热管热收受接管窗式空调器的设计及性能

热管热回收窗式空调器的设计及性能分析摘要：本文在研究热管运行原理的基础上，开发并设计出与窗式空调器相配套的分体热虹吸热管冷热回收装置用于空调排风系统的能量回收。样机利用室外新风吸收室内空气排风的冷量，以实现节能的目的。在保证热管的最小启动温差条件下，实验确定了该装置夏季冷回收的效率。同时对热管的充液率进行了探讨，寻求最佳运行工况下的充液率。关键字：热管热回收节能热回收效率充液率1引言热管作为一个传热元件，是利用工质汽液相变来吸收和释放热量。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、效率高以及无辅助动力等优点，近年在技术上已日趋成熟。作为一种有效的低温热能回收设备也已获得公认和应用，作为余热回收高效设备的热管换热器已进入推广发展时期，其应用不仅仅限于工业上，也开始向住宅空调方向发展[1,2]。现有房间空调器在潮湿地区使用时，常会因除湿量不足而不能很好地形成舒适的室内环境。在基本不改变空调器现有配置的基础上，加上热管换热装置组成热管—空调器组合系统。冬季运行时，新风先由热管冷凝段预热后再进入空调器内处理后送入室内，而室内回风经过热管蒸发段放热后再排出室外，从而排风余热得以回收，减少了空调器负荷，实现了室内能耗节省和空气品质提高的双赢；夏季运行时，空气先经过热管蒸发段预冷后，再与室内部分回风混合，经空调器冷却盘管去湿后送入室内，同样也实现了室内能耗节省和空气品质提高的双赢。总之，热管—空调器组合系统可以提高住宅空调系统制冷能力和去湿能力，完全或部分取消再热负荷，节省系统能耗，达到提高舒适度和改善室内空气品质(IAQ)的目的[3,4,5]。2热管热回收窗式空调器的设计及实验2.1分体式热虹吸热管的工作原理吸液芯热管结构原理见图1(A)，它由管壳、端盖、吸液芯、管外肋片、管端排气管及管内工质6个部分组成。热管的一端为蒸发段，另一端为冷凝段。当热管的蒸发段受热时，经管壁传到吸液芯中，液态工质便汽化、蒸发，借助压差使蒸汽经热管的中心通道而迅速传到冷凝段，在此蒸汽凝缩成液体，释放出潜热。在吸液芯的吸力作用下，液态工质又回到蒸发段。通过这种“蒸发—传输—冷凝”的反复循环而传递热量。热管还包括位于蒸发段和冷凝段之间的流体传输段(或称绝热段)，作重力式热管的结构除无吸液芯结构外，其他加工程序与吸液芯热管相同。该热管蒸发段受热时，液体便沸腾产生蒸汽，在冷凝段凝缩成液体，释放出潜热。液态工质借重力作用顺管壁回到蒸发段。这种热管应用时冷凝段位于蒸发段之上方。分离式热管(又名分体热虹吸热管)见图1（B）是在常规热管技术的基础上发展起来的一项高效传热技术，与普通热管不同的是，分离式热管的加热段和冷凝段分开放置，管束把蒸发段或冷凝段各自组合起来，通过一根上升管和回流管把分离开的两组管束连接起来的新设备工作介质在一个闭合回路中同向循环，这种热管换热器将高温侧和低温侧分成两个单独壳体，中间不设置隔板，两流体不会因泄漏而相混。A普通热管原理图B分体式热管原理图1-冷凝段2-蒸发段3-气体导管4-液体导管5-抽气充液短管图1热管原理图(A及B)2.2设计及样机结构样机热管热回收装置结构如图2所示，其中热管主要由蒸发段和冷凝段两部分组成。样机热管采用重力回流，因此冷凝段置于蒸发段上方，考虑到保证满足热回收量的工质能完全回流，设计最小高差为100mm。蒸发段和冷凝段用下降铝管连接。考虑了相变换热能力、工质的适用性及稳定性等多方面因素，工质确定为蒸馏水。热管热回收装置中的冷凝段气流（即室内排风）由轴流风机抽窗式空调器风量（460m3/h）的20%（即100m3/h）左右，经过冷凝段加热后排出室外；室外新风（100m3/h）由另一台轴流风机经过蒸发段吸收热量后温度降低，然后进入窗式空调器内与室内回风混合并处理到所需温度后送入室内。如图3所示，热管管外侧气流风道由相邻两个热管的翅片拼接组成。此种设计方法既保证了热管管外侧气流与管内侧工质充分换热，同时避免了因管道外部与翅片连接不紧密而降低热管换热效率，并且简化了设计和制造过程。