淺談轉(zhuǎn)輪式全熱交換器在船舶空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、<p><b>　　大連海事大學(xué)</b></p><p>　　畢 業(yè) 論 文</p><p><b>　　二〇一〇年五月</b></p><p>　　淺談轉(zhuǎn)輪式全熱交換器在船舶空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　專業(yè)班級： 輪機(jī)06-1班</p><p>

2、　　姓 名： 李延濤</p><p>　　指導(dǎo)教師： 趙俊豪</p><p><b>　　輪機(jī)工程學(xué)院</b></p><p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　摘要：目前船舶空調(diào)系統(tǒng)大多采用回風(fēng)以節(jié)約能源，但是船舶艙室人員密集，且有各種揮發(fā)性氣體，新風(fēng)量較難最大限

3、度地保證人員工作或居住艙室的空氣質(zhì)量。而轉(zhuǎn)輪式全熱交換器既可以增加新風(fēng)量，改善船舶空氣質(zhì)量，又可以降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗。本文提出了轉(zhuǎn)輪式全熱交換器的研究背景和應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合育鯤輪采用的Klingenburg GMBH 轉(zhuǎn)輪式全熱交換器介紹了它的結(jié)構(gòu)與工作原理，給出了節(jié)能計(jì)算的公式與工程實(shí)例，定性分析了影響換熱效率的因素，探討了它在船舶空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性與應(yīng)用方式，提出了它的管理要點(diǎn)，對轉(zhuǎn)輪式全熱交換器在船舶空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用具有一定的指

4、導(dǎo)意義。</p><p>　　關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)輪式全熱交換器 船舶空調(diào)系統(tǒng) 熱交換熱效率的影響因素 節(jié)能計(jì)算 管理要點(diǎn)</p><p>　　ABSTRACT: At present the ships air-conditioning system mostly applies recirculation air to save energy. But because the cabin is

5、crowed with person and volatile compound is around, it is hard for fresh air volume to guarantee a comfortable and healthy inhabitant and working environment. The rotary total heat exchanger can increase fresh air volume

6、，improve cabin air quality and lower energy consumption of air-conditioning system. This paper puts forward the research background and current applica</p><p>　　Keywords: rotary total heat exchanger ships a

7、ir-conditioning system factors that influence the heat transfer efficiency energy-saving calculation management points</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 研究的背景1</p><p

8、>　　1.2 應(yīng)用現(xiàn)狀1</p><p>　　2 轉(zhuǎn)輪式全熱交換器的結(jié)構(gòu)及工作原理2</p><p>　　2.1 轉(zhuǎn)輪式全熱交換器的結(jié)構(gòu)2</p><p>　　2.2 轉(zhuǎn)輪式全熱交換器的工作原理4</p><p>　　3 轉(zhuǎn)輪式全熱交換器的節(jié)能計(jì)算4</p><p>　　3.1 熱交換效率公式4<

9、;/p><p>　　3.2 育鯤輪轉(zhuǎn)輪式全熱交換器計(jì)算實(shí)例6</p><p>　　3.2.1 換熱效率計(jì)算6</p><p>　　3.2.2 節(jié)能計(jì)算7</p><p>　　4 轉(zhuǎn)輪式全熱交換器換熱效率影響因素分析8</p><p>　　4.1 所用材質(zhì)的熱物性參數(shù)8</p><p>　　

10、4.2 轉(zhuǎn)芯的比表面積8</p><p>　　4.3 迎面風(fēng)速8</p><p>　　4.4 新風(fēng)排風(fēng)比9</p><p>　　4.5 轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速9</p><p>　　4.6空氣溫濕度10</p><p>　　5 轉(zhuǎn)輪式全熱交換器在船舶空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用分析10</p><p>　　5

11、.1 船舶空調(diào)系統(tǒng)中全熱交換器應(yīng)用應(yīng)注意的問題10</p><p>　　5.1.1 熱回收系統(tǒng)配置的合理性10</p><p>　　5.1.2 全熱交換器的使用時(shí)間11</p><p>　　5.1.3 熱回收的強(qiáng)化11</p><p>　　5.2 轉(zhuǎn)輪式全熱交換器在船舶空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用的可行性分析11</p><

12、p>　　5.3 轉(zhuǎn)輪式全熱交換器在船舶空調(diào)系統(tǒng)中可能的應(yīng)用形式11</p><p>　　5.3.1 單風(fēng)管系統(tǒng)12</p><p>　　5.3.2 雙風(fēng)管系統(tǒng)12</p><p>　　5.3.3 作為原空調(diào)系統(tǒng)的補(bǔ)充系統(tǒng)12</p><p>　　5.4 轉(zhuǎn)輪式全熱交換器在應(yīng)用中應(yīng)注意的管理事項(xiàng)12</p><

13、;p>　　5.4.1 風(fēng)機(jī)的布置12</p><p>　　5.4.2 防止轉(zhuǎn)輪結(jié)露或結(jié)霜13</p><p>　　5.4.3 空氣過濾器的安裝13</p><p>　　5.4.4 清洗13</p><p>　　5.4.5其他13</p><p><b>　　6 總結(jié)13</b>&

14、lt;/p><p>　　淺談轉(zhuǎn)輪式全熱交換器在船舶空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 研究的背景</b></p><p>　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，人的一生中有80%～90%的時(shí)間是在房間中度過的，對于船員而言更是如此。在生活水平不斷提高的今天，船上的工

