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热管式新风换热器的节能应用河北工程大学 张杰 梁慧敏 李佩涛摘要：由于当今社会及人们对环境的要求，节能在空调行业也越来越受到重视。由高效传热元件热管组成的热管换热器具有结构紧凑、体积小，压降低、效率高以及不需要辅助动力等优点，另外，热管换热器不存在易堵塞或空气交叉污染、不易维修、寿命短等不利因素，可以用来回收空调系统排风中的能量,室外新风吸收室内空气排风的能量，以实现节能的目的。本文对一次回风系统中采用热管换热器进行分析，由实例论证了采用热管换热器既节约了能耗又提高了室内空气品质的双赢效果。关键词：热管 节能 能量回收 空调系统 一次回风Energy-saving Application of Heat Pipe Fresh Air ExchangerHebei University of Engineering ZhangJie Liang Huimin Li peitaoAbstract: Because of society and people require for environment, energy-saving more and more to be attention in air-conditioning industry. Heat pipe heat exchanger is composed by heat pipe of high efficient heat transfer element. It has a compact structure, small volume, low pressure drop, high efficiency, and does not require auxiliary power, etc. In addition, the heat pipe heat exchanger not exist this unfavorable factors such as it is easy to plug or air cross-contamination and difficult to repair, short life. It can be used to recover the energy in the exhaust air-conditioning system, outdoor fresh air to absorb the energy of the indoor air exhaust in order to achieve energy-saving purposes. In this paper, a return air system using heat pipe heat exchanger analysis, demonstrated by the example of using heat pipe heat exchanger, which saves energy and also enhance the effects of indoor air quality win-win situation.Key words: heat pipe; energy-saving; heat recovery; air-conditioning system; a return air0 引言 热管的原理首先是由美国俄亥俄州通用发动机公司（The General Motors Corporation,Ohio,U.S.A）的R.S.Gaugler 于1944年在美国专利（US2350348）中提出的【1】。由于当时制作过程中采用的工质、热管材料、工艺过程等方面原因，使得其成本比较高，所以，早期的热管大都用于航空航天等重要领域。历经几十年的发展，热管已经逐步走向成熟阶段，其成本也在不断降低，且因其具有卓越的传热效率等诸多优点而在越来越多的领域里受到了青睐。作者简介：张杰（1962），男，汉，教授，E-mail:; 通讯地址：河北省邯郸市光明南大街199号河北工程大学城建学院，邮编：056038，联系电话通空调系统是耗能大户，在我国空调应用逐年增加普及的情况下，其总能耗的份额将会进一步快速增长。因此，暖通空调系统的能源有效利用和节能就成为空调事业发展中亟待解决的问题。同时，随着国民经济的迅速发展，人们对环境的要求越来越高，尤其是在“非典”疫情发生以后，改善室内空气品质的呼声也日益高涨。据资料统计，在室内、外新风换热装置中，目前国际上流行的是传统的板式和转轮式能量回收装置，虽然其热交换效率尚可，但在大气环境不理想的情况下，这些装置存在易堵塞或空气交叉污染、不易维修、寿命短等不利因素，而采用热管式新风换热器进行能量回收，能有效地避免上述弊端【2】。空调节能对换热器高传热性能的要求，以及人们对提高室内空气品质的要求，使得热管换热器从众多种类的换热器中脱颖而出，因而近年来热管用于空调热回收系统中的研究得到了很大发展【3】。用热管对空调回、排风中能量合理回收利用，收到了很好的节能效果。1 热管工作原理及特点热管是一个封闭系统，由管壳、吸液芯和工质组成，如图1所示。