。到底鋁箔熱交換器是顯熱交換器還是全熱交換器，空氣能回收裝置沒有從熱交換器的材料進(jìn)行分類。

由于機(jī)站實(shí)際使用狀態(tài)只用于降溫，室內(nèi)排風(fēng)為高溫側(cè)，室外新風(fēng)為低溫側(cè)，所測試結(jié)果與空氣—空氣能量回收裝置的使用狀態(tài)有較大區(qū)別；空氣—空氣能量回收裝置室外新風(fēng)為高溫側(cè)，室內(nèi)排風(fēng)為低溫側(cè)。按空氣—空氣能量回收裝置的使用狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算如下（注：計(jì)算符號(hào)保持原機(jī)站各參數(shù)符號(hào)）：

（5）空氣能量回收裝置的溫度交換效率：

η=（t-t）/（t-t）=（35.02-32.24）/（35.02-27.1）=35.1%

（6）空氣能量回收裝置的焓交換效率：

η=（h-h）/（h-h）=（89.06-63.94）/（89.06-55.07）=73.9%

（7）空氣能量回收裝置濕量交換效率：

η=（d-d）/（d-d）=（0.02099-0.01232）/（0.02099-0.01091）=86.0%

（8）空氣能量回收裝置的顯冷量：

Φ=0.27778qCρ（t-t）/(1+d)=0.27778×504×0.9944×1.13×（35.02-32.24）÷（1+0.01232）=432.0W

（9）空氣能量回收裝置的潛冷量：

Φ=0.27778Kqρ(d-d)/(1+d)=0.27778×2470×504×1.13×（0.02099-0.01232）÷（1+0.0194）=3323.4W

（10）空氣能量回收裝置的總冷量：

Φ=0.27778q(h-h)/(1+d)=0.27778×504×（89.06-63.94）÷（1+0.01232）=3474W

（11）空氣能量回收裝置的能效比：

=Φ/=3474÷309.97=11.2W/W

從以上計(jì)算結(jié)果可以看出：能量回收裝置可以反向使用，反向使用的效果高于正常使用?？偫淞繖C(jī)站使用狀態(tài)高于空氣能量回收裝置正常使用狀態(tài)2.23%，能效比高2.32%。但如果按顯冷量計(jì)算，顯冷量只有432W，比正向使用還低，更達(dá)不到機(jī)站方的要求。

1 以傳濕定性“顯熱交換器”和“全熱交換器”有待商榷

為何機(jī)站方將鋁箔熱交換器定性為顯熱交換器，在標(biāo)準(zhǔn)中找不到答案，我們也知道這是行業(yè)不成文的模糊概念，能量傳播方式為隔膜傳熱，但濕量傳播方式是質(zhì)量傳播，認(rèn)定質(zhì)量傳播不可能象能量那樣，可以隔膜傳播，沒有通水孔不可能進(jìn)行濕量傳播。因此沒有通水孔的鋁箔傳熱膜，就沒有濕量傳播，只有能量傳播。自然這種“沒有濕量傳播的鋁箔熱交換器”定義為顯熱交換器。在工程上，傳播過程中為了測試計(jì)算簡化，不管有沒有水蒸汽還是液態(tài)水的相態(tài)變化，所有的濕氣傳熱都用潛熱公式加上干空氣的顯熱公式進(jìn)行測試和計(jì)算其傳熱量。

造成將鋁箔熱交換器定義為顯熱交換器有兩個(gè)條件，一是將濕量交換認(rèn)定為潛熱交換；二是濕量只有透濕膜才能交換，非透濕膜沒有濕量交換，哪怕鋁箔非透濕膜熱交換器實(shí)際測試中表現(xiàn)出有濕量交換，也因標(biāo)準(zhǔn)中“溫度交換效率適用于顯熱交換器”的注釋而被認(rèn)定為無效。為了理清鋁箔熱交換器到底是什么交換器，必須清楚以上兩個(gè)概念的實(shí)用性。在沒有深入研究前，我們也認(rèn)為無孔傳熱膜沒有濕量傳播[4]。