15、作和生活條件也應(yīng)隨之改善，這就對室內(nèi)空氣質(zhì)量（Indoor Air Quality）提出更高的要求，以給船員提供良好的生活環(huán)境和工作條件，提高生產(chǎn)效率，減少人為事故，保證船舶營運(yùn)安全。</p><p>　　增大新風(fēng)量是保證室內(nèi)熱舒適性，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)最直接有效的方法之一。新風(fēng)量的增大雖然可顯著改善室內(nèi)空氣品質(zhì),但也導(dǎo)致新風(fēng)負(fù)荷增加, 進(jìn)行全新風(fēng)運(yùn)行的空調(diào)系統(tǒng)才是最好的系統(tǒng)，可是由此帶來的能量消耗確實(shí)是非常大的。

16、為了人員舒適和通風(fēng)順暢，必須考慮引入外界新鮮空氣，同時(shí)排出部分室內(nèi)渾濁空氣。由于室外新風(fēng)焓值與室內(nèi)風(fēng)相差懸殊，而排風(fēng)又損失大量空調(diào)能量，因此空調(diào)機(jī)組負(fù)荷大部分要被室外新風(fēng)占用，能耗驚人。提高室內(nèi)空氣品質(zhì)與空調(diào)節(jié)能之間存在矛盾。</p><p>　　因此，需要在新風(fēng)與排風(fēng)之間加設(shè)能量回收設(shè)備。全熱交換器是一種高效的節(jié)能產(chǎn)品,它可利用排風(fēng)中的冷(熱)量預(yù)冷(熱)新風(fēng),在新風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)或表冷器前,降低(提高)新風(fēng)比焓。用

17、它不但能回收顯熱，也能回收潛熱。故稱為全熱交換器。國外有人統(tǒng)計(jì)，新風(fēng)負(fù)荷一般占總負(fù)荷的20%～30%，利用新排風(fēng)熱能回收裝置，可節(jié)約新風(fēng)能耗70%-80%，節(jié)約空調(diào)負(fù)荷10%-20%，,因此全熱換熱器的使用可有效降低空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷效率,減小空調(diào)設(shè)備裝機(jī)容量,節(jié)省空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。全熱換熱器有效地解決了提高室內(nèi)空氣品質(zhì)與空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能之間的矛盾,在空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能領(lǐng)域中具有不可替代的重要作用。</p><p><

18、b>　　1.2 應(yīng)用現(xiàn)狀</b></p><p>　　全熱換熱器作為一種重要的節(jié)能產(chǎn)品,在我國及國際上具有極大的市場潛力。我國相繼在有關(guān)規(guī)范中對在空調(diào)系統(tǒng)中使用能量回收裝置進(jìn)行了規(guī)定。但是由于種種原因，全熱交換器并未廣泛普及，而大部分船舶也沒有配全熱交換器等能量回收裝置,導(dǎo)致排風(fēng)中冷(熱)量的浪費(fèi)。一些安裝了全熱交換器的空調(diào)系統(tǒng)由于運(yùn)行和管理不當(dāng),未能達(dá)到節(jié)能效果,新風(fēng)處理能耗仍相當(dāng)大。<

19、/p><p>　　因此,應(yīng)開發(fā)性能優(yōu)良的熱濕交換材料,研制適應(yīng)海洋性氣候特點(diǎn)的高效全熱換熱器。進(jìn)一步加強(qiáng)全熱換熱器在船舶空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究, 對全熱換熱器在空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用形式進(jìn)行歸納和總結(jié)，優(yōu)化使用全熱換熱器空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,并加強(qiáng)全面評價(jià)全熱換熱器在空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能作用，以加速全熱交換器在船舶空調(diào)系統(tǒng)中的普及,進(jìn)一步推進(jìn)空調(diào)節(jié)能。</p><p>　　2 轉(zhuǎn)輪式全熱交換器的結(jié)構(gòu)及工作原理

20、</p><p>　　根據(jù)熱回收裝置結(jié)構(gòu)的不同，全熱交換器分為板翅式和轉(zhuǎn)輪式兩種，本文僅以本人實(shí)習(xí)所在育鯤輪的轉(zhuǎn)輪式全熱交換器在船舶空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。</p><p>　　2.1 轉(zhuǎn)輪式全熱交換器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2-1 轉(zhuǎn)輪式全熱交換器結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　轉(zhuǎn)輪式全熱交換器主要有轉(zhuǎn)芯、轉(zhuǎn)輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、清掃裝置，外

21、殼等部件組成。</p><p>　?、俎D(zhuǎn)芯 轉(zhuǎn)芯是轉(zhuǎn)輪式熱交換器進(jìn)行換熱的核心部件，由固定外殼、蓄熱體、軸承套管</p><p>　　組成。轉(zhuǎn)輪蓄熱體的材料不同，可分為四種類型：(1)ET型：由覆有吸濕性涂層的抗腐蝕鋁合金箔制成，有優(yōu)良的吸濕性能，可同時(shí)回收顯熱與潛熱。全熱效率可達(dá)70%~90%。(2)RT型：由純鋁箔制成，無吸濕量，主要回收顯熱。(3)PT型：由耐腐蝕鋁合金箔制成，能耐

22、較高的溫度，進(jìn)行顯熱交換。 (4)KT型：由耐腐蝕鋁合金箔制成，外涂塑料層，有較強(qiáng)的耐腐蝕性，主要回收顯熱。對RT型、PT型，當(dāng)轉(zhuǎn)輪溫度低于排風(fēng)露點(diǎn)溫度時(shí)，則能對新風(fēng)起加濕作用。轉(zhuǎn)芯的加工，是先將原材料加工成平直板和波形板，平直板和波形板相互交替迭放，均平行于軸向通道，使內(nèi)部氣流形成不偏斜的層流，空氣中攜帶的污染物和顆粒不易沉淀在轉(zhuǎn)輪中，避免了隨氣流帶進(jìn)的粉塵微粒堵塞通道。與此同時(shí)，經(jīng)過特種工藝拋光和剪切形成的光滑轉(zhuǎn)輪表面和交替改變方向

