热管式空调系统的节能分析.pdf

1 9 98 年 7 月第14卷第3期沈阳建筑工程学院学报Journal of Shenyang Arch.and Civ.Eng.Inst.Jul.1998Vol.14,No.3收稿日期19980313第一作者:36 岁,女,讲师,沈阳建筑工程学院城建系,沈阳,110015.热管式空调系统的节能分析敖永安谢忠奎李志新摘要介绍一种新型热管换热器在大型集中空调系统中的应用方法,并对该系统的理论和实际耗能量与一二次回风系统进行比较.关键词热管;集中空调系统;预热器;再热器中图法分类号T B494.热管是一种借助工质的相变进行热传递的换热元件,它具有许多优点:如结构紧凑、无转动部件、传热方向可逆;冷热流之间温差较小时,也能得到一定的回收效率;热管本身温降很小,几乎达到等温运行,换热效率较高.所以做为节能元件,它已广泛地用于热交换过程中.目前随着我国经济建设的发展,空调系统在我国日趋普及.伴随而来的是空调系统大量耗能这一世界性问题摆在了人们的面前.特别是大型集中空调系统的冷热抵消及节能问题更是迫在眉睫,对此,国内外有关工程人员采取了很多措施:二次回风系统、变风量系统、以及各种回热装置等等.其中包括热管换热回收器系统.但是大多只是对冬季的新风进行部分预热,对夏季二次加热量略有减少,并未完全取消预热器.本研究在工艺性空调系统中加入高效热管换热器,经分析发现,如果控制得当,在完全取消冬季新风预热器和夏季二次加热器后,本系统仍能达到与一次、二次送风完全相同的送风状态,满足室内温湿度要求.图 1热管式空调系统的流程图1热管式空调系统热管式空调系统的流程图如图 1 所示.新风在热管换热器中处理到状态点 W,进入集中空调箱,和室内回风混合后达到状态点 C.再流经表冷器,达到露点状态L.再经热管加热后,达到送风状态点 O,由风机送入室内,经热湿处理后达到室内状态点 N.热管换热器分为三段如图 2 所示.分别由两组热管组成,两端头分别由电控插板分层隔开,由温控器分别控制插板进出,从而分别调节热管的迎风面积以保证新风出口温度不变.中间段由一隔板密闭分成两部分,冬夏两季室外空气各走一边.图 2热管换热器示意图夏季,室外空气经热管换热器中间段一边(蒸发段)降温后流至空调器,由空调器处理到“露点”状态后,空气又流过装入空调器中的那部分热管换热器(冷凝段),空气升温,从而既预冷了新风,又提高了自身温度,并降低了相对湿度,使二次加热量大大减少,甚至可以不设二次加热.冬季,夏季使用的那部分热管换热器停止工作,换热器另一端开始工作.排风流经热管换热器的另一端,换热器的排风侧成为蒸发段,新风进入热管换热器中间段的另一边(冷凝段),冬季新风在此预热.2结果与分析2.1三种系统的理论比较图 3焓湿图处理方式比较在热湿比?相同,定风量、送风状态点相同,室内冬夏两季湿负荷相同条件下,对一次回风系统、二次回风系统及热管式空调系统工作状态参数及条件模拟做比较.三种系统冬夏两季,空气处理过程及节能量分别用焓(i)湿(d)图(如图 3)表示.系统流程如下(其中,a 为一次回风系统;b 为二次回风系统;c 为热管式空调系统).夏季:aNW C冷却L电加热ON;bNW C冷却LN ON;二次回风比一次回风可减少再热量 i0-iL;cNW C冷却L热管加热ON;Q冷=io-iLC=C ic=iL iL所以热管式系统冷量可以比二次及一次风系统有所减少,且与二次风系统相同,能节省再热量 io-iL.冬季:a W预热WiN C等焓加湿L二次加热ON;b W预热W1N C等焓加湿LN O加热ON;c W热管W1N C喷蒸气O加热ON;热管式系统比一次和二次回风系统节省预热量 iw1-iw.2.2三种系统热量消耗模拟比较以沈阳地区某车间为例,对一次回风、二次回风及热管式空调系统做相同条件下热量消耗的实际比较.271第 3期敖永安等:热管式空调系统的节能分析模拟条件如下.室内空气参数为tN=201,?N=60%.室外空气参数为夏季:tW X=31,?W X=78%;冬季:tWD=-23,?W D=63%计算参数:夏季QX=11.63 kW,WX=0.0014 kg/s.冬季QD=-2.3 kW,WD=0.0014 kg/s.排风量为 0.28 m3/s其中:tN,tW X,tW D分别为室内、夏季室外、冬季室外温度,;?N,?WX,?WD分别为室内、夏季室外、冬季室外相对湿度,%;?X,?D为夏季、冬季室内空调冷负荷,kw;WX,WD为夏季、冬季室内湿负荷,kg/s.三种模拟系统热量消耗比较如表 1 所示.表 1三种模拟相同热量消耗比较kW热量系统预热量(冬)再热量(夏)最大耗冷量最大加热量总耗能量一次回风5.102.1024.6720.1051.97二次回风7.20022.5720.1049.87热管式空调0022.7015.0037.70由模拟系统实际参数可见,最大耗冷量一次回风系统最多,热管式空调与二次回风系统几乎相等.最大加热量一二次回风系统相同,而热管式空调最少.就预热和再热量来看热管式空调为零,而系统的总耗能量也是热管式空调系统最低.2.3热管式空调系统的自控处理冬季,管道内用电控板调节热管的相对面积,使其在保持系统出口温度不变时随新风进口温度变化而变化.面积变化为A=B2Bt-tP式中:tP系统的排气温度,;t 新风入口温度,;BB=2cmk;c新风比热,kw/(kgK);m风新质量,kg;k热管传热系数,kw/(m2.k);热管效率.夏季,冷却处理后的空气通过热管另一端吸收室外新风的热量,从而使新风在等含湿量状态下降温、降焓;而冷却处理后的空气等含湿量吸热避免了采用二次加热器.其自控系统的处理和冬季相同,面积与新风有相同的比例关系.272沈阳建筑工程学院学报第 14卷3结论(1)热管可用于有排风的大型空调系统中,节能量有所提高,比通常使用的普通系统节能率约提高 25%30%.(2)热管换热器用于大型空调系统可减少维修.(3)热管换热器自动控制要求严格,有待进一步开发及降低成本.参考文献1赵荣义,范存养等著.空气调节.北京:中国建筑工业出版社,19942丁学贵等.大中型商场空调节能设计探析.通风除尘,1997,16(1):7103徐文政等著.热管.北京:中国机械工业出版社,1986The analysis on energy economy of heat-tube air condition systemAo Yong an(Dept.of Civ.Con.,Shenyang Arch.and Civ.Eng.Inst.,110015 China)Xie Zhongkui(Liaoning Trust Investment Company,China)ReceivedMar.13,1998AbstractThis paper introduces a method of applying a new kind of heat-tube container incentral air-conditioning system,and compares actual and theory energy consump-tion of the system with other systems.Keywordsheat-tube;cemtral air-conditioning system;preheater;reheater273第 3期敖永安等:热管式空调系统的节能分析