（1）濕量交換不全是潛熱交換。

圖1 濕空氣焓濕圖

圖1是濕空氣的焓濕圖，圖中有條飽和溫度線，濕空氣的濕量即是水蒸汽或液態(tài)水的含量，水有三種表現(xiàn)形式，冰、水、水氣（或水蒸汽），水也有兩種表現(xiàn)形式，液態(tài)水和水霧。在濕空氣的傳熱過程中，有兩種潛熱，一是氣化潛熱（或凝結(jié)潛熱），二是固化潛熱（或液化潛熱）。潛熱必須有兩個(gè)條件：傳熱過程中溫度不變和相態(tài)變化。所有溫度變化過程的熱量傳播，都是顯熱傳播。在空氣的焓濕圖中，有一條飽和溫度線，在飽和溫度線以上是非飽和區(qū)，一般情況下，大氣都在非飽和區(qū)，只在雨露天，大氣相對濕度達(dá)到100%的飽和線上?？諝饽芰炕厥昭b置的熱交換器通道中的新風(fēng)和排風(fēng)運(yùn)行溫度點(diǎn)基本上都處于非飽和區(qū)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的制冷工況新風(fēng)和排風(fēng)的進(jìn)風(fēng)溫度點(diǎn)都在非飽和區(qū)，新風(fēng)進(jìn)風(fēng)干球溫度35℃，濕球溫度為28℃，其飽和溫度為25.57℃。排風(fēng)進(jìn)風(fēng)干球溫度27℃，高于飽和溫度。因此在熱交換器傳熱過程中沒有產(chǎn)生凝露，無論是“顯熱交換器”還是“全熱交換器”，根本沒有潛熱交換。但在實(shí)際運(yùn)行過程，特別是在熱濕天氣，新風(fēng)干球溫度達(dá)38℃，相對濕度可達(dá)100%，其飽和溫度為38℃，出風(fēng)溫度為30℃，相對濕度為100%，熱交換過程既有潛熱交換也有顯熱交換。圖1中有狀態(tài)點(diǎn)1為新風(fēng)進(jìn)風(fēng)溫度，2為新風(fēng)出風(fēng)溫度。整個(gè)過程都在飽和溫度線上進(jìn)行，在出風(fēng)低溫的作用下，新風(fēng)已達(dá)到飽和溫度，進(jìn)入熱交換器后，便凝結(jié)成液態(tài)水或霧氣，并在熱交換器中繼續(xù)降溫，這是液態(tài)水繼續(xù)放熱降溫，但沒有凝固成冰或蒸發(fā)成水氣，沒有相態(tài)變化，這個(gè)過程為顯熱交換。整個(gè)濕量交換過程，不全是潛熱交換；在非飽和區(qū)進(jìn)行熱交換時(shí)，無論是顯熱交換器還是全熱交換器大多數(shù)全是顯熱交換。前面的鋁箔熱交換器在標(biāo)準(zhǔn)制冷工況下進(jìn)行的測試試驗(yàn)，全過程雖然有濕量交換，但沒有出現(xiàn)濕空氣的相態(tài)變化，全過程只有顯熱交換。

（2）濕量交換不全是透孔膜傳遞，濕量交換的傳遞通道是直接與室內(nèi)和室外相通的主通道。

水氣分子很小，可以說是氣體中體積最小的氣體之一，特別是比揮發(fā)性氣體的分子都小。在濕量傳播時(shí)，又是高濕向低濕方向傳播，孔小本身流阻就大，新風(fēng)通道與排風(fēng)通道之間的壓差不大，不可能將50%以上的水氣分子全部通過透濕膜傳遞。主通道直接與室內(nèi)外相通，通道中空氣的溫濕度有較大差別，由于新風(fēng)和排風(fēng)有溫差和濕量差，即使不通過隔膜新風(fēng)也能直接進(jìn)入室內(nèi)，室內(nèi)污風(fēng)也能直接排出室外。通過隔膜的能量傳播引起通道中的濕量密度發(fā)生變化，改變了濕量傳遞量。鋁箔的導(dǎo)熱系數(shù)204W/(m·K)，水的導(dǎo)熱系數(shù)0.552W/(m·K)，一般復(fù)合膜的導(dǎo)熱系數(shù)只有0.036～0.056W/(m·K)之間。由于傳熱膜的厚度一般都小于0.0002m，將膜的導(dǎo)熱率縮小了萬分之二。但鋁箔仍遠(yuǎn)大于透水氣的復(fù)合膜許多。鋁箔的傳熱速度遠(yuǎn)高于復(fù)合膜，引起的濕量傳遞也遠(yuǎn)高于復(fù)合膜。這是采用機(jī)站鋁箔熱交換器的濕量傳播和能量傳播都較大的主要原因。