23、的氣流確保了轉(zhuǎn)芯本身良好的自凈作用。平板和波形板粘成包裝箱紙板狀，再卷制成轉(zhuǎn)輪芯體，這樣在轉(zhuǎn)輪軸向芯體內(nèi)形成無數(shù)小截面蜂窩狀空氣通道。蜂窩狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使轉(zhuǎn)芯形成了一個(gè)吸濕、蓄熱、傳質(zhì)、傳熱的巨大接觸面積，具備了回收顯熱和潛熱的優(yōu)異特性?？諝馔ㄟ^蜂窩狀通道的風(fēng)速宜在2-5m/s，轉(zhuǎn)輪芯體直徑一般在500一4</p><p>　　②轉(zhuǎn)輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 由電動(dòng)機(jī)、V型帶，帶輪組成，是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)的設(shè)備。電機(jī)裝于轉(zhuǎn)</p&

24、gt;<p>　　輪外部，與轉(zhuǎn)速控制單元相連。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，電動(dòng)機(jī)不需維護(hù)（裝有終生長時(shí)的油脂潤滑）。</p><p>　?、弁鈿?外殼是安裝轉(zhuǎn)輪芯體和轉(zhuǎn)輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的殼體，由鋁板，呂鋅合金或不銹鋼構(gòu)成。它分隔成兩部分，分別與進(jìn)風(fēng)管和排風(fēng)管相連。殼體上裝有接風(fēng)管的短管和對應(yīng)電動(dòng)機(jī)的部位，留有能拆開的檢查口，有的還設(shè)有觀察鏡。</p><p>　?、芮鍜哐b置(或稱清洗扇)&l

25、t;/p><p>　　當(dāng)轉(zhuǎn)輪從排風(fēng)側(cè)向送風(fēng)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，蜂窩狀結(jié)構(gòu)中存留的污濁空氣會(huì)混入新風(fēng)之中，從而出現(xiàn)了室內(nèi)交叉污染的可能，因而在全熱交換器的排風(fēng)室內(nèi)側(cè)設(shè)置清掃裝置。當(dāng)轉(zhuǎn)輪從排風(fēng)側(cè)轉(zhuǎn)向新風(fēng)側(cè)時(shí)，強(qiáng)迫少量新風(fēng)通過清洗扇，將暫時(shí)殘留在蓄熱體上的污物又沖向排風(fēng)側(cè)，防止了細(xì)菌向新風(fēng)轉(zhuǎn)移，對轉(zhuǎn)輪體起到了凈化作用。新風(fēng)側(cè)與排風(fēng)側(cè)至少有200Pa的壓力差。當(dāng)滿足以上條件時(shí)，自清潔扇可以保證從污風(fēng)到新風(fēng)的泄漏率小于0.3%。<

26、/p><p><b>　?、菝芊饨Y(jié)構(gòu) </b></p><p>　　為防止轉(zhuǎn)輪體與殼體之間、輪體與中間分割梁之間之間空氣泄露，而加裝的橡皮條或毛氈壓條，密封壓條要定期更換。為了保證密封裝置密封好，摩擦阻力小，須注意如下幾點(diǎn)：</p><p><b>　?、俎D(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)芯垂直。</b></p><p>　　②

27、轉(zhuǎn)芯端面平整, 密封條端正平直。</p><p>　　③轉(zhuǎn)芯端面與外殼面板平。</p><p>　?、鼙苊饷芊鈮簵l與轉(zhuǎn)芯直接接觸。</p><p>　　此外，還設(shè)有轉(zhuǎn)速自控裝置。轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)數(shù)影響著全熱交換器的效率及處理空氣的狀態(tài)，為此需配置自控系統(tǒng)，可以適應(yīng)外界環(huán)境的變化，隨時(shí)改變轉(zhuǎn)速比，保證進(jìn)入新風(fēng)處理機(jī)前空氣溫濕度設(shè)定值，使換熱器能夠全年經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。轉(zhuǎn)數(shù)一般控制在7一

28、10r/min。為了避免空氣中攜帶的顆粒磨損鋁箔芯，空調(diào)器和排風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)口還設(shè)有空氣過濾器。</p><p>　　2.2 轉(zhuǎn)輪式全熱交換器的工作原理</p><p>　　在轉(zhuǎn)換器旋轉(zhuǎn)體內(nèi)，設(shè)有兩層分隔板，室內(nèi)排出的空氣，通過轉(zhuǎn)輪芯體的上半側(cè)排至室外，室外新風(fēng)通過轉(zhuǎn)輪芯體的下半側(cè)送至室內(nèi)，新風(fēng)與排風(fēng)反向逆流。電動(dòng)機(jī)通過皮帶或鏈條帶動(dòng)轉(zhuǎn)輪緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，空氣以低速通過蓄熱體，靠新風(fēng)和排風(fēng)的溫差和水蒸

