上海节能No.012018浅析热管热回收技术在医疗建筑空调系统中的应用陆琼文华东建筑设计研究院总院摘要：本文以上海市某医院为例，分析了空调系统中采用热管热回收技术的全年节能情况。

在设计 工况下，热管的排数越多，节能越显著。

从全年运行的角度看，从热管换热器获得的节能量大于因风系 统阻力增加带来的耗电量增加，且管排数越多年节能量越大。

此外，由于管排数增加，也增加了相应的 初投资，延长了静态投资回收周期。

关键词：医院；热管换热器；空调系统；节能；回收周期DOI: 10.13770/ki.issn2095-705x.2018.01.006Analysis on Heat Pipe Heat Recovery Technology Application on Medical Building Air Conditioning System Lu QiongwenEast China Architecture Design Research InstituteA bstract: The article is based on some hospital in Shanghai and analyzes annual energy conservation condition of heat pipe heat recovery technology in HVAC system.Heat pipe has many numbers of rows which means more energy saving potential.From the point of annual operation,when energy saving quantity from heat exchanger is more than electricity consumption quantity due to air system resistance with more numbers of rows.Otherwise,the article points out more numbers of rows mean more investment and enlarges static recovery period of investment.Key w ords: Hospital,Heat Pipe Heat Exchanger,Air-Conditioning System,Energy Saving, Recover Period of Investmenti引言目前，公共建筑已成为工业建筑外的主要能 耗载体。

公共建筑能耗包括供暖、空调、生活 用热水、照明等方面内容，其中供暖、空调约占 50%以上[1]，而在各类型公共建筑中，医院建筑 能耗相对处于较高的水平。

在空调负荷中，新风负荷占了较高的比例。

[作者简介]在新风系统设置能量回收装置，使新风与排风进 行热交换，将排风所携带的冷/热量传递给新风，可有效地減少新风系统的耗冷量/耗热量，是降低 建筑能耗的有效措施之一。

《民用建筑供暖通风 与空气调节设计规范》（GB50736-2012)、《公 共建筑节能设计标准》（GB50189-2015)等规范 均建议在设置集中排风的系统中设置空气-空气能 量回收装置。

陆琼文：（1977-),男，工学硕士，高级工程师，主要从事暖通空调系统设计工作浅析热管热回收技术在医疗建筑空调系统中的应用 陆琼文上海节能2常用的空气-空气能量回收装置在空调热回收系统中，目前较常用的有转轮 式换热器、板式换热器、盘管换热器和热管换热器。

2.1转轮式换热器转轮热回收分显热回收和全热回收两种方式。

显热回收的材质一般为铝箔，全热回收中的材质 为具有吸湿表面的铝箔材料或其他蓄热吸湿材料。

转轮作为蓄热芯体，在旋转过程中排风与新风逆 向经转轮各自释放或吸收热量，完成全热交换。

其优点是热回收效率可达到70%〜80%。

转轮式 换热器需要设置传动机构，需日常维护。

对于排 风中含有害物、有毒物质的场所并不适用。

2.2板式换热器板式换热器分为平板式显热换热和板翅式全 热换热器两种，其优点为结构简单、无传动部件、运行可靠、使用寿命长。

但存在压力损失大，结 构强度不髙，凝结水、结冰现象影响使用寿命等 缺点，它一般适用于风量较小的通风系统。

2.3盘管换热器盘管换热器是一种空气+液体的换热器，由布置在新、排风管道上的两个换热器、循环泵、膨胀箱、排气阀和管道配件等组成。

管道内的传 热液体采用乙二醇或水，传热液体将排风中的热 量通过换热传递给新风。

该系统布置灵活，新排 风系统可分开布置，新风排风介质不接触，安全 可靠。

但由于系统复杂，对日常维护要求较髙，且需经过两次换热，热回收效率较低。

2.4热管换热器热管由蒸发段、绝热段、冷凝段三部分组成，其结构如图1所示。

当热管的一端受热后，吸液 芯中的液体吸收外界热量迅速汽化，在微小压差下流向热管的另一端，在向外界放出热量后冷凝成为液体，液体借助于贴壁金属网的毛细抽吸力返回到加热段，并再次受热 汽化。

如此不断循环，热量就从管的一端传向另 一端。

热管换热器依靠工作液体的相变来实现传 热，换热效率髙且无传动机构，且新、排风介质 不接触，安全可靠。

图1热管结构原理图由于医院建筑排风中含有一定量的污染物，因此公共建筑中常用的转轮热回收系统，很少在医疗 建筑设计中采用。

根据《综合医院建筑设计规范》(GB51039-2014)中的规定[2]，医疗用房的集中空 调系统的新风量不应低于40 m3/h*P或2次/h换气，其新风量及新风负荷占比均髙于办公、商业等一 般公共建筑。

