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全热交换机

全热交换机(energy recovery ventilation,ERV)是住宅和商业空调系统中的能量复原过程，经由处理（预处理）进入的室外通风空气，交换建筑物或空调空间排出的空气中包含的能量，所使用的特定设备可称为全热交换机, “全热”一词出自热焓(enthalpy)的日文汉字译词。 在较温暖的季节，全热交换机系统进行预冷和除湿；在较冷的季节，系统会加湿和预热[1]。ERV系统可帮助空调系统设计满足通风和能源标准（例如美国采暖、制冷与空调工程师学会，简称ASHRAE。可改善室内空气品质并降低空调系统设备的总容量，从而降低耗能。） 基本上在所有条件下，全热交换机系统使空调系统能够保持40-50%的室内相对湿度，必须使用鼓风机的动力来克服系统中的压力下降，因此会产生轻微的能源需求[1]。

重要性

全球近一半的能源用于建筑[2] ，有一半的加热与冷却成本是由通风引起。第二，发电和电网是为了满足用电高峰的需求，使用适当的全热交换机是一种具成本效益、可持续且快速的方法，能降低全球能源消耗、改善室内空气品质并保护建筑物和环境。

转移方式

全热交换机是一种空气对空气的热交换器，可传递显热(sensible heat)和潜热(latent heat)。由于温度和湿度都会转移，因此全热交换机被描述为总焓(enthalpic)装置。相比之下，热回收通风机 (heat recovery ventilation,HRV)只能传递显热。换句话说，所有全热交换机都是热回收通风机，但并非所有热回收通风机都是全热交换机，将热回收通风机和全热交换机互换是不正确的[3] 。 在夏季运行时，全热交换机系统对进入的外部空气进行冷却和除湿，排气流冷却冷凝器盘管使通风空气降温，系统将热量送入排气流中。在冬季时则反向运作，系统不将热量送入排气流中，而是从排气流中吸取热量以预热进入的通风空气。在这个阶段，空气通过一个主要单元，然后进入被调节的空间。这类型的系统在夏季的排出空气比通风空气温度低是正常的，在冬季则比通风空气温度高，如此系统才有效果并且有效率地运作。性能系数（coefficient of performance,COP）将随著条件变得更加极端（冷却更多的热和湿气，加热更低的温度）[4]

效能

ERV效能是透过计算两个气流之间传输的能量与通过热交换器传输的总能量的比值[5][6]。 市场上相关商品琳琅满目，效能也大相迳庭。其中一些系统的热交换效率可以高达70-80%，而某些系统的热交换效率则甚至只有50%。尽管这个这样的数据已经比基本的HVAC系统更优秀，但它效率之低，实在不能与其他同类型系统相提并论。目前正在进行研究尝试将热能传递效率提高到90%。[5] 使用现代“低成本、燃气型态”的热交换技术将效率大大提高。高导电性多孔材料的使用被认为可以产生超过90%的交换效率。通过超过90%的高效率，可能有多达五个能源损失的因素可以被改善[5]。家庭通风研究所 （HVI） 已为美国境内制造的所有设备开发了相对应的标准检测，但当然，很难涵盖所有产品。最重要的是必须比较制造商提供的数据跟 HVI 检测的数据差异。(附带说明：加拿大的产品则是由R-2000标准来规范，跟HVI类似)[6]

全热交换机装置类型

全热交换机装置 传递型态
焓轮热交换机 全热及显热
固定板式热交换机 全热**及显热
热管热交换机 显热
循环回路 显热
热虹吸 显热
双塔[7] 显热

**全热交换仅适用于吸湿装置和冷凝水回收装置

焓轮

旋转轮换热器是一个旋转圆柱体，充满适合空气渗透的材料。通常是由聚合物、铝或合成纤维构成，提供合理透气所需的大表面积。(焓是热量的测量标准。当焓轮在气流供应端和排气端间旋转时，它会吸收热能并释放到较冷的气流中。热交换背后的驱动力是气流之间的温度差异(热梯度)。 我们必须通过干燥剂的使用来完成热的传递与交换。干燥剂通过吸附的方式来传递水分，而吸附的力量主要是由相对气流中蒸汽的部分压力差所提供。典型的干燥剂由二氧化矽凝胶和分子筛组成。 焓轮是转移潜藏和外显热能的最佳设备。转子的构成材料（最常见的聚合物、铝或玻璃纤维）决定了设备的耐久性。 使用旋转式能量复原装置时，两个气流必须相邻以利进行能量传输。此外，在较冷的气候下应该要考虑增加一些花费在防寒抗冻上，以避免转子结冰。系统可以通过间歇调节转子的速度、预热空气或周期性停止/晃动系统来避免结冰。