29、氣分壓差進(jìn)行濕熱交換。顯熱回收主要是通過芯體材料的蓄熱特性實(shí)現(xiàn)，潛熱回收主要是通過吸濕劑的吸濕性能實(shí)現(xiàn)。沒有浸漬吸濕劑的旋轉(zhuǎn)體, 象鋁材質(zhì)之類, 在鋁材表面有一層非常微孔的氧化膜, 能周而復(fù)始地從空氣中吸收和脫吸水蒸汽, 其機(jī)能幾乎恒定不變。在冬季工況時(shí)，室內(nèi)排風(fēng)的溫濕度高于新風(fēng)，排風(fēng)經(jīng)過轉(zhuǎn)輪吸能區(qū)時(shí)被冷卻，其放出的顯熱和潛熱被轉(zhuǎn)輪回收，轉(zhuǎn)輪溫度升高，水份含量增加；當(dāng)轉(zhuǎn)輪經(jīng)過清洗區(qū)清洗防止二次污染后進(jìn)入工作區(qū)，在工作區(qū)向低溫低濕的新風(fēng)放

30、出顯熱和潛熱，使新風(fēng)溫度升高，含濕量增加，而轉(zhuǎn)輪溫濕度降低進(jìn)入下一循環(huán)。經(jīng)過熱交換處理的室外新風(fēng)焓值大幅度升高，降低了后面空調(diào)機(jī)組的負(fù)荷，而新風(fēng)量卻可以保持在最佳狀態(tài)。 夏季工況與冬季相反，經(jīng)過熱交換新風(fēng)溫濕度及焓值大幅降低，同樣降低了空調(diào)機(jī)組的負(fù)荷，保證了新風(fēng)量的供應(yīng)。</p><p>　　3 轉(zhuǎn)輪式全熱交換器的節(jié)能計(jì)算</p><p>　　3.1 熱交換效率公式 </p>

31、<p>　　評價(jià)全熱交換器最重要的指標(biāo)就是熱交換效率，全熱交換器的熱交換效率可以分為顯熱交換效率，潛熱交換效率和全熱交換效率。而轉(zhuǎn)輪式全熱交換器在工作時(shí)，轉(zhuǎn)輪芯體在不停地轉(zhuǎn)動(dòng)著，這樣在芯體內(nèi)，無論在軸向，還是在周向，溫度、含濕量的分布都是不均勻的。為了便于分析，按軸向和周向的平均溫度和平均含濕量來建立熱、濕平衡方程，并忽略泄露影響，假定送風(fēng)量和排風(fēng)量相等。熱回收效率可以用新排風(fēng)之間的實(shí)際換熱（濕）量與新排風(fēng)間最大的換熱（濕）

32、量的比來表示，冬季的各效率具體表示如下：</p><p><b>　?。?）顯熱交換效率</b></p><p><b>　　——顯熱交換效率</b></p><p>　　t1—— 新風(fēng)進(jìn)口的干球溫度 ℃</p><p>　　t2—— 新風(fēng)出口的干球溫度 ℃</p><p>

33、　　t3—— 排風(fēng)進(jìn)口的干球溫度 ℃ </p><p><b>　　（2）潛熱交換效率</b></p><p><b>　　——潛熱交換效率</b></p><p>　　d1—— 新風(fēng)進(jìn)口的含濕量 kg/kg(dry air)</p><p>　　d2——

34、 新風(fēng)出口的含濕量 kg/kg(dry air)</p><p>　　d3—— 排風(fēng)進(jìn)口的含濕量 kg/kg(dry air)</p><p>　?。?）全熱交換效率 </p><p><b>　　——全熱交換效率 </b></p><p>　　h1—— 新風(fēng)進(jìn)口的比焓 kJ/Kg(dry

35、air)</p><p>　　h2—— 新風(fēng)出口的比焓 kJ/Kg(dry air)</p><p>　　h3—— 排風(fēng)進(jìn)口的比焓 kJ/Kg(dry air) </p><p>　　3.2 育鯤輪轉(zhuǎn)輪式全熱交換器計(jì)算實(shí)例</p><p>　　3.2.1 換熱效率計(jì)算</p><p>　　育鯤輪共有6個(gè)空調(diào)器，其中服務(wù)

36、主甲板79#肋位后區(qū)域的4號空調(diào)器安裝有轉(zhuǎn)輪式全熱交換器。查閱育鯤輪空調(diào)說明書可知，獨(dú)立人員房間每人新風(fēng)量最小25m3/h；公共艙室人員每人最小新風(fēng)量15m3/h，為此，4號空調(diào)器處的全熱交換器的送風(fēng)量設(shè)定為V=6560m3/h。冬季運(yùn)行期間測得,全熱交換器新風(fēng)進(jìn)口溫度t1 = 0 ℃;進(jìn)口相對濕度φ1 = 60%; 新風(fēng)出口溫度t2= 12℃，出口相對濕度φ2 = 54.8%;排風(fēng)進(jìn)口溫度t3 = 20 ℃，進(jìn)口相對濕度φ3 = 50

37、%。送風(fēng)溫度t4=25℃ 送風(fēng)相對濕度φ4=30%。由附錄一濕空氣焓濕圖上查得查得，t1=0℃時(shí)， =611Pa，所以</p><p><b>　　新風(fēng)進(jìn)口含濕量</b></p><p>　　該含濕量也可根據(jù)干球溫度和相對濕度在附錄一濕空氣焓濕圖上查得。其中，</p><p>　　——空氣中水蒸氣的分壓力</p><p>

38、;　　——飽和濕空氣中水蒸氣分壓力</p><p>　　P ——大氣壓力，取值0.1013MPa </p><p>　　濕空氣的比焓可由經(jīng)驗(yàn)公式得到：</p><p><b>　　同理可得：</b></p><p>　　d2 = 0.0048Kg/Kg(dry air) h2 = 24.05 KJ/Kg(dry ai