将热管内抽成真空，紧贴热管内壁的吸液芯毛细多孔材料内充满液体，将其密封，热管一端是蒸发段，另一端是冷凝段，中间根据需要可设绝热段，当热管的蒸发段一端受热时液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体再沿毛细多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不已，热量由热管的一端传至另一端。蒸发段绝热段放热段蒸汽液体 图 1 热管工作原理示意图按照热流体和冷流体的状态，热管换热器可分为气-气式、气-液式、液-液式、液-气式。从热管换热器结构形式来看，热管换热器又可分为整体式、分离式、回转式和组合式【4】。 以热管为传热单元的热管换热器同常规换热器相比，有一些独特的优点，主要表现在： 1）传热效率高，热管换热器是以热管本体为传热单元，具有很高的导热性，强化了传热； 2）热管内部是基于相变原理工作的，热响应快，传热量大，启动时间短； 3）热管的热力循环是在一个独立元件中完成的，没有附加外部力； 4）等温性能好，管壁温度可调，可在较小的热气流温差驱动下进行外部热交换； 5）热管换热器的体积小、重量轻，单位重量换热量大，这些特点客观上能满足空调回收能量中的气-气热交换的要求。2 热管在一次回风空调系统中的应用 在一次回风空调系统中，空调回风中部分排出室外，而大部分回风与室外新风在混合室混合，混合后空气经过表冷器，由于表冷器表面温度远低于混合空气的露点温度，因而混合湿空气经表冷器有部分冷凝水凝出，成为饱和湿空气。离开表冷器的饱和湿空气经过再热器以达到送风状态点。在基本不改变空调现有配置的基础上，热管式新风换热装置与空调机组配套，联合使用，在冬季运行时，新风先由热管放热段预热后再进入空调器内处理后送入室内，而室内的回风经过热管受热段放热后再排出室外，这样排风余热得以回收，减少了空调器的负荷，实现了室内能耗节省和空气品质提高的双赢；夏季运行时，空气先经过热管受热段预冷后，再与室内部分回风混合，经空调器冷却盘管除湿后送入室内，实现了室内能耗节省和空气品质提高的双赢。图2为一次回风式空调系统中使用热管回收能量示意图。 图 2 热管用于一次回风系统与不加热管换热装置的一次回风空调器系统相比，空调系统制冷量由放热段的交换冷量和表冷器部分的冷量组成。图2中，在送风管道部分设有温度传感器，送风状态4由温度传感器发出信号，控制热管系统中调节阀的开度来调节热管内介质的流量，从而调节空气的温度。当冷热气流温差只要超过3即可回收能量。热管热交换器换热后一次回风空调器系统节能效果表现在表冷器所需的冷量减少。设回风状态点为1点，经过热管放热段后为2点，室外新风状态点为3点，新风经过热管受热段后为4点，回风和新风混合后状态点为5点，混合风经过表冷器后为6点，再经过再热器加热后为7点即为送风状态点。则表冷器所需的冷量为经过表冷器后空气焓值的降低值，即 则所需冷量的减少值为 式中： -表冷器所需制冷量，kJ/kg； -所需冷量的减少量，kJ/kg； -回风与送风的比例； -各点的焓值，kJ/kg则表冷器所需制冷量减少的效率为 3 热管换热器节能分析实例以某宾馆为例，进行设计，表1为其设计参数。表1 设计参数编号空调房间夏季/冬季/风量（标准状况）/(m3/h)新风量（标准状况）/(m3/h)室内温度室外温度室内温度室外温度A2甲类套房22135241240004000A3餐厅会客厅等221352412100006000A4层间公共部分221352412100006000A1普通客房22135241225002500以A3餐厅会客厅为例，计算出结果。如表2为例。表2 A3餐厅会客厅的计算结果A3餐厅会客厅等冬季夏季风量（标准状况）/(m3/h)10000/6000(新风)10000/6000(新风)热管放热段室外温度/进入温度/室内温度/排出温度/213.62226热管受热段排出温度/室内温度/进入温度/室外温度/15.82327.535压力损失/Pa冷、热两段均110Pa冷、热两段均110Pa回收热量/kW24.8315.4外形尺寸沿气流方向：950（长）1500（宽）1300（高）采用热管式换热器进行新风换热的余热回收的结果如表3所示。表3 余热回收的结果编号空调房间夏季冬季回收热量/kW回收热量/kWA2甲类套房7.3613.1A3餐厅会客厅等15.424.83A4层间公共部分15.424.83A1普通客房5.128.22总回收热量43.2870.98冬、夏季均按90天计回收的热量93488.4153316.8通过对热管式换热器进行新风换热的余热回收来看，根据计算每年（冬、夏均按90天计）可回收的热量为246805kW，按当地每度电价0.7元计，具此，我国上海、南京等长江中下游地区夏季空调冷回收时间可达1500h以上。按气象参数计算，3年内可回收设备初投资费用【5】。4 结论这种将室内换气时排出的带有一定温度的浊空气，利用热管换热器换热，在冬季或夏季分别起到预热或预冷进入的新鲜空气的作用，充分利用了余热，节约了能源，节省了电的消耗，降低了空调的运行负荷。同时也提高了室内空气的品质。是一种适合国情的较为