热管热回收装置(样机)可与广东燕通冷气有限公司提供的1.5匹标准窗式空调器（风量为460m3/h）合理配接，并可方便地安装于普通居室内。热管热回收设备蒸发段和冷凝段分别包括七组带外翅片的热管组，蒸发段和冷凝段部分的每一个热管由两片铝板式换热器四周用宽度为12mm的铝板封闭制成，图4即为单体热管接管的焊接构造图，翅片板的长度为320mm，底厚为1mm，带72个连续的平翅片。单个翅片的尺寸是400mm长，130mm高，0.45mm厚。每个热管包含蒸汽和回水两根直径为φ8的接管，接管和总立管用较好的橡胶管软连接，以方便实验。单个热管的横截面积为12×120mm2。带翅片热管的总表面积包括翅片面积和基本面积是6m2，整套设备由铝板制成。图2热管热回收装置结构示意图1-热管冷凝段2-热管蒸发段3-窗机蒸发器4-窗机送风口5-由翅片组成的风道图3热管热回收窗式空调器安装剖面图图4单体热管接管焊接构造图（横置）2.3样机实验及数据分析2.3.1样机实验过程简介舒由于实夺验条件酸限制，茅本实验为主要对罗热管性坏能进行我测试。授因室外角条件（啊热管启温动要求航室外气卷温迅≥享30江0扁C同）的限初制，实匪验时间稿选戏在塑8沟月中旬练。从实赤验数据张来看，激室外气浮流温度因一般鉴在茂34后0彼C-3诚6硬0辩C显之间。罩又考虑蛮到热管美最小启适动温差慰为帖3齿0沉C乒，所以道用分体裁式空调貌机组对护室内温忘度进行应控制，鞠使其保妈证院在啄24环0首C-2县6升0葱C冲之间。助将热管颜热回收州装置安慕装于普绒通空调支房间窗会户中，圣结构尺趁寸不吻驾合之处逝用泡沫险塑料板华封住，祸避免外唉界气流哨与室内嘱气流混树合。增风量测储量袜风速测唉量仪器境是热电省风速仪鹿，将风轰口面情积划N打等分，衡用一个震测点风依速表示搏每部分代的平均脸风速，劈再将暗这希N贷个风速恨求平均邀值作为壳平均气饲流速度赏。为了魄保证风痒速洒测量的踩正确性洁，从风提口接出牵一段风刊道，将勤风速仪寨传感器炸置于各暂部分的条中部，平读取数沸据。夹插趋(歪1)送这里，宣—场平均风胸速堵（译m/朱s律），叹—项表示第幻i陆个部分奸的平均光风速茧（疗m/谣s摘）。季测量风机口面积领为煮A(m弯2勇)雁，风量罩(查m嚷3关/h进)狐由堂式钥(2永)哗求出：扭注参(牌2)缺这里，龟—破风机风意量点（补m网3茧/泽h吹），仗—维风口面喘积递（宵m沙2侨）芽。室狼温度测段量僵因实验忆条件有狠限，测孙量温度缠使用干执球温度赵计。将恐感温头爷用锡箔箱纸包住颜，以避喇免受太犁阳辐射惯影响。框温度测破量的数摘据包括画蒸发段斗入口温栽度、蒸虾发段出打口温度贱、冷凝毕段入口若温度、邮冷凝段肠出口温江度和室法内温度沉。同时率可将蒸印发段新屋风入口水温度作救为室外杆空气温想度。蒸匹发段和留冷凝段骨换热量阔分别由尸式悉（盆3择）和式国（竟4家）求出谁：叔袍吼(称3)昏骂劫(弄4)作这里，洋—害蒸发段井换热量兴（木J拜），撒—烘冷凝段龟换热量台（穷J驶），因—渠空气比阔热式（惹kJ/机kg·宿K者），肥—规空气密概度兰（线kg/翁m而3述），搜—把蒸发段岸入口温主度（图0野C糠），笑—萝蒸发段闭出口温仆度（狮0寨C董），浓—促冷凝段究入口温也度（河0旱C目），腥—岂冷凝段盯出口温竟度（剂0禾C捆）。骆这里虽厦未使用铁焓差公滋式计算叔换热量燃，但经句过计算桐校核发误现本公福式在工泥程误差际范围内爪，可以熊采用。展故热回勇收效率唇按下式结计算：胀斗衔(相5)宜这里，缘焦—埋热回收叼效率（云％），错—龙实际换扛热量岭（潜J倚），料—歼最大换秆热量震（到J抢），驼2.3墓.2柜谅数据分纽析滋图姐5棍多热管热氧回收效品率随室章内外温江度的变亭化曲线导图攀由挨图流5驰可知，炸实验室腔内外温衔差满足循最小启卷动温差扣（草3刃0嘴C肆）要求论。在热然管运行听初期（斗约定6旨0慰分钟）能，热管放的热回跪收效率妹比较低荣。热管皮达到稳肚定运行骂后，热椅回收效从率可以反保持在拳比较高柜的水平守，可以典看出此死时热管捧的相变请换热比迟较充分依，可以浙达到设血计参数乌要求。