2017年8月,香港的氣溫高達攝氏36.6度,破了歷史紀錄。隨著全球氣候變化加劇,預料極端天氣將出現得更頻密。冷氣機已不再是奢侈品,而是必需品。事實上,冷氣空調佔了香港商用物業總用電量的最大部分,約佔24%[1]。有關方面的專家一直努力鑽研能夠控制室內濕度、通風和溫度的節能方案,當中包括屋宇設備工程學系的楊洪興教授。他率領研究團隊研發嶄新的能量回收間接蒸發冷卻器,利用空調系統排放的冷空氣預先冷卻新風,同時降低新風的濕度,以減低空調系統的負荷,減少耗能。隊團早前於大嶼山東涌的街市試驗該冷卻器,證實它能把空調的新風冷卻用電降低17至35%。
轉輪式換熱器:污染新風、保養成本高昂
大多香港人每天長時間工作於設有中央空調的室內空間,如辦公室、餐館、商場等,室內空氣的質素自然對他們的健康有重大的影響。若通風系統無法引入足夠的新風,那麼,空氣裏二氧化碳、細菌等污染物的含量便有可能達到有害水平。在炎夏,由於新風的溫度和濕度遠比系統排出的空氣高,我們可利用從室內排出的涼風預先降低新風的溫度和濕度,以減少空氣處理機組的製冷負荷。
傳統上,能量回收空調系統一般採用轉輪式換熱器。這種轉輪以能夠吸水和吸熱的物料製成,其表面呈蜂窩狀。轉輪在內進的新風通道與排風通道之間緩緩旋轉,令兩股氣流交換水分和熱能。某種程度上,轉輪式換熱器的確能降低新風的溫度和濕度,但它同時會把兩股空氣的一小部分混合起來,對新風造成污染。楊教授補充說:「轉輪中的微孔材料對氣流也會產生不少阻力,因此需要較大的能量來驅動,令空氣順利通過。此外,微孔材料每三至五年便要更換一次,而摩打等移動部件也需要定期維修,令保養成本增加。」
能量回收間接蒸發冷卻器:保養成本低、投資回收期較短
有別於轉輪式換熱器,楊教授團隊所開發的間接蒸發冷卻器通過中央空調系統的熱交換器,以排放出來的空氣來預冷新風,從而進行能量回收。間接蒸發冷卻器有乾、濕兩種管道,分別供新風和排放的空氣通過,兩者以薄壁分隔,相間排列。水分在濕管道內回風中蒸發,從乾管道內新風中吸收熱量,令新風的溫度下降;而在乾管道內,新風的水分可能會凝結。管道內壁加了不同的鍍膜,以提升熱能交換的效率。團隊成員陳奕博士表示:「濕管道內的親水鍍膜有助水分均勻地依附在其上,提升蒸發的效率。另一方面,由於乾管道內的水分會減慢熱量和質量的傳遞,影響冷卻新風的效率,所以乾管道內壁加了疏水鍍膜,令凝結其上的水分能夠立即被排出來。」
就能耗而言,能量回收間接蒸發冷卻器所需的電力比轉輪式換熱器少,那是因為前者並不是由微孔材料製造,所以它對氣流產生較低的阻力。而且,間接蒸發冷卻器不需定期更換材料,也沒有摩打和移動部件,故保養成本較低。雖然兩者能為中央空調系統回收差不多等量的能量,但能量回收間接蒸發冷卻器勝在初始投資額較小,保養成本較低,投資回收期亦較短。
團隊早前於大嶼山東涌的一個街市試驗能量回收間接蒸發冷卻器,結果證實可降低空調冷卻新風的能耗達17至35%,大大減少碳排放。2019年4月,該裝置在第47屆瑞士日內瓦國際發明展中奪得金獎殊榮。