39、r) d3 =0.0073 Kg/Kg(dry air) h3 =38.52 KJ/Kg(dry air)</p><p>　　將上述數(shù)據(jù)代入全熱交換器效率各算式,</p><p><b>　　顯熱交換效率</b></p><p><b>　　潛熱交換效率</b></p><p><b>

40、;　　全熱交換效率</b></p><p>　　3.2.2 節(jié)能計(jì)算</p><p>　　在分析采用轉(zhuǎn)輪式全熱交換器的空調(diào)系統(tǒng)是否合理時(shí)，不能只用換熱器回收多少能為指標(biāo)，這是因?yàn)橄到y(tǒng)在回收能量的同時(shí)也增加了輔助設(shè)備的能耗。為此要把熱回收量和換熱器附件的能耗也同時(shí)考慮。在增設(shè)了全熱交換器后，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)需要耗功，換熱器引起的壓降也會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)耗功增加。</p>

41、<p>　　繼續(xù)以3.2.1中提出的育鯤輪轉(zhuǎn)輪式全熱交換器冬季工況為例。</p><p>　　①計(jì)算每小時(shí)新風(fēng)回收的熱量q1</p><p>　　新風(fēng)進(jìn)口的干空氣分壓力</p><p>　　每小時(shí)新風(fēng)進(jìn)口干空氣質(zhì)量 </p><p>　　其中Rg,,a為氣體常數(shù)</p><p>　　同理可得新風(fēng)出口干空氣質(zhì)

42、量 m2=8057kg</p><p>　　則每小時(shí)新風(fēng)回收的熱量q1為：</p><p>　　q1= m2h2-m1h1=8057kg(dry air) ×24.05 KJ/Kg(dry air)－8451kg（dry air）×5.65 KJ/Kg(dry air)=146022.7KJ</p><p>　　②計(jì)算風(fēng)機(jī)每小時(shí)增加的耗能q2&l

43、t;/p><p>　　由《建筑能效標(biāo)識測評導(dǎo)則》可知每小時(shí)由于增設(shè)轉(zhuǎn)輪式全熱換熱器引起的風(fēng)機(jī)增加的功耗為q2=VΔP/η </p><p>　　ΔP為換熱器引起的壓降，在Klingenburg GMBH轉(zhuǎn)輪式全熱交換器說明書中查得ΔP=70Pa</p><p>　　η為風(fēng)機(jī)總效率，此處取70%，則：</p><p>　　q2=6560×

44、;70÷0.7 J=656KJ</p><p>　?、塾?jì)算驅(qū)動(dòng)電機(jī)每小時(shí)功耗</p><p>　　由Klingenburg GMBH轉(zhuǎn)輪式全熱交換器說明書查得轉(zhuǎn)輪式全熱交換器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率為180w，則每小時(shí)功耗為q3=3600×180J=648KJ</p><p>　?、苡?jì)算若不加設(shè)轉(zhuǎn)輪式全熱交換器，提供給新風(fēng)的全熱量q</p>

45、<p>　　計(jì)算同上可得，供風(fēng)中干空氣質(zhì)量m=8402 kg 供風(fēng)比焓h= 40.41 KJ/Kg(dry air)</p><p>　　則q=mh－m1h1=291771.98KJ</p><p>　?、菘晒?jié)約的能量Δq=q1-q2-q3=144718.7KJ</p><p>　　附帶增加的功耗占可節(jié)約的功耗的比例為</p><p&

46、gt;　　轉(zhuǎn)輪式全熱交換器所節(jié)約的能量占不設(shè)全熱交換器時(shí)提供給新風(fēng)的全熱量的比例為</p><p>　　倘若不設(shè)全熱加熱器，加熱新風(fēng)所需要的熱量為291771.98KJ，增設(shè)全熱交換器后可節(jié)約的能量為144718.7KJ，后者占前者的49.6%，由此可見，轉(zhuǎn)輪式全熱交換器所能節(jié)約的能量是十分可觀的，而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它所增加的功耗，所以說它是節(jié)能的。</p><p>　　4 轉(zhuǎn)輪式全熱交換器換熱

47、效率影響因素分析</p><p>　　4.1 所用材質(zhì)的熱物性參數(shù) </p><p>　　常溫下能否保證有較高的熱濕交換效率，取決于它所采用的芯體材料。采用一種既易于吸濕又易于解吸的芯體材料，就能夠保證交換器在空調(diào)系統(tǒng)中有較高且連續(xù)的換熱傳濕效率，且無交叉污染。</p><p>　　4.2 轉(zhuǎn)芯的比表面積</p><p>　　它取決于芯體內(nèi)蜂

48、窩通道的結(jié)構(gòu)，注入平板、波紋板的厚度、波形的間距、波高及轉(zhuǎn)輪芯體厚度等，它們或大或小影響著比表面積，從圖4-1中可見比表面積越大效率越高。但隨著比表面積的增大，空氣阻力增大，引起風(fēng)機(jī)功耗的增加，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意此問題。</p><p>　　圖4-1來自于[3]。</p><p><b>　　4.3 迎面風(fēng)速</b></p><p>　　圖4-2出自

