同济大学机械与能源工程学院上海市200092
摘要：本文对常用空调热回收节能装置进行了介绍及其比较，并对其中的热管的结构特点进行了介绍。分析了热管技术在净化空调系统中的应用，包括在空气处理机组中提供预冷再热功能的应用、在热回收机组中的应用以及在除湿机组中的应用，可见热管技术的相关应用可取得显著的节能效益。
关键词：热管；热回收；净化空调
1引言
随着技术与经济的发展，我国洁净厂房的规模变的越来越大，能源需求随之剧增。为满足社会对于节能减排的要求，作为其中的能耗大户（净化空调系统），应在工程应用中采取有效的节能降耗措施。因而研究如何对空调系统进行节能具有十分重要的意义，其中将热管节能技术应用于净化空调系统中是一种非常有效的节能方法。
2常用空调热回收节能装置介绍及其比较
热回收节能方式较多，但归纳起来共两大类：全热回收装置和显热回收装置。全热回收装置有转轮式换热器、板翅式全热换热器、热泵式换热器等；显热回收装置有中间冷媒式换热器、板式显热换热器、热管式换热器等。[1]
对各种热回收装置的综合比较如下表所示：
净化空调系统要求避免交叉污染的产生，保证生产的安全。由上表可见，无交叉污染情况的热回收装置，可用：板式显热、中间冷媒式、热泵式及热管式换热器。
在决定具体选用何种类型的热回收装置时，应首先进行必要的技术经济及合理性分析；其次，根据需处理的空气特性选择合适的热回收装置，从而达到用较少的投资，回收较多冷热量的目的。
3热管的结构特点介绍
热管，是一种具有极高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量。热管通常由管壳、吸液芯和工作介质组成，将管内抽成1.3×10-1~10-4Pa的负压后充以适量的冷媒。管的一端为蒸发段（加热段），另一端为冷凝段（冷却段），根据应用需要选择在两段中间是否布置绝热段。当热管的一端受热冷媒蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环工作，热量由热管的一端传至另—端。热管的结构如下图1所示。
热管以其结构简单、体积小、重量轻、可控制性强、维修方便费用低、卓越的传热效率、导热性能好、优良的等温性能、热流密度的可变性、方向的可逆性、低阻力、可在失重的状态下工作等优良特点开始在各个领域内得到飞速发展[2]。
4热管在空气处理机组中预冷再热功能的应用
常规一次回风及全新风系统是制药洁净厂房中设计应用最为普遍的系统。该方式将新风与回风（若有）混合后经过冷盘管处理至所需机器露点，通过加热盘管升温至所需送风状态点后送入室内。此类系统配置由于需要对降温降湿后的空气进行再热，产生了冷热量抵消现象，造成能量浪费。
为了解决能量浪费现象，可设置热管调温系统（提供预冷再热调节功能）。在冷水盘管前后分别放置热管换热器，两热管换热器间配置冷媒循环系统。冷水盘管后的冷量经冷媒循环传递到热管蒸发器，给被处理空气降温，同时传递等量热量给热管冷凝器，完成调温。
目前国内一台10000m3/h的热管调温机组价格在8万元左右。
假定运行工况为：热管传热温差为5℃，处理风量为10000m3/h。
若按照夏季运行150天，每天24小时；电价1.0元/度，蒸汽价格210元/t计算，冷水机组系统能效比按3.5计算，则可节约运行成本分析如下：
可见，设备运行两年多即可收回投资成本。
5热管在热回收机组中的应用
对于排风量较大的净化空调系统，应考虑热回收设计，这里将讨论热管热回收机组的应用，对新风进行预热（冷）处理，回收排风中的能量，可以大幅降低新风的预处理能耗。这是一项节能的有力措施，尤其是对制药企业的动物房等全新风净化空调系统，效果显著。
在新风与排风口前后分别放置热管热回收机组的两段（热管蒸发器和冷凝器），两热管换热器由冷媒循环模块及铜管连接成循环系统。
夏季排风的冷量经冷媒循环传递到热管蒸发器给新风降温，同时传递等量的新风热量给热管冷凝器，使排风升高同样温度。冬季处理过程反向。
目前国内一台10000m3/h风量的热管热回收机组价格在12万元左右。
假定运行工况为：热管冬夏季传热温差分别为10℃和5℃，新排风风量均为10000m3/h。
若按照夏季运行150天，每天24小时，冬季运行120天，每天24小时；电价1.0元/度，蒸汽价格210元/t计算，冷水机组系统能效比按3.5计算，则可节约运行成本分析如下：
可见，设备运行两年多即可收回投资成本。
6热管在除湿机组中的应用
传统冷却除湿方案一般使用冷水盘管，但有其局限性：受冷冻水水温限制，该系统处理空气的露点温度基本都在10℃以上，对于一些制药工艺需要低湿环境的场合（如胶囊填充间），无法满足低湿要求；许多制药车间在夏季高温高湿、新风比新风量都较大的恶劣工况下，湿度也可能达不到要求。
通常在净化空调的低湿应用场合，采用转轮除湿方案，但由于其再生侧需要用蒸汽加热或电加热等方法加热到120℃以上，造成能量消耗巨大。另外，由于经过转轮除湿后的处理风温度太高，需使后表冷段工作来降低转轮除湿后的送风温度，这样使得冷水机组需一直配合转轮除湿机来运行，导致在过渡季节，大部分房间不需要供冷时，由于个别区域需要低湿状态而仍需开启转轮除湿机，冷水机组也仍需配合开启，造成冷水机组低效率运行，能耗损失大。
热管节能型空气处理机组应运而生，其在药厂洁净低湿环境的应用效果显著。其制冷除湿的工作原理是：新风或混风先经过热管一端换热器预冷，再经过多级直膨式空调机组蒸发器降温除湿后经过系统内热泵机组蒸发器进一步降温至设定露点温度，完成最后的除湿任务。之后，被处理空气进入调温阶段。先经过热管另一端换热器加热，再经过系统内热泵机组冷凝器加热调温至设定送风温度，完成整个空气处理过程。
该系统特点：综合利用热管技术、系统内热泵、能量梯级利用等技术，使系统效率明显提高，节能效果明显；可处理到-10℃露点温度左右；湿温度控制精确高；系统应用灵活、操作简单，维护方便。
7结论
热管技术的研究日趋成熟、产品开发应用越来越丰富。通过本文关于热管技术在净化空调系统中的不同应用探讨，可见热管技术应用于净化空调系统中是一种非常有效的节能方法。当然，在舒适性空调等其他场合，热管技术同样可以作为节能降耗的有利措施。
参考文献：
[1]卢钧，连之伟.热回收装置在空调工程中的应用[J].制冷空调与电力机械，2007
[2]姜锡朋，姜涛.热管技术及其在铸造生产中的应用[J].中国铸造装备与技术，2003（6）：4-10.