贫影响热泻管热回剩收效率抵的因素衬很多，浴包括室骨内外温压度、风主速、热天管的结厚构形式闯、翅片熄与管的辉接触是简否良好设、工作地液的热鸟物性等盼。有待蚕继续研旬究。畅图远6吃旨不同充匙液率条另件下蒸户发器温的差变化芝曲线图翠充液率内定义：值在冷态竞条件下爪蒸发段涉内的工神作液淹潮没高度咐l喇1裕余蒸发捷段的有循效加热坊高度坑l赚0忧之比诱[6]宽。分离舍式热管锹的充液逐量不仅爹与它的呢热负荷枪有关，舟还与蒸纹发管的艰结构特缺性、凝稠结液的买连通管域几何尺钩寸及工涉作液的胞物性有懒关。拆充液率价是影响厚分离式惭热管传搭热效果涨的重要沸因素之码一，也欺是设计愿和应用漏必不可疯少的参迈数摘。点匹由顶图亩6吃可见，华在热管堵运行初贝期鸭(淡约昂6幅0集分钟左锋右侄)牢，相变馆循环尚客未稳定尝，不同蛇充液率袋条件下即蒸发器走进出口维温差都晨有明显恋的波动涌，且温搅差呈上科升趋势躲。在搭傍导热管窗稳定运厘行之后糠，充液缺率伪在杠80拼%厨的条件寄下恢，拦折温差一邮直保持蝴比较高敢水平，先说明此鉴时热管团蒸发器乖的蒸发市量和冷只凝器冷像凝回水火量已达玉到很好考的平衡寻，相变娃换热非盒常充分端，节能慕效果明均显。当咏充液率堡达到或攀者超表过绒100薪%球，充液疤量过大家，汽液渣混合物颂将进入咐蒸汽上维升管，葵甚至到详冷却段沿，工质表在蒸发姓器段无捕法完全埋沸腾蒸镰发，已携无法实野现充分等相变换伍热，降夫低了热箱管系统没的传热掀性能。腾若充液应率过小学，从热奴管底部局算起，写充液率病低于蒸浪发段岛的米60盘%拴时就出邪现管壁扭过热。锅这是由煎于冷热分流体温卡差较小木、热流泳密度亦蛾小，不指能形成大剧烈的非沸腾，犬管内气疤体工质鸦携带的药液体量递不足以夏湿润全渠部蒸发梦段内壁执所致。悦因此，辞对空调离系统排养风能量沾回收的愉热管换锄热器，道其充液汽率应续在织80酸%鸭左右为怨宜。扯图例7盟拒不同充近液率条凶件下冷夏凝器温右差变化贸曲线图惕如译图顾7干所示，诚由能量疮守恒原库理，蒸承发器段母吸收的羞热量与惑冷凝器米段放出城的热量降相同，贴在风量复大致相瓜等的条柱件下，沈故冷凝左器温差咳与蒸发宽器温差危有相似喝的变化雄曲线。演因此，移可用相助同的原辛理如普图钻6遭作同样切分析，导此处不勾再赘述疯。姑3捷梨总结与华展望弄样机采雁用分体帝式热管导热回收僻装置，塘热管型圈式的设箭计在传压统思维嫂的基础祸上进行般创新，止采用对悠板翅式疗换热器宝进行封赚闭，避设免了传绞统热管馒因翅片滔与管子崇接触不连良而影采响换热绝的情况谨，同时错简化了缘设计。渠热管热灭回收效慧率与诸尺多因素楼有关，恶本文只秘考虑室时内外温牙差，其贿他因素易如风速拍等还可静进一步盟研究。心不同的慎充液率救对热管骑传热效茧果影响汇明显，见分别在念充液率拢为湾60盯%开，厅80律%带和蒸100知%寨条件下云的实验轨表明，耍充液率昼为碍80沾%地时，传佛热效果跨最好。假对充液士率影响较的理论另分析还禁有待研江究。孙本文参贷考了大资量相关唇文献，汇初定最珠小温差计为选3聚0棍C缺。但实苹际热管扒启动的疫最小温鸭差还需遣进行实颤验和理姜论探究抢。佣需要指矿出的是坡，对热医管诚—旨空调器受组合系事统的整塔体性能书还需进友行实验秧研究，足找出其种影响因箭素，再累配以计罗算机系筑统运行煮仿真，教以达到借对系统亩进行优呜化设计候，从而向优化运敏行赶[9]秋。遮参考文储献绝[1]炸Re约ay建DA晶.T结he爸Che滩mic拥al爹Eng侧ine呼er,皇19骨81,注36皇7:佛154稍-15急8土[2]估Mo惨kan景si.已Jo嫁urn灾al鼻of层Pow剂er,尼19搬90,猫12耻9(绘8):看73担-75灵[3]拳派陈振材乾飘,挺俘施明爽恒策.老傲热管热倦回收空秧调系统于的研究挂，建筑拴热能通奏风空调浮，财200渔0口，院4:进9-1处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