通過以上理論，可以看出空氣能量回收裝置的主要性能是能量回收和濕量回收?？諝庑阅苤袑θ擞绊戄^大的除了有害氣體外，就是空氣的溫度和濕度，且溫度和濕度對人的舒適度影響幾乎相同，能量傳播對溫度和濕度的影響偏重于濕度，因?yàn)闈窨諝庵兴畾獾臒崛萘窟h(yuǎn)大于干空氣。普通的非金屬復(fù)合膜的“全熱交換器”與金屬鋁箔膜的“顯熱交換器”相比，其實(shí)溫度交換效率相差不大，但濕量交換效率和焓交換效率卻相差很大，特別是濕量交換效率相差最大。這是測試的結(jié)果，不得不讓人相信。從以上分析看，以傳濕定性“顯熱交換器”和“全熱交換器”有待商榷。

2 濕量傳遞通道分析

工程中，為了計(jì)算方便，將濕量交換的濕量差與氣化潛熱之積計(jì)算潛熱量，干空氣的熱量按空氣比熱與空氣量之積計(jì)算顯熱量，在計(jì)算交換熱量上并沒什么不對。但用這種計(jì)算方法區(qū)分顯熱交換過程和潛熱交接過程就有待商榷。理論上空氣能量回收裝置在標(biāo)準(zhǔn)制冷工況條件下，能量回收運(yùn)行過程中沒有發(fā)生凝露現(xiàn)象，只有顯熱交換，沒有潛熱交換，用焓差法計(jì)算的熱量，就是空氣能量回收裝置標(biāo)準(zhǔn)工況的全部熱量。沒必要采用濕空氣的潛熱量和干空氣的顯熱量分別進(jìn)行計(jì)算，這樣容易造成概念上的混亂。兩種計(jì)算空氣傳熱量的方法計(jì)算的總傳熱量的精度沒有太大的差別，作為全熱交換器的計(jì)算結(jié)果差別不大；但“顯熱交換器”忽略濕空氣的“潛熱量”，其傳熱量計(jì)算結(jié)果與實(shí)際傳熱量偏差極大。

2.1 研究空氣能量回收裝置能濕傳播通道

“全熱交換器”的傳熱膜大都為透濕紙質(zhì)膜，透濕孔必不小于水氣分子直徑，但也不能大于一氧化碳?xì)怏w分子直徑，這樣才能保證有害氣體不會(huì)被回收。

濕量傳遞應(yīng)該是質(zhì)量傳遞，不會(huì)象能量那樣進(jìn)行隔膜傳遞?！叭珶峤粨Q器”濕空氣中水氣能透過傳熱膜相互傳遞，必有空氣流的短路或泄漏，從測試效果看，濕量交換效率達(dá)50%以上，如果都是透濕膜傳遞的效果，其空氣內(nèi)部漏風(fēng)率必大于50%。新國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，“內(nèi)部漏風(fēng)率≤5%”，從這一點(diǎn)看，濕空氣的濕量不可能全是通過“透濕孔”傳播。鋁箔熱交換器沒有透濕孔，但濕交換量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于紙質(zhì)透水膜熱交換器，說明了濕交換不全是通過膜上通孔傳遞的。傳熱膜上沒有通孔仍能傳遞濕量。

在封閉的鋁箔熱交換器通道內(nèi)，從進(jìn)口到出口出現(xiàn)了濕量差，說明通道中有濕量傳遞，既沒有透濕孔與鄰膜通道相通，濕量只能質(zhì)量傳遞，為何封閉的通道內(nèi)流動(dòng)空氣的濕量會(huì)有變化？這是我們必須研究的課題。

2.2 鋁箔熱交換器熱濕傳遞過程分析

鋁箔熱交換器的傳熱膜沒有透濕孔，更有研究價(jià)值。圖2是機(jī)站用鋁箔熱交換器新風(fēng)熱濕傳遞過程焓濕圖。

圖2 鋁箔熱交換器新風(fēng)熱濕傳遞過程焓濕圖

表2 鋁箔熱交換器通道空氣狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)

