用于独立新风换气机的膜式全热换热器研究进展

新风换气机作为-种典型的空气余热回收装置具有降、节能、便捷及可靠等优势，受到国内外的普遍关注。然而，由于新风换气机内置的换热器在芯体材料、结构形式、整体性能等方面的局限，造成其性能、效率仍处于较低的水平，难以实现规模化的推广和应用↑年来 ，空气板式换热器的研究领域取得较大进展，膜式全热换热器被提出，该膜式全热换热器多采用复合膜结构作为热质交换材料，并取消传统的瓦楞纸支撑结构以减小风阻，具有无运动部件、传热传质效率高、结构简单、无腐蚀、能耗孝使用寿命长等优点，已受到越来越多的重视。本文对近年来国内外膜式全收稿 日期： 2012-07-09 修稿日期 ： 2013-02-25基金项目： 广东侍育部产学研结合项目(201 1 B090400338)热换热器的研究进展和应用现状进行综述，并分析未来的发展趋势。

2 换热芯体材料的研究作为板式全热换热器传热传质的核心部件，换热芯体材料的重要性是不言而喻的。长期以来，人们大多选拳过特殊处理的纸张作为传热传质材料，并通过改进材料属性和材料处理方式来优化其性能，但效果依旧无法令人满意↑几年来，随着膜技术的快速发展，膜材料开始用作全热换热器芯体材料，取得了显著的效果。

有学者研究了膜材料的使用与换热效率的关系。代伯清等采用金属平板膜片和高分子平板膜FLUID MACHINERY Vo1.41，No.6，2013片制作了复合膜结构并对高换热器的全热效率进行了研究 J，发现在相同的迎面风速下其全热效率比由普通试纸高出0.6-1.0倍。殷平采用了- 种新型的纳米气体分离膜 j，并将其与-定强度的化纤材料多孔支撑层复合在-起，制成传热传质膜板，测试结果显示，该板式全热换热器的全热效率高达75%，可以看出，相比于传统材料，膜材料的使用能大幅增加全热效率，优化换热性能。

也有学者对膜材料强化传热传质进行了深入研究。张新儒等利用湿法成膜法制备了-种具有致密皮层的非对称膜 ，并测试了其传质性能，结果表明该非对称膜比传统纸膜的水蒸气渗透速率有大幅提高。Kistler和 Cussler提出了-种表面涂有聚氨酯的中空纤维平板膜，该膜可回收 60%的潜热 J。Zhang等对热湿耦合传递中空纤维膜进行了模拟和实验研究 J，发现膜材料对传质过程有重要的影响，传质阻力主要由膜材料属性和空气侧对流传质系数共同确定。Niu和Zhang通过对不同膜材料之间的性能对比得出 J，在-般情况下具有线性吸附曲线的膜材料具有更好的传热传质性能，可以看出，膜材料能较大程度的增强水蒸气的透过率，进而增强潜热换热。另外，Yinping Zhang对透湿膜材料的传热传质机理进行了深入研究 J，结果表明，热质交换材料的厚度越薄，其热质传递性能越好，当材料厚度接近零时，全热换热器的热质交换效率达到最大值，可以认为，在制作膜式全热换热器时，旧能的减少膜材料的厚度有利于提高热质交换效率。

总体而言，国内外关于膜材料的研究主要集中在膜材料类型的选择和性能的测定领域，而很少涉及膜材料的物理和力学本质。笔者认为，合理开发新型传热传质膜材料是必须的，但基于现有的膜材料，通过优化其结构和物性以强化传热传质的方式也是可取的，另外膜材料的力学稳定性、表面化学特性对换热效率及阻力损失的影响机理也需要眷弄清，膜材料的强化传热传质、结构稳定、阻力损失应该以协同的视角去看待，以达到最佳的相对节能效果。

3 换热芯体结构的研究换热芯体结构决定了气流运动，直接关系到传热传质的效果、流动阻力的大邪换热器的结构稳定，所以对换热器的工作性能有很大影响。

概括地说，芯体结构的研究包括两方面内容：气流形式设计和气流通道构形。

毫无疑问，逆流形式的空气换热器由于充分挖掘了其换热潜力而具有相对最大的对数平均温差，因而成为了近几年膜式全热换热器研究和开发的重点。为此，国内外学者申请了相关专利。

任承钦等设计了-种六边形的准逆流空气板式换热器，并对其进行了模拟和实验研究 ，结果表明传热性能有大改善。朱丽等发明了-种新型的逆流板式换热器Ll ，并利用挡板和导流结构确定气流通道，传热能力也得到了较大幅度提高。

Hossfeld和 Minnetonka申请了L型换热器芯体的专利 ；Mohammad等设计了-种 z型换热器 ，并进行了实验对比研究，发现 z型换热器的效率有了明显提高；Abiko和 Tuji发明了带有导流结构的逆流式换热器，其极限换热效率可以达到90%[14 J∩以看出，膜式换热器采用逆流的换热形式确实能大幅提高换热效率，但实际上它们并非在全空气流程均为逆流形式，-般在新风和排风的进出口仍是叉流，只是在气流中间-段是逆流，另外由于导流板、隔板等的存在，阻力损失依旧较大，如何开发出纯逆流的膜式换热器并减小阻力损失则是下面-段时间的研究重点。

随着全热换热器的小型化和紧凑化，气流通道构型对性能的影响越来越显著。苏铭等采用数值模拟的方法对不同气流通道构形下全热换热器的性能进行了模拟和比较分析 15，16]，结果表明平板通道全热换热器热质传递性能最优，矩形通道随长宽比的增加，其热质传递性能指标变化不大，而阻力的增加明显；通道支撑显著增加换热器的阻力，但其对换热器热质传递性能的改善贡献甚微，因此，全热换热器的设计应尽量减少通道支撑，气流通道的支撑越少，全热交换器性能越好。

Min在等风机能耗下研究了膜间距和膜厚对换热器性能的影响 J，结果表明存在-个最佳的膜间距日，使换热效率达到最大。当膜间距小于日时，换热效率随膜间距的增加而增大；当膜间距大于日时，换热效率随膜间距的增加而减校WangZheng制作了-种垂直交叉流加部分逆流的六边形全热换热器并进行了性能测试 ，研究表明，在换热芯体体积不变的情况下，改变外形尺寸不会对芯体热质交换性能产生影响，但压力损失会随芯体变长的增大而增大。Maurya等对通道内流动的不均匀性对换热器性能的影响进行了研2013年第 41卷第6期 流 体 机 械 81究 驯，认为雷诺数是影响换热量的决定因素，而且在通道形状发生改变的区域表现的更为明显。现有研究表明，大平板逆流形式可大大改善全热板式换热器的传热传质性能并减小阻力损失，必须根据实际的负荷和气流量合理的设计换热器的尺寸才能最大限度的满足余热回收的要求，因此膜式全热换热器需要个性化的设计。

笔者认为，膜式全热换热器向集成化、小型化的发展是大势所驱，气流通道高度将达到毫米级，因此可以预见，换热器内部小尺度空间流体流动和热质传递的耦合作用研究及强化传热传质方法的开发将成为未来的研究重点。

4 膜式全热换热器热质传递理论与数值研究膜式全热换热器内部的热质传递过程的理论与数值研究，不仅能预测换热器内部详细的流动和传热传质过程，获得换热器整体的压降和性能系数，而