静止式全热交换器及其机能材料性能评价方法的探讨

摘要：本文对静止式全热交换器及其机能材料的性能评价试验方法、评价指标进行了探讨。参考国外有关标准，建议全热交换器的评价指标应主要包括全热交 换器的显热、潜热和全热效率以及漏气度。对其机能材料的评价应从材料的传热、透湿、透气、阻燃性能等几个方面进行。同时还对实验装置和计算方法提出了建 议，希望得到更广泛的讨论。

随着我国经济实力的增长和人民物质文化生活水平的不断提高，人们对室内空气品质的要求也越来越高，都渴望拥有一个健康、舒适的室内环境，特别是经历了 SARS的袭击，人们越来越注重室内空气品质，对引进室外新风换气提出了更高的要求，但是换气必然会带来能量的损失，因此需要考虑一种有效的节能方法。全 热交换器是空调系统中排气能量回收的关键部件，然而目前国内对全热交换器尚未有一个较全面的评价方法，本文主要就全热交换器的试验方法以及全热交换器及其 机能材料的性能评价体系进行探讨。

1 机能材料的性能评价

全热交换机能材料是全热交换器实现热湿交换的关键,要求其具有良好的传热、透湿性能,同时要求其对气体的通过具有良好的选择性,可以有效的阻止CO2等有害气体的通过。

1.1 评价指标

参照日本有关的JIS标准，本文提出对材料的性能评价主要应包括材料的（1）传热性能（2）透湿性能（3）透气性能（4）阻燃性能。

1.2 性能评价方法

1.2.1 传热性能

图1

目前在日本的JIS标准中，尚未对材料传热性能的评价方法作出规定，一般仅以厚度作为一个参数，对此提出以下设想：

用材料的平面横向传热性能来间接评价材料的厚度方向传热性能，如右图所示，在一定的温湿度条件下，在薄膜材料上放一恒温热源，温度为T，在与其保持一定距 离Δl取一点，通过测定该点达到指定温度T1时所花的时间来评价其传热性能。

1.2.2 透湿性能

参照JIS Z 0208标准,通过测定一定时间内通过单位面积试料的水蒸气量来评价，被测试纸一侧是吸湿剂，另一侧为相对湿度为90％的湿空气，并确保一侧的湿空气以 0.5－2.5m/s的速度循环，每隔24小时测一次吸湿剂的质量，当连续两次所测的质量差△m<5mg时实验中止。用24小时内透过单位面积试纸 的水蒸气量来评价的透湿度计算式为:

透湿度（g/ .24h）= ; (1)

s：透湿面积（c ）；

t：从实验开始到实验中止所花的时间（h）；

m：从实验开始到实验中止吸湿剂所增加的质量（mg）；

1.2.3 透气性能

透气性能的评价方法分ISO透气度和透气抵抗度（Gurley method）两种。ISO透气度是考虑单位面积用纸在一定压差下单位时间内通过的空气流量；透气抵抗度是在一定条件下考察100ml空气完全通过面积为 642mm 用纸的时间，建议采用透气抵抗度。

测定方法参照JIS P 8117的标准,测定的原理为利用垂直内筒的自重向下压缩空气，测量一定量的空气通过试验片的时间。

P =127/t ； (2)

P′=t ； (3)

P ：ISO透气度[μm/(Pa.s)]

P′：透气抵抗度（s）

t ：100ml空气通过的时间（s）

1.2.4 阻燃性能

参照JIS Z 2150标准,取形状为30×20cm的试验体，按照试验要求作一定的处理，在指定条件下进行加热,然后根据其残留物的特性，分为抗燃1级、2级、3级，如下表：

其中炭化长度表示试验体的加热面上炭化部分的最大距离；残炎表示试验体在停止加热后保持有焰的状态；无炎燃烧是指试验体在停止加热后保持无火焰的燃烧状态。

2 全热交换器的性能评价

2.1 评价指标

本文参考ASHRAE及日本JIS标准，认为评价指标应包括热湿交换性、漏气度、压力损失、噪声等，这里主要对全热交换器的热湿交换性能和漏气度进行了探讨。

2.2 评价及实验方法

2.2.1 热湿交换性能

（1） 评价方法

参考ASHRAE标准，如图2，通过计算全热交换器在相等的或不相等的质量流量下从一股气流传向另一股气流的传导显热、潜热、全热效率来评价全热交换器的热湿交换性能。

图2

效率计算式为：

(4)

其中 =显热、潜热或全热效率；

x=对应的干球温度或含湿或焓；

=送风的质量流量，每单位时间的干空气公斤数；

=排风的质量流量，每单位时间的干空气公斤数；

= 和 中的最小值；

（2） 测量数据

分别测出新风、送风、回风、排风口的干球温度 、湿球温度 、绝对压力p、静压差△P、喷嘴喉部面积A,并查表得出湿球温度时的饱和水蒸气压力 ,实验装置图如下：

图3

（3） 计算方法

计算的各种参数如下：

湿球温度时的饱和空气含湿量 =0.62198* ；（kg水/kg干空气） （5）

湿空气的含湿量 ；（kg水/kg干空气） （6）

干空气的比容 ；（ /kg干空气） （7）

湿空气的比容 ；（kg /kg湿空气） （8）

湿空气的密度 ＝ ；（kg/ ） （9）

空气的焓：h=3.388+0.186t+0.43 *（1075.4+0.81）；（J/kg干空气） （10）

空气的体积流量： =1.5623CA ；C=喷嘴的流量系数； (11)

标准状态空气流量： = ；（ /s） (12)

空气质量流量： ；（kg/s） (13)

2.2.2 漏气度

（1） 评价方法

参考日本JIS B 8628标准, 通过测试室外新风、室内送回风的CO2浓度, 用CO2的漏气率评价全热交换器的漏气度：

(14)

：二氧化碳的漏气率（％） ：室内送风口的二氧化碳浓度

：室外新风口的二氧化碳浓度 ：室内回风口的二氧化碳浓度

(2) 测量数据

如上图3所示，分别在进风、送风、回风口测出室外新风、室内送回风的CO2浓度 、 、 。

(3) 计算方法

参照式（14）计算出二氧化碳的漏气率（％） ，则漏气量q为：

q= × （15）

q：漏气量（ /h） ：送风量（ /h） ：二氧化碳的漏气率（％）

3 总结

本文对全热交换器机能材料及全热交换器的性能评价体系等进行了探讨，提出机能材料的评价指标应包括材料的传热性、透湿性、透气性和阻燃性等，其中透气性能 需引起重视。全热交换器的评价指标应主要考虑它的显热效率、潜热效率、全热效率和漏气度。同时还对实验装置和计算方法提出了建议，希望能得到更广泛的讨 论。