新風(fēng)從1點(diǎn)流向2點(diǎn)，排風(fēng)從3點(diǎn)流向4點(diǎn)。先查新風(fēng)的過程線空氣狀態(tài)參數(shù)的變化情況。1—2線與3—4逆向傳播。新風(fēng)從低溫27.1℃逐漸加熱流向31.7℃；能量焓值從55.07kJ/kg逐漸傳熱增加到81.51kJ/kg，此能量變化是排氣側(cè)空氣的能量隔膜傳播給新風(fēng)通道空氣的現(xiàn)象；空氣密度由1.17kg/m3逐漸擴(kuò)散降低密度到1.14kg/m3，密度的降低僅是空氣內(nèi)部質(zhì)量因獲得能量后分子運(yùn)動(dòng)加速的現(xiàn)象；濕度由0.01091kg/kg增加到0.0194kg/kg，在空氣體積流速相同的同一新風(fēng)通道內(nèi)由于能量的傳播，引起空氣密度和濕度的變化，這就是濕量從室外到室內(nèi)傳遞的途徑，并非通過膜孔的傳遞。排風(fēng)與新風(fēng)一樣，從35.02℃逐漸放熱流向32.24℃；能量焓值從89.06kJ/kg逐漸傳熱流向63.94kJ/kg；空氣密度由1.13kg/m3逐漸收縮增加密度到1.15kg/m3；濕度由0.01091kg/kg增加到0.0194kg/kg，按空氣焓濕圖中非飽和區(qū)基本性質(zhì)規(guī)律運(yùn)行。只要有能量隔膜傳播，在與外界相通的整個(gè)通道上的空氣狀態(tài)必有相應(yīng)變化，溫度、密度、濕量等狀態(tài)參數(shù)變化的規(guī)律符合焓濕圖的描述。

圖3 等濕傳播的焓濕狀態(tài)圖像

圖3是等濕傳播的焓濕狀態(tài)圖。1—2’干球溫度仍以新風(fēng)進(jìn)出風(fēng)溫度，按進(jìn)風(fēng)溫度27.1℃，出風(fēng)溫度31.7℃，進(jìn)出風(fēng)濕度都是0.01091kg/kg，進(jìn)出風(fēng)焓差為4.08kJ/kg，只有1—2狀態(tài)點(diǎn)的出風(fēng)焓15.43%，按進(jìn)風(fēng)量計(jì)算成能量交換量只有590.9W，比鋁箔熱交換器的顯熱量還低。查得1點(diǎn)進(jìn)風(fēng)水蒸汽分壓1746.73Pa，出風(fēng)水蒸汽分壓1746.45Pa，幾乎沒有變化。由此可以看出，只有干空氣的傳熱過程，才可能是等濕傳熱。

表3 鋁箔熱交換器等濕傳播通道空氣狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)

2.3 分析濕量對空氣流變化的規(guī)律

封閉通道空氣流流量的變化規(guī)律十分明確，在體積流量相同的條件下，加熱則輕，冷卻則重。對空氣加熱時(shí)，盡管空氣體積流量未變，但空氣密度變小，空氣變輕，水蒸汽熱量增加?？諝獾臏囟仁潜碚骺諝饽芰孔兓^程的物理量，在熱力學(xué)中，將空氣溫度分為干球溫度、濕球溫度、飽和溫度（露點(diǎn)溫度）、絕對溫度等。溫度與焓有著直接的關(guān) 系[5]。

=1.01+0.001(2501+1.84) （7）

變換公式：

（8）

式中：維護(hù)焓，kJ/kg（干空氣）；為含濕量（絕對濕度），kg/kg（干空氣）；為干球溫度，℃；為大氣壓，=101325Pa；P為水蒸汽分壓力，Pa。

從公式（7）能量焓的公式中可以看出，溫度和含濕量是濕空氣焓的函數(shù)；從變換公式看，焓和溫度是濕空氣含濕量的函數(shù)。在傳熱過程中，有能量傳播和溫度變化都會(huì)引起濕空氣含濕量的變化。公式（8）濕量隨水蒸汽分壓力變化，水蒸汽分壓力p是濕量的函數(shù)，水蒸汽分壓力變化量比溫度變化量更大，因此濕空氣加熱時(shí)空氣變輕、濕量密度減小和熱量增加的主要原因是濕空氣中的水蒸汽分壓力變化，水蒸汽能量增加的表征是水蒸汽分壓力的增加。圖2中1—2非等濕過程的蒸汽分壓力由1746.73Pa上升到3064.33Pa，增加了75.43%；圖3中1—2’等濕過程的水蒸汽分壓力從1746.73Pa到1746.45Pa反而有所降低，降低幅度極小，0.016%，空氣中水蒸汽的能量基本沒有變化，只有干空氣能量的微小變化。