板式热交换机

固定板式热交换机没有活动零件，由分隔和密封的交替层板所组成，典型的流动是横流式，且由于大多数板是实心及不可渗透，其结果是只能进行显热传递。

透过显热或全热交换芯体来调节进入的新鲜空气，在这情形下，芯体是由铝或塑胶板制成，湿度水准是透过水蒸气传递来调节，并结合装有干燥剂或可渗透板的转轮来完成。[8]

2006年，由Paul即一家专门负责被动式房屋通风系统的公司，推出焓板，一种用透湿材料制成的错流、逆流、空气对空气热交换机。此外，聚合物固定板逆流全热交换机，则是在1998年，由建筑性能设备公司(building performance equipment (BPE))推出，该公司是住宅、商业和工业空气对空气全热交换机制造商。这些热交换机不仅可引入改进为提高节能及新鲜空气，也可作为新建筑的替代品。在新建筑情形，全热交换机将有效降低系统所需的加热/冷却能力，至于节能总量的百分比将取决于装置的效率（高达90%显热）和建筑物的纬度。

而由于固定板式热交换机需使用多个部分，通常与高压降及占地面积较大有关联。又由于无法提供大量的潜能传递，这些系统在较冷的气候条件下也有很高的机会结霜。

此外，芬兰回收能源公司(Recycling Energy Int. Corp.[9])的专利技术，是以蓄热式板式热交换机为基础，利用空气湿度透过循环冷凝和蒸发(例如潜热)，使得不仅有高年热效率，且为自净化方式无微生物板。因此，该装置称为热焓交换机(enthalpy recovery ventilator)，而不是全热交换机(heat or energy recovery ventilator)。公司所获得专利的LatentHeatPump，就是以热焓交换机为基础，其性能系数(COP)在夏季为33，冬季为15。

参考资料

  1. ^ 1.0 1.1 Dieckmann, John. "Improving Humidity Control with Energy Recovery Ventilation." ASHRAE Journal. 50, no. 8, (2008)
  2. ^ 存档副本. [2021-11-21]. （原始内容存档于2015-04-14）. 
  3. ^ The Healthy House Institute. Staff. "ERV". Understanding Ventilation: How to Design, Select, and Install Residential Ventilation Systems. （页面存档备份，存于互联网档案馆） June 4, 2009. December 9, 2009.
  4. ^ Braun, James E, Kevin B Mercer. "Symposium Papers - OR-05-11 - Energy Recovery Ventilation: Energy, Humidity, and Economic Implications - Evaluation of a Ventilation Heat Pump for Small Commercial Buildings." ASHRAE Transactions. 111, no. 1, (2005)
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 Pulsifer, J. E., A. R. Raffray, and M. S. Tillack. "Improved Performance of Energy Recovery Ventilators Using Advanced Porous Heat Transfer Media." UCSD-ENG-089. December 2001.
  6. ^ 6.0 6.1 Christensen, Bill. “Sustainable Building Sourcebook.” City of Austin’s Green Building Program. Guidelines 3.0. 1994. （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  7. ^ Chapter 44: Air-Air Energy Recovery (PDF). ASHRAE Systems and Equipment Handbook. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE). July 2000: 44.17. ISBN 978-1883413804. 
  8. ^ Huelman, Pat, Wanda Olson. Common Questions about Heating and Energy Recovery Ventilators 互联网档案馆的存档，存档日期2010-12-30. University of Minnesota Extension. 1999. 2010.
  9. ^ Recycling Energy. [2022-04-04]. （原始内容存档于2021-11-21）. 

外部链接

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