因此，若采用新排风热回收技术，回收部分排风能量，能在一定程度上降低新风能 耗，从而达到节能的目的。

各类换热器之间的性能比较见表1。

为了避免 新风与排风之间的交叉污染，获得较髙换热效率，且系统运行维护简单，医院中采用热管换热器是 一种较好的选择。

本文以上海市某医院设计的通风系统为例，分析医院建筑中使用热管热回收技术的节能性、经济技术性以及设计过程中的注意事项。

3热管热回收技术在医院建筑中的应用分析3.1项目概况表1多种能量回收系统的性能比较效率造价维护占用空间^交叉污染自身能耗系统灵活抗冻能力转轮式换热器髙髙中大有少差差板式显热换热器低低中大无无差中板式全热换热器髙中中大有无差中盘管换热器低中难中无多好中热管换热器中中易小无无差好ENERGY CONSERVATIONFORUM该医院总建筑面积185 000 m2，包括门诊、急 诊急救、住院、后勤综合、感染科等功能。

其中5 层至22层为住院部，建筑面积约57 000 m 2，床位 数为1 200床。

住院部设置集中新风与排风系统， 系统中采用热管热回收技术。

热回收装置在设备 层和屋面集中布置，总新风量184 000 m3/h ，总排 风量160 000 m3/h ，共分为8个子系统，单台热回 收型新排风机组新风量23 000 m3/h ,排风量20 000 m3/h 。

图2为住院楼中某子系统的通风原理图。

3.2设计过程中的注意事项由于热管技术无动力设备，液体工质是依靠 重力或者毛细管力回流至蒸发段，因此需实现全 年热回收的热管热回收器，新排风机组应水平布 置，不可叠放。

在布置机房上应充分考虑设备占地。

热管热回收装置宜设置旁通回路，当新排风 温度不具备热回收条件时，可将新风旁通送入新 风机组。

在北方寒冷地区使用热管热回收装置，宜在 新风入口设置预热段，保证进入热管热回收装置 的新风高于-10°C ，避免出现结冰现象。

本项目位 于上海，因此未增加预热段。

3.3热管热回收节能特性分析在同一工况下，热管换热器的换热特性受热管 排数、换热工质类别以及换热管材料等的影响。

根 据文献，热管换热器的效率与压力损失如表2所示。

表2热管换热器效率与压力损失[3]热管排数/排246810回收效率/%。

3754626872压力损失/Pa306090120150注：①考虑实际使用过程中积灰对传热效果的影响，实际计算效率值 乘以0.90修正系数。

②夏季工况，实际计算效率值乘以0.95修正系数。

根据 AHRI Standard 1060-2011[4]规定，用于空气-空气能量回收通风装置中的空气-空气换热 器的显热效率，可用下列公式计算：nGs(t 2- f 3 )式中，Gs-n m (tl -t 3)-送风质量流量，kg /s ; Gm⑴排风质量流量与送风质量流量的最小值，kg /s ; t1---排风入口温度，C ; t 2—新风出口温度，C ; t3—新风入口温度，C 。

当新风、排风流量不变时，显热效率仅和介 质温度有关。

在已知新、排风流量，新风入口温 度（室外温度），排风入口温度（室内温度）， 可以根据式（1)计算出新风出口温度t2,进而根 据新风流量和新风进、出口温度获得热回收量：65j KQI j图2住院楼中某子系统通风原理图上海节能浅析热管热回收技术在医疗建筑空调系统中的应用 陆琼文上海节能夏季 A 0 = A C ((3-?2) 冬季 A 0 = G ^C (?2 - ^3)(2)(3)由于热管热回收装置存在压力损失，且为了 保护热管需在排风入口侧额外增设空气过滤器， 故实际收益需要扣除该部分造成的风机电量增量：AQPGAP3600 x 1000 xn⑷依据上海市电费标准、天然气标准，结合上 海地区气象资料[5]，笔者计算了全年工况热管热 回收装置的收益情况。

计算过程中有如下假定：1) 每年3月15日〜4月14日，10月15日〜11 月14日为非空调季；2)当新风温度不满足热回收条件时，即夏季室外温度低于室内温度，冬季室外温度高于室内 温度时，开启旁通；3) 供冷工况空调系统综合COP 按3.0取值；4) 供热工况空调系统按燃气热水锅炉作为热源，锅炉效率按93%取值，并假设热水泵扬程为30 m H2O 。

5)非空调季节和新风温度不满足热回收条件时，热管热回收装置会增加风机能耗，增加的运 行费用见式（5)。

冬季运行费用按式（6)计算， 夏季运行费用按式（7)计算，当热回收节能量大 于风机能耗时运行会节省运行费用，反之增加。

外温度情况下的热管运行费用，计算结果见图3。

由图3可知，由于热管热回收为显热回收技术， 新排风温差是主要驱动力，夏季新排风温差小， 热回收装置节能量较少，运行收益为2 167元， 仅占总节能量的3%;冬季新排风温差大，热回 收装置节能量远大于夏季工况，运行收益为68 130元，占总节能量的97°%。

同时，由于采用热 管热回收需要风机提供额外的风机压头，当新排风温度不具备热回收条件或热回收量较小的情况 下，会出现负收益的情况，该部分的总费用约为 8 613 元。