從以上分析可以看出，濕量傳遞的效果在保證內(nèi)部漏風(fēng)率條件下，與傳熱膜的透氣性沒太大關(guān)系，達(dá)到可以忽略不計(jì)的程度。

3 討論與意見

3.1 討論

（1）關(guān)于顯熱交換器和全熱交換器的理念商榷經(jīng)實(shí)際測試和理論分析，我們對空氣能量回收裝置的顯熱交換、全熱交換和潛熱交換的理念如下：

GB/T21087-2007國家標(biāo)準(zhǔn)對空氣—空氣能量回收裝置分為顯熱交換器和全熱交換器兩大類，并給出了定義。按定義很難從結(jié)構(gòu)上區(qū)分這兩類熱交換器。行業(yè)內(nèi)以傳熱膜的透濕性區(qū)分其類屬，經(jīng)前面的測試、計(jì)算和分析，充分說明傳熱膜透濕性并不能證明透濕膜熱交換器就同時(shí)有顯熱交換和潛熱交換，更不能證明不透濕膜熱交換器只有顯熱交換。

測試、計(jì)算和分析證明了能量回收裝置都同時(shí)有顯熱交換和潛熱交換的可能性。在標(biāo)準(zhǔn)制冷工況下運(yùn)行時(shí)，所有的能量回收裝置都只有顯熱交換，沒有潛熱交換；但在標(biāo)準(zhǔn)制熱工況時(shí)，由于新風(fēng)進(jìn)風(fēng)干球溫度5℃低于露點(diǎn)溫度6.17℃，所以在標(biāo)準(zhǔn)制熱工況下運(yùn)行時(shí)，所有空氣能量回收裝置都應(yīng)該有潛熱交換，同時(shí)也有顯熱交換。在非標(biāo)準(zhǔn)工況下運(yùn)行時(shí)，所有的空氣能量回收裝置在制冷和制熱運(yùn)行時(shí)都可能有顯熱交換和潛熱交換。只要可能同時(shí)發(fā)生顯熱交換和潛熱交換的能量回收裝置都應(yīng)該是全熱交換器，根本不會(huì)有顯熱交換器。

對于透濕膜熱交換器，與非透濕膜熱交換器在不同工況下與透濕膜熱交換器基本相同。我們認(rèn)為用傳熱膜的透濕性不能區(qū)分出顯熱交換器和全熱交換器。采用顯熱交換器和全熱交換器作為空氣—空氣能量回收裝置的分類，為空氣能量回收裝置能量回收和恒濕效應(yīng)的應(yīng)用造成混亂。

（2）工程中，將空氣能分為顯熱、潛熱和全熱，如GB/T7725-2004《房間空氣調(diào)節(jié)器》國家標(biāo)準(zhǔn)、GB/T31437-2015《單元式通風(fēng)空調(diào)用空氣—空氣熱交換機(jī)組》[6]的制冷量、額定換熱量的計(jì)算有顯熱量、潛熱量、總熱量或全熱量的概念和計(jì)算式，都是將濕度隨溫度變化的能量傳播全過程按潛熱進(jìn)行計(jì)算，作為對空氣傳熱量的計(jì)算是可行的，但計(jì)算結(jié)果必需表明計(jì)算的顯熱量和潛熱量之和才是能量交換的總熱量，不能只用溫度交換效率作為空氣能量回收裝置能量回收主要參數(shù)。這里僅表達(dá)支持空氣溫度變化的是顯熱量，支持空氣濕度變化的是潛熱量，產(chǎn)品的總制（換）熱量是全熱量，這樣既體現(xiàn)產(chǎn)品的功能與作用也保證了產(chǎn)品主要性能的準(zhǔn)確性，不能以此理念將能量回收裝置分為顯熱交換器和全熱交換器。

（3）空氣能量回收裝置溫度交換效率計(jì)算的討論。

GB/T21087國家標(biāo)準(zhǔn)以溫度交換效率為空氣能量回收裝置的顯熱交換器顯熱回收效率的有效性能。實(shí)際上是以空氣能量回收裝置的進(jìn)出風(fēng)測試點(diǎn)測出的干球溫度作為計(jì)算溫度交換效率的參數(shù)。空氣能量回收裝置實(shí)際測試參數(shù)不僅有干球溫度，還有濕球溫度，在空氣焓濕圖上，等濕球溫度線與等焓線幾乎重合，濕球溫度的變化率才是濕空氣顯熱變化效率，而干球溫度變化效率只是干空氣的顯熱變化效率。