49、育鯤輪采用的Klingenburg GMBH轉(zhuǎn)輪式全熱交換器說明書，由圖可見，隨風(fēng)轉(zhuǎn)速對換熱效率的影響很大，在新風(fēng)排風(fēng)比為1，迎面風(fēng)速由1m/s增大為3m/s時(shí)，換熱效率降低了18%。這是因?yàn)殡S著迎面風(fēng)速的增加，雖然傳熱傳質(zhì)系數(shù)有所增加，但是新排風(fēng)在換熱通道內(nèi)熱質(zhì)交換的時(shí)間也變短了，不能進(jìn)行充分的顯熱和潛熱量的交換。而且空氣阻力增加，空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)功耗也會(huì)增大。</p><p>　　4.4 新風(fēng)排風(fēng)比 </

50、p><p>　　由圖4-2可見，新風(fēng)排風(fēng)比越小，即排風(fēng)量比新風(fēng)量越大，新風(fēng)從排風(fēng)中獲得的熱量越多，全熱交換器的換熱效率越高。</p><p><b>　　4.5 轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　圖4-3出自于育鯤輪采用的Klingenburg GMBH轉(zhuǎn)輪式全熱交換器說明書，顯示了轉(zhuǎn)速改變對換熱效率影響。由圖可見，其轉(zhuǎn)速的變化對能量回收性能有

51、較大的影響，在轉(zhuǎn)速小于5rpm時(shí)，顯熱及潛熱回收效率隨轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速的增加而快速的增加，當(dāng)轉(zhuǎn)速大于5rpm時(shí)，顯熱及潛熱回收效率隨轉(zhuǎn)速的增加變化趨勢變緩，并且顯熱和潛熱回收效率的變化趨勢基本相同。取一個(gè)通道作為分析對象，當(dāng)它剛從新風(fēng)側(cè)轉(zhuǎn)向排風(fēng)側(cè)接受冷量（或熱量時(shí)），排風(fēng)與蓄熱體溫差濕度差都很大，傳熱傳質(zhì)效率高，但隨著轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，溫差與濕度差減小，熱量回收能力降低，轉(zhuǎn)速越慢，回收能力越低，則排風(fēng)帶走的熱量越多，轉(zhuǎn)速越快，這種影響越小，熱回收效率越

52、高，但是達(dá)到一定轉(zhuǎn)速之后，對效率的影響逐漸穩(wěn)定，表現(xiàn)為熱回收效率隨轉(zhuǎn)速增加趨勢變緩。</p><p><b>　　4.6空氣溫濕度</b></p><p>　　全熱換熱器熱質(zhì)交換材料在工作時(shí)的潤濕程度與所處理空氣的溫濕度狀態(tài)有關(guān)，而導(dǎo)熱系數(shù)和水分?jǐn)U散系數(shù)又與溫度和材料含濕量有關(guān)。因此，空氣的溫濕度狀況也是熱質(zhì)交換效率的影響因素之一。</p><p&

53、gt;　　由此可見，研制高效的熱濕交換材料，優(yōu)化轉(zhuǎn)芯結(jié)構(gòu)，使用轉(zhuǎn)速自控裝置，使得轉(zhuǎn)速適應(yīng)外界條件的變化，選擇合適的新風(fēng)排風(fēng)比都有助于提高轉(zhuǎn)輪式全熱交換器的換熱系數(shù)。</p><p>　　5 轉(zhuǎn)輪式全熱交換器在船舶空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用分析</p><p>　　5.1 船舶空調(diào)系統(tǒng)中全熱交換器應(yīng)用應(yīng)注意的問題</p><p>　　5.1.1 熱回收系統(tǒng)配置的合理性</

54、p><p>　　船舶空調(diào)系統(tǒng)具有具備“集中、量大、穩(wěn)定”三個(gè)可以利用的內(nèi)在因素，對于全熱交換器構(gòu)成的熱回收系統(tǒng)，外界條件是把新風(fēng)和排風(fēng)集合到同一處，這就要求系統(tǒng)的配置趨于完善與合理：</p><p><b>　?、?系統(tǒng)規(guī)模要適中</b></p><p>　?、?系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性</p><p>　?、?保證熱回收系統(tǒng)的潔凈

55、度</p><p>　?、?自動(dòng)控制的重要性</p><p>　　5.1.2 全熱交換器的使用時(shí)間</p><p>　　全熱交換器的熱回收是受到兩種換熱介質(zhì)(新風(fēng)和排風(fēng))的性質(zhì)(溫度和濕度)影響的，而新風(fēng)的性質(zhì)是隨著主外的氣候變化而變化的。新風(fēng)性質(zhì)的變化會(huì)影響回收的效果，當(dāng)新風(fēng)的性質(zhì)與排風(fēng)相差不大時(shí)，熱回收的效率是很低的，甚至回收的能量比運(yùn)行全熱交換器所消耗的能量還

56、多，這時(shí)使用熱回收顯然是不節(jié)能的，不經(jīng)濟(jì)的。</p><p>　　5.1.3 熱回收的強(qiáng)化</p><p>　　第四章已經(jīng)分析到影響熱回收效果的各種因素，換熱設(shè)備，換熱介質(zhì)的性質(zhì)以及換熱介質(zhì)的速度、流量比等等都會(huì)對熱回收的效果產(chǎn)生影響。在選用了一定的全熱交換器后，可以通過改變換熱介質(zhì)的速度和流量比等參數(shù)，增加熱回收的效果。還可以通過改變換熱介質(zhì)的性質(zhì)來改變換熱效果。</p>

57、<p>　　5.2 轉(zhuǎn)輪式全熱交換器在船舶空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用的可行性分析</p><p>　　轉(zhuǎn)輪式全熱交換器具有如下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?、?既能回收潛熱，又能回收顯熱。</p><p>　　② 轉(zhuǎn)輪回轉(zhuǎn)一周, 上下側(cè)都通過正、反兩個(gè)方向的氣流, 具有自清洗作用, 不</p><p>　　致堵塞通道, 效率也不會(huì)降低。 <

