铝-氨热管换热器用于空调排风余热回收的研究

　　在空调系统设计中,有时为了节能使得新风量不足,导致室内空气品质下降,引起所谓的病态建筑物综合征,表现为头痛、疲劳、胸闷等不适症状。在节能与室内空气品质发生矛盾时,在保障人体健康的基础上如何节约能源,一直是国内外学者孜孜不倦研究的课题[1]。根据卫生要求,很多场合需要设置通风系统,由于室内外温差大,冬季新风加热量较大,同时排风中带有大量可利用的热量。如果设置热回收装置,对室外的冷空气进行预热,在正常工作的前提下,可以节省送风总加热量能耗的35%~40%[2]。因此,通过余热回收系统,使新风与排风进行能量的交换,将排风所带的热(冷)量尽可能多地传递给新风,减少对新风的加热量或制冷量,是节约能源的有效措施。

　　热管换热器用于空调排风的余冷(热)回收,具有结构简单,耗材少,新排风之间无交叉污染,换热效率高,压力损失小以及动力消耗少等优点,能较大限度地回收利用低品位余热[3]。近年来,热管换热技术在建筑节能方面的研究可谓方兴未艾,可以预期其推广应用将成必然之势[4-8]。笔者对冬季工况下的热管换热器余热回收性能进行实验研究。

　　1 实验方案

　　应用于空调系统的热管换热器的热管工作温度范围为-20~40e,属于低温热管。空调用低温热管多采用氨作为工质,管材多采用铜、铝原料。本实验空调系统的条件为:室外空气温度控制在2~15e,室内空气温度恒定为18e,风速控制在1~4m /s的范围内。为此,本研究根据热管换热器设计方法和优化算法[9],从选材的经济性、质量及环保等角度考虑,应用于空调系统的热管换热器选用铝-氨热管,具体设计参数见表1,外形结构见图1。从生产工艺及成本方面考虑,本研究的热管换热器的热管采用两相闭式热虹吸管。

　　实验系统如图2所示,主要由铝-氨热管换热器、热风生成装置、冷风生成装置、变频风机、数据测试和采集系统等部分组成。笔者研究冬季工况下热管换热器的热回收性能。测量的主要参数有换热器进出口空气温度、流速及换热器压降。

　　2 实验结果与分析

　　2. 1 新风温升$tFr及排风温降$tEx的影响因素

　　图3所示为不同风速下(新风与排风风速相等),新风温升$tFr随室内外新排风最大温差$tmax的变化曲线。由图可以看出,当风速保持不变时,随着室内外温差进一步变大,新风温升随之增加。这是由于温差增加,换热量也会增加,因此新风温升增加。也就是说,相对于换热前,为了达到室内工况,处理新风所需要的加热量变小,空调耗能减少,节能效果明显。另外,当新排风温差不变时,新风温升$tFr随着风速降低而增加。这是因为随着风速降低,空气在通风换热器中的流动变慢,使冷热气流进行更加充分能量交换,新风温升上升。