前面鋁箔膜空氣能量回收裝置的濕空氣顯熱交換效率可以用濕球溫度交換效率表示，按正向運(yùn)行計(jì)算。

濕球溫度交換效率計(jì)算如下：

式中：η為濕空氣溫度交換效率，%。

空氣顯熱交換效率應(yīng)該是包括干球溫度和濕球溫度兩個(gè)溫度參數(shù)的函數(shù)，濕球溫度交換效率是濕空氣顯熱交換效率的表征，干球溫度交換效率只是干空氣顯熱交換率的表征。干球溫度交換效率作為顯熱交換器的能量回收效果有損顯熱交換器的實(shí)際能量回收效果。

（4）能量交換和濕量傳遞的主通道基本相同

分析能量傳播過程，室內(nèi)室外空氣溫度和濕度存在差異的情況下，才存在通過熱交接器能量的傳播，對室內(nèi)外能量的傳播主通道有兩個(gè)，一個(gè)是膜間空氣能量的對流傳播，二是隔膜方向的導(dǎo)熱傳播，且都是高溫向低溫方向進(jìn)行能量的傳遞。沒有膜間通道的對流傳播就不會(huì)有隔膜方向的導(dǎo)熱傳播。能量傳播量與溫度差、氣流速度、空氣含濕量和傳熱膜的導(dǎo)熱率有關(guān)。空氣能量回收裝置的能量傳播實(shí)際上就是平壁能量傳播。平壁能量傳播的傳熱系數(shù)按以下公式計(jì)算：

式中：為平壁傳熱系數(shù)，kcal/(m2·℃)；1為1側(cè)高溫介質(zhì)（空氣）對平壁的放熱系數(shù)，kcal/(m2·℃)；1為平壁厚度，m；1為平壁導(dǎo)熱系數(shù)，kcal/(m2·℃)；2為2側(cè)低溫介質(zhì)（空氣）對平壁的放熱系數(shù)，kcal/(m2·℃)。

從公式中可以看出，傳熱系數(shù)與平壁的厚度和導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)，更與平壁兩側(cè)空氣的放熱系數(shù)有關(guān)?？諝饽芰炕厥昭b置的能量回收量不僅僅是隔膜傳熱量，更有膜間主通道空氣流的導(dǎo)熱量。

空氣能量回收裝置全熱交換器的傳熱膜通道的能量傳播包括兩部分，一是傳熱膜的導(dǎo)熱，二是傳熱膜的透濕孔和密封縫隙漏熱。透濕孔只允許水氣分子通過，全熱交換器的傳熱膜目前國內(nèi)有兩種，一種是普通紙質(zhì)膜，另一種是具有吸濕性的異相膜[7]。普通紙質(zhì)膜受到內(nèi)部漏風(fēng)率的限制，即使能通過水氣分子，也會(huì)提高內(nèi)部漏風(fēng)率，所以普通紙質(zhì)膜幾乎沒有透氣孔；具有吸濕性的異相膜水氣分子只能吸附在膜和透濕孔表面封閉這些水氣通孔，不會(huì)大幅度增加內(nèi)部漏氣率，吸附的水分子通過量不會(huì)很大，但可以改變水內(nèi)部能量的傳播方式，將通過封閉孔的水氣分子層的隔膜導(dǎo)熱變成水分子內(nèi)部的對流傳熱，且異相膜的導(dǎo)熱率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通紙膜，可以雙重提高傳熱效果[8]。吸濕性的異相膜由于改變了膜的傳熱方式和導(dǎo)熱效果，其熱回收效果還高于鋁箔傳熱膜，但異相膜熱交換器的濕量傳遞效果并不比鋁箔熱交換器高。這也說明了能量回收裝置的濕量交換并非是傳熱膜上的透濕孔的效果。