58、;/p><p>　?、?通過轉(zhuǎn)速控制，能適應(yīng)不同的室外空氣參數(shù)。</p><p>　?、?回收率高，可達(dá)到70%-90%。</p><p>　?、?新風(fēng)參數(shù)得到改善，溫濕度波動(dòng)相應(yīng)減小，方便空氣的調(diào)節(jié)和控制。</p><p>　　⑥ 傳熱面積相當(dāng)緊湊, 每立方米的傳熱面積可達(dá)3500平方米以上, 因此與其它換熱</p><p&

59、gt;　　器比較, 單位傳熱面積的造價(jià)相當(dāng)?shù)土?lt;/p><p>　?、?整機(jī)運(yùn)動(dòng)部件少，結(jié)構(gòu)簡單, 操作運(yùn)行維護(hù)管理方便，一般不會(huì)出現(xiàn)故障, 故能作長期運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　目前,船舶空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)大都采用回風(fēng)以減少耗能，但是船內(nèi)居住艙室人員密集,人體污染物及其衍生物不但影響空氣質(zhì)量,而且會(huì)危害人體的健康,同時(shí)艙內(nèi)還存在一部分濃度不等的各種揮發(fā)性有機(jī)化合物,將可能危害船員的身體健

60、康，傳統(tǒng)船舶空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量較難最大限度地保證人員工作或居住艙室的空氣質(zhì)量。船舶空調(diào)系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)輪式全熱交換器做為熱回收器可以具備上述優(yōu)點(diǎn)，充分利用排風(fēng)中的冷量或熱量，減少能耗的同時(shí)，增大新風(fēng)量，從而改善艙室內(nèi)空氣質(zhì)量，保證船員身體健康。此外，從焓濕圖中可以分析得出，空調(diào)排風(fēng)中可供回收的余熱中潛熱占很大部分，尤其潮濕的室外空氣條件下尤其如此，而海上以潮濕空氣為主。因而轉(zhuǎn)輪式全熱交換器在船舶空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用值得探討。</p>&

61、lt;p>　　5.3 轉(zhuǎn)輪式全熱交換器在船舶空調(diào)系統(tǒng)中可能的應(yīng)用形式</p><p>　　全熱交換器一般都是和風(fēng)機(jī)、空氣過濾器及各種空調(diào)器組合在一起使用的。</p><p>　　5.3.1 單風(fēng)管系統(tǒng)</p><p>　　育鯤輪空調(diào)采用的即是單風(fēng)管系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中使用全熱交換器，可以減小制冷機(jī)、鍋爐、加熱器、冷卻器和水媒泵的容量，從而簡化了空調(diào)設(shè)備初投資。&l

62、t;/p><p>　　5.3.2 雙風(fēng)管系統(tǒng)</p><p>　　在雙風(fēng)管系統(tǒng)中，全熱交換器可做為空氣預(yù)處理裝置，一部分風(fēng)在其中完成新風(fēng)的預(yù)冷除濕或預(yù)熱加濕，作為一次風(fēng)經(jīng)中間分配室送往艙室布風(fēng)器；另一部分空氣則經(jīng)空調(diào)器后部再處理，然后分配室送往艙室布風(fēng)器。</p><p>　　5.3.3 作為原空調(diào)系統(tǒng)的補(bǔ)充系統(tǒng)</p><p>　　對于船舶原有

63、的空調(diào)系統(tǒng)需要增加進(jìn)風(fēng)量，以及風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)需要補(bǔ)給進(jìn)風(fēng)量時(shí)，全熱交換器可做為新風(fēng)補(bǔ)充系統(tǒng)。將全熱交換器、風(fēng)機(jī)、過濾器組合，在不變更原有空調(diào)系統(tǒng)的情況下，卻增加了進(jìn)風(fēng)量。</p><p>　　5.4 轉(zhuǎn)輪式全熱交換器在應(yīng)用中應(yīng)注意的管理事項(xiàng)</p><p>　　5.4.1 風(fēng)機(jī)的布置</p><p>　　為了避免排風(fēng)漏入新風(fēng)，送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)的設(shè)置上要考慮新風(fēng)側(cè)壓力大于

64、排風(fēng)側(cè)壓力。為了清洗扇清洗空氣量的需要，新風(fēng)量比排風(fēng)量大5-10%。全熱換熱器與送風(fēng)機(jī)的組合方式有四種：</p><p>　?。?）布置最恰當(dāng),新風(fēng)機(jī)吸入，排風(fēng)機(jī)吸出，新排風(fēng)氣流均勻, 效率高, 新風(fēng)側(cè)靜壓比排風(fēng)側(cè)大，采用標(biāo)準(zhǔn)2×5度清潔扇面。</p><p>　?。?）新風(fēng)機(jī)吸入，排風(fēng)機(jī)壓出，新風(fēng)氣流比較均勻，排風(fēng)氣流均勻性差，新風(fēng)側(cè)壓力總小于排風(fēng)側(cè)壓力，大量排放氣混入供給氣,

65、 這種布置務(wù)必避免。</p><p>　?。?）強(qiáng)制送風(fēng)方式，新排風(fēng)氣流均勻性差，壓降大, 不經(jīng)濟(jì), 新風(fēng)側(cè)靜壓大于排風(fēng)側(cè)，采用標(biāo)準(zhǔn)的2×5度的清潔扇面。</p><p>　?。?）新風(fēng)機(jī)壓入，排風(fēng)機(jī)吸出，新風(fēng)均勻性較差，排風(fēng)均勻性較好, 壓降比較大，通過清潔扇面的新風(fēng)將增加，因此應(yīng)減為2×2.5度的清潔扇面。</p><p>　　5.4.2 防

