分离式热管技术在空调末端设备中的应用

　　热管是1964年前后才付诸应用的具有高热传输性能的元件,它集沸腾与凝结于一身[1]。分离式热管的蒸发段和冷凝段可以相互独立,其工作原理是:首先热流体在蒸发段受热上升,经气导管在冷凝段放热冷凝,冷凝液靠重力经液导管回流到蒸发段[2]。

　　分离式热管的理论和工程应用研究已经取得了一些成果。马家驹等[3]研制出了分离式热管余热利用系统用于环形炉的余热回收;陈振乾等[4]对热管用于一次回风空调的能量回收进行了研究;鱼剑琳等[5]提出通过在空调器上加重力式热管换热器来降低蒸发器进风温度,同时可使除湿量显著增加,而制冷量和耗功率基本不变,并且空调器的出风温度和相对湿度适中,增加了舒适感。Mathur G. D.[6]在制冷量为17.6kW的空调系统中安装了热管换热器,使新风在进入冷却盘管之前被预冷,从而可在冷却盘管中增加除湿量(0.134kg/min),同时可减少操作费用和高峰负荷。美国HPT公司拥有热管除湿技术的多项专利,该公司生产的DHP系列热管除湿机采用分离式热管技术;加拿大Innergy公司生产的Ther-mogain热管换热器,主要应用于空调的热回收及除湿方面等;英国SPC公司设计的热管除湿机不仅技术成熟,而且还配有专门的选型软件。

　　在潮湿地区,空调总热负荷中潜热负荷所占比例较大,单靠空调器的表冷器进行除湿往往达不到预期的效果,或者当湿度处理到一定程度时,温度又相对过低,此时需要对空气进行再热。考虑到分离式热管的蒸发器和冷凝器可以分开布置,因此空调所需的部分预冷量和再热量可以由热管来承担。笔者设计热管辅助除湿系统(见图1),对潮湿空气进行有效的辅助除湿处理。

　　1 热管辅助除湿系统

　　1.1 工作原理

　　室外新风经过热管蒸发器时,热管内的制冷剂吸热蒸发将新风预冷至一定的温度,经表冷器时新风被再次降温并除去一定的湿量,低温空气经过热管冷凝器时,热管内制冷剂冷凝放热,将空气再热到一定的温度,进而可使除湿量显著增加。整个过程中热管起到了辅助除湿的作用,使得总能耗量和高峰负荷减少,空调器的送风温湿度适宜,从而达到舒适性要求。

　　传统的恒温恒湿空调机组直接利用表冷器和再热装置处理空调送风(图1中1y3y5),增加热管辅助设备后,空气的处理过程为1y2y3y4y5,这不仅可以节省空调表冷器的冷量而且可以减少再热装置的再热量。在相同的空调表冷器的作用下,添加分离式热管设备可以增大除湿效果。将传统的恒温恒湿空调机组和热管辅助除湿系统的空气处理过程在焓湿图上表示出来,如图2所示。

　　1.2 系统热平衡分析