能量傳播的主通道有膜間通道和傳熱膜通道兩個(gè)，濕量傳遞的主通道也有膜間通道和傳熱膜通道兩個(gè)。其中傳熱膜通道有兩個(gè)因素，一個(gè)因素是傳熱膜的導(dǎo)熱量；另一個(gè)因素是傳熱膜的透濕孔和傳熱膜的密封性，由于傳熱膜的密封性和透濕孔與能量回收裝置內(nèi)部漏風(fēng)率有直接關(guān)系，通過傳熱膜孔直接進(jìn)行濕量交換極少，達(dá)到忽略不計(jì)的程度，只有傳熱膜的導(dǎo)熱量能改變膜間通道濕量的傳遞效果。所以能量回收裝置的濕量傳遞（交換）也是膜間和傳熱膜兩個(gè)通道。

3.2 我們的見建議

（1）按空氣—空氣回收裝置國家標(biāo)準(zhǔn)分類的定義，能量回收裝置只有全熱交換器，沒有顯熱交換器；

（2）以溫度交換效率作為顯熱交換器能量交換效率有嚴(yán)重的不實(shí)；

（3）行業(yè)以傳熱膜的透濕性定性全熱交換器和顯熱交換器沒有可信依據(jù)；

（4）工程上將濕量變化的能量差全部按潛熱量處理，作為產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算方法沒問題，但容易引起用戶對能量交換量和除濕量的誤判；

（5）原國家標(biāo)準(zhǔn)偏重裝置能量回收功能，忽略了裝置的濕量回收功能。

[1] GB/T 21087-2007,空氣—空氣能量回收裝置[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007.

[2] GB/T 7725-2004,房間空氣調(diào)節(jié)器[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005.

[3] 王平,邵安春,董際鼎.關(guān)于空氣能顯熱、潛熱概念與計(jì)算討論[C].2013年中國制冷學(xué)術(shù)年會(huì)論文集,2014.

[4] 董際鼎,邵安春,鄭光群,等.GB/T21087-2007《空氣—空氣能量回收裝置》能效問題的討論[J.制冷與空調(diào),2015,(2):130-135.

[5] 尉遲斌,盧士勛,周祖毅.實(shí)用制冷與空調(diào)工程手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

[6] GB/T 31437-2015,單元式通風(fēng)空調(diào)用空氣—空氣熱交換機(jī)組[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2015.

[7] 寧波東大空調(diào)設(shè)備有限公司.一種異相膜、異相膜機(jī)芯及其制造裝置和方法[P].中國專利:發(fā)明專利申請?zhí)?01210439761.8, 2013-04-24.

[8] 寧波東大空調(diào)設(shè)備有限公司.一種異相膜和異相膜機(jī)芯[P].中國專利：實(shí)用新型專利號(hào)ZL201120409407.1, 2012-10-03.

[9] 董際鼎,邵安春,鄭光群,等.異相膜NIMTE在空氣能量回收裝置中使用效果試驗(yàn)研究[J].制冷與空調(diào),2015,(2): 11-18.

Air-to-air energy Recovery Equipment Study on the Effect of Heat and Moisture Recycling

Dong Jiding1Liu Qiwu2

( 1.Wuhan haier Eoectric Co., Ltd, Wuhan, 430000; 2.Sichuan University, Chengdu, 610065 )

In this paper, through the calculation on the actual air energy of the sensible heat and latent heat encountered in the sales of air energy recovery devices, a comparative study between the "non-moisture transfer" sensible heat exchange equipment with metal heat transfer film and the “moisture-transfer” total heat exchanger with complex heat transfer film was conducted, indicating that there exists a Inadequate theory in the GB / 21087-2007 national standard due to the classification of air-air energy recovery devices by total heat exchange equipment and sensible heat exchange equipment. It is to question the to define sensible heat exchangers and total heat exchangers based on the permeability of heat transfer film, or the presence and absence of sensible and latent heat exchange. The sensible heat exchange or the latent heat exchange of air energy recovery device is solely related to the difference in temperature and humidity of the exchanged air, and has no relation to the permeability of heat transfer film. The study found that the air energy recovery device using aluminum foil as heat transfer film has a higher moisture transfer effect. The introduction of fresh-air can dehumidify and cool down the air during summer. It also humidifies and heats the air during winter. This system has the function of keeping constant humidity and temperature of fresh-air.

Temperature exchange effectiveness; Enthalpy exchange efficiency; Sensible heat exchange equipment; Total heat exchange equipment; Energy recovery efficiency

1671-6612（2020）06-719-08

TH3

A

董際鼎（1945.9-），男，本科，高級(jí)工程師，E-mail：dongjd2008@qq.com

2020-03-03