66、止轉(zhuǎn)輪結(jié)露或結(jié)霜</p><p>　　當(dāng)船舶航行在寒冷水域，室外空氣溫度很低，含濕量比較高，當(dāng)室外空氣和室內(nèi)排風(fēng)的空氣狀態(tài)參數(shù)在濕空氣焓濕圖上連線，橫切飽和濕度線的情況下，轉(zhuǎn)輪表面回發(fā)生結(jié)霜或凍結(jié)，橫切飽和線位置在零度以上時(shí)會(huì)結(jié)露，橫切飽和線位置在零度以下時(shí)會(huì)結(jié)霜，濕效率降低，孔眼堵塞。最壞的情況將使轉(zhuǎn)輪破損。采取預(yù)熱新風(fēng)，預(yù)熱排風(fēng)或者降低排風(fēng)濕度，可以保證室外空氣和室內(nèi)排風(fēng)的空氣狀態(tài)參數(shù)在焓濕圖上連線不穿過飽和

67、濕度線，避免了結(jié)霜或結(jié)露的發(fā)生。</p><p>　　5.4.3 空氣過濾器的安裝</p><p>　　轉(zhuǎn)輪有自凈作用，不受空氣中干燥污染物的影響，但是考慮粘性或油脂污染物時(shí)，必須要設(shè)置過濾器，另外, 對于對室內(nèi)空氣質(zhì)量要求特別高的情況，在供氣側(cè)設(shè)置活性炭過濾器, 脫除有害氣體, 以防止惡臭和有害氣體的侵入。對于濾器要定期檢查清洗或更換。</p><p><b

68、>　　5.4.4 清洗</b></p><p>　　對轉(zhuǎn)輪式全熱交換器定期進(jìn)行檢查和維護(hù)，一年至少檢查兩次，并對全熱交換器的表面進(jìn)行清洗或沖洗。對于輕度污染，采取壓縮空氣清洗，對于重度污染，采用壓縮空氣和使用高壓水或蒸汽沖洗。清洗可以手動(dòng)執(zhí)行,也可以自動(dòng)清洗。</p><p><b>　　5.4.5其他</b></p><p>

69、;　　全熱交換器的熱回收效率和其他性能參數(shù)應(yīng)該按期進(jìn)行檢測，以便熱回收裝置能正常運(yùn)行。無論何種情況，轉(zhuǎn)輪都不應(yīng)該長期停止不動(dòng)。長期不轉(zhuǎn)的輪芯，會(huì)積聚空氣中的灰塵，從而降低熱回收效率，堵塞嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響通風(fēng)效果。</p><p><b>　　6 總結(jié)</b></p><p>　　轉(zhuǎn)輪式全熱交換器解決了室內(nèi)空氣質(zhì)量與節(jié)能之間的矛盾，在船舶空調(diào)系統(tǒng)中擁有很大的應(yīng)用空間。本文

70、介紹了轉(zhuǎn)輪式全熱交換器的結(jié)構(gòu)與工作原理，對其節(jié)能特性給出了計(jì)算公式與實(shí)例，得出轉(zhuǎn)輪式全熱交換器具有良好的節(jié)能特性。同時(shí)，定性分析了影響其換熱效率的因素，得出以下結(jié)論：（1）轉(zhuǎn)芯比表面積越大，換熱效率越高。（2）迎面風(fēng)速越大，換熱效率越高。（3）新風(fēng)排風(fēng)比越低，換熱效率越高（4）轉(zhuǎn)速低于某臨界值時(shí)，換熱效率隨轉(zhuǎn)速增加而提高，超過該值后，增加趨勢變緩。并由此提出了改善換熱效率的建議。最后對轉(zhuǎn)輪式全熱交換器在船舶空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用的可能性及應(yīng)用形

71、式進(jìn)行了探討，提出其管理中的注意事項(xiàng)，對于轉(zhuǎn)輪式全熱交換器在船舶空調(diào)系統(tǒng)中推廣和應(yīng)用有積極的作用。</p><p>　　感謝在本文編寫過程中對我給予幫助的同學(xué)和老師，由于本人理論知識水平有限，論文中難免有所紕漏，望老師指正。</p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】</b></p><p>　　[1] 姚培 潘文群 熱交換器在暖通空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用

72、及研究現(xiàn)狀 制冷與空調(diào) 2008年12月</p><p>　　[2] Klingenburg GMBH轉(zhuǎn)輪式全熱交換器說明書</p><p>　　[3] 沃聯(lián)邦 全熱交換器 日本</p><p>　　[4] 沈維道 蔣致敏 童均耕 工程熱力學(xué)第三版 高等教育出版社 2000年9月</p><p>　　[5] 林喜云 空調(diào)系統(tǒng)熱回收影響因素及評

73、價(jià)方法 華中科技大學(xué)</p><p>　　[6] 王志勇，劉澤華，王漢青等.基于建筑環(huán)境的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及節(jié)能分析.建筑</p><p>　　熱能通風(fēng)空調(diào)，2004年4月</p><p>　　[7] 李芳芹 , 趙賢兵 全熱交換器在空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能分析 上海電力學(xué)院學(xué)報(bào) 2006年12月</p><p>　　[8] 費(fèi)千 船舶輔機(jī)第3版 大連