摘要：测试和分析了可用于转轮全热换热器的硅胶、分子筛和吸水树脂干燥剂涂层材料的吸湿及放湿特性。采用优化的干燥剂涂覆工艺加工制作了硅胶转轮换热器并进行了性能测试。结果表明,相同条件下,采用优化的干燥剂涂覆工艺制作的硅胶转轮全热换热器全热回收效率比传统3A型分子筛转轮换热器提高了15%。
0 引言
近年来,由于能源的日益紧缺,节能成为能源界关注的焦点之一。据统计,建筑能耗约占社会总能耗的30%,其中,供暖、空调和通风占65%,热水占15%,照明、电视占14%,厨房炊事占6%[1]。可见,降低供暖空调能耗对建筑节能、缓解电力紧张、优化能源结构及保护环境都有着重要意义。而在诸多暖通空调节能措施中,从回风中直接回收显热和潜热是一个有力的措施。在建筑物空调负荷中,新风负荷占总负荷的20%~30%,如果采用热量回收器对排风进行热回收,则可以减少70%~80%的新风耗能量,相当于减少10%~20%的空调负荷。
在众多的热回收设备中,全热换热器是一种高效的节能产品。全热换热器的使用可有效降低空调系统的负荷,提高空调系统的运行效率,减小空调设备装机容量,节省空调系统的运行费用。李鑫等人总结了干燥剂的研究现状[2]。目前常用的工业干燥剂材料有分子筛、硅胶、氯化锂等。其中,氯化锂具有较大的吸附量,但会对金属造成较强腐蚀,限制了其使用。秦伶俐等人调查发现,转芯材料的制作工艺是提高转轮全热回收装置效率的关键[3]。目前市场上的转轮式全热换热器主要是以3A型分子筛为芯材制作的。近20年来,关于干燥剂涂覆工艺的研究报道较少,而改进干燥剂涂覆工艺是提高全热回收效率的根本途径。
本文对常用的干燥剂材料结合转轮制作工艺进行了研究,制作了硅胶转轮,测试了其全热换热效率并与现有产品分子筛转轮的全热效率进行了对比。
1 转轮全热换热器结构及原理
转轮呈蜂窝状,外形为轮形,可在换热器旋转体内转动,两侧设有分隔板将其分为上、下两部分,上半部通过室内排风,下半部通过新风,新风与排风逆向流动。转轮以8~10 r/min的速度缓慢旋转,把排风中的冷热量收集在有吸湿性涂层的全热换热器蓄热体中,然后传递给新风。空气以1.5~5.0 m/s的流速通过蓄热体,靠新风与排风之间的温差和水蒸气分压差来进行热湿交换。所以,它既能回收显热,又能回收潜热。其结构和工作过程示意见图1,2。
2 实验测试
干燥剂材料的吸放湿特性是决定全热换热器性能的先决条件。用于全热回收转轮的干燥剂材料应具有静态平衡吸湿率高、放湿容易等特点。目前分子筛由于吸放湿快、产业化程度高且性质稳定而被广泛用于转轮换热器。为了探讨硅胶干燥剂应用于全热回收转轮的可行性,制作了硅胶、分子筛、吸水树脂涂层样品,观察发现硅胶涂层和分子筛涂层涂覆效果良好,干燥剂不易脱落,而吸水树脂涂层虽然也不易脱落,但表面有明显密集裂缝,且材料硬而脆,不适合继续进行压制工艺生产转轮。对硅胶与分子筛涂层的静态平衡吸湿率进行了测试。所采用的方法为质量法,即用天平直接测量吸附剂吸附水分后增加的质量。测试时采用一定浓度的浓硫酸,利用干燥皿创造一定的湿度环境,因为一定浓度的硫酸溶液总是对应一定的空气湿度,对应关系见图3。把干燥皿置于恒定的温度环境,就能得到试验所需的温湿度环境。用电子天平称重,当干燥剂质量不再增加时,吸放湿达到平衡,即得到平衡吸湿量。
测试了干燥剂涂层样品的吸放湿率,结果如图4所示,其中涂层1和涂层2表示两种不同工艺。硅胶为柱层析硅胶,分子筛为3A分子筛。
观察图4