無塵車間內(nèi)熱管低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組應(yīng)用于空調(diào)新風(fēng)機(jī)組的效率

此文讓我們了解將熱管熱泵低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組應(yīng)用于無塵車間工程中空調(diào)新風(fēng)機(jī)組，充分利用建筑物的排風(fēng)預(yù)熱新風(fēng)，從而可以較好地提高新風(fēng)機(jī)組入口的新風(fēng)溫度，有效地延長了新風(fēng)機(jī)組在整個(gè)采暖期的運(yùn)行時(shí)間，解決熱泵機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組在嚴(yán)寒地區(qū)冬季運(yùn)行的凍損問題，保證了良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)。

1 熱管熱泵低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組原理熱泵實(shí)質(zhì)上是一種能源提升裝置，它以消耗一部分高位能（機(jī)械能、電能或高溫?zé)崮艿龋檠a(bǔ)償，通過熱力循環(huán)，把環(huán)境介質(zhì)（水、空氣、土壤）中貯存的不能直接利用的低位能量轉(zhuǎn)換為可以利用的高位能。熱管式熱交換器是一種借助工質(zhì)的相變進(jìn)行熱傳遞的換熱元件^[2]。利用建筑內(nèi)部熱量的手段稱為“熱回收”^[3]。本實(shí)驗(yàn)是通過熱管熱泵聯(lián)合運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)熱能回收。

熱管熱泵低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組工作原理如圖1所示，包括熱管 12、翅片管蒸發(fā)器 2、四通換向閥5、翅片管冷凝器 3、節(jié)流裝置 4、壓縮機(jī) 1 組合成的熱管熱泵低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組，1 與空調(diào)房間相連通的新風(fēng)系統(tǒng)XF及排風(fēng)系統(tǒng)PF，置于排風(fēng)管道PF 內(nèi)的熱管的蒸發(fā)段、翅片式蒸發(fā)器和排風(fēng)機(jī)組成排風(fēng)通道系統(tǒng)；置 2于新風(fēng)管道XF 內(nèi)的熱管的冷凝段、新風(fēng)機(jī)和翅片式冷凝器組成新風(fēng)送風(fēng)通道系統(tǒng)。在冬季，采用熱管的冷凝段對新風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱，之后通過冷凝器3對引入室內(nèi)的新風(fēng)進(jìn)行二次加熱，避免了冬季運(yùn)行時(shí)，室外寒冷空氣對傳統(tǒng)新風(fēng)機(jī)組中水加熱盤管的凍損；將建筑排風(fēng)（或預(yù)混室外空氣）作為熱管蒸發(fā)段和蒸發(fā)器2的換熱介質(zhì)，兩次回收建筑排風(fēng)熱量，實(shí)現(xiàn)熱回收作用；節(jié)約能量的同時(shí)可以提高熱管熱泵低溫?zé)?；回收機(jī)組在嚴(yán)寒地區(qū)冬季運(yùn)行的性能。該機(jī)組避免了新風(fēng)與建筑排風(fēng)交叉污染的現(xiàn)象，保證了嚴(yán)寒地區(qū)冬季建筑室內(nèi)空氣品質(zhì)。避免嚴(yán)寒地區(qū)冬季低溫凍損盤管的現(xiàn)象。與以往熱泵機(jī)組或熱管單獨(dú)運(yùn)行相比運(yùn)行效率大大提高。夏季在室外環(huán)境溫度較高的狀態(tài)下，需將室外高溫空氣處理到低溫狀態(tài)。此時(shí)，新風(fēng)通道側(cè)換熱器3為蒸發(fā)器，排風(fēng)通道側(cè)換

熱器 2 為冷凝器，電動閥 9 開啟，機(jī)組按照制冷循環(huán)運(yùn)行，該機(jī)組可以實(shí)現(xiàn)空調(diào)功能。將室外高溫空氣通過熱管的蒸發(fā)段和翅片管蒸發(fā)器3分別進(jìn)行熱交換，對室外空氣進(jìn)行冷卻處理后送入空調(diào)房間；空調(diào)房間內(nèi)的排風(fēng)通過冷凝段和翅片管冷凝器2 分別進(jìn)行熱交換，吸熱后排出室外。本裝置充分地回收室內(nèi)空氣冷量，實(shí)現(xiàn)冷量回收功能。

2 熱管熱泵低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本實(shí)驗(yàn)是在2009年―2010年冬季供暖工況下進(jìn)行的。對所測結(jié)果的分析選取整個(gè)系統(tǒng)測試期間進(jìn)行研究，分析熱管熱泵低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組的供熱工作性能，對熱管熱泵低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組在整個(gè)供熱測試期間每天的供熱工作性能并對結(jié)果進(jìn)行分析。找出熱管熱泵低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組的節(jié)能優(yōu)越性所在。2.1 測試期間系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果與分析本課題選擇在東北最冷季節(jié)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具有參考性，實(shí)驗(yàn)在理論分析的基礎(chǔ)上使熱管熱泵低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組連續(xù)運(yùn)行 20 天，并對這20 天實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，從中選出具有代表性的 12 天的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)。

2.1.1 熱管熱泵低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組運(yùn)行期間的溫度變化情況

繪制熱管熱泵低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組運(yùn)行期間溫度變化曲線圖如圖 2 所示。從圖中可以看出，系統(tǒng)運(yùn)行期間，室外溫度在-17.94℃~ -28.98℃之間變化，室外平均氣溫為-22.97℃。送風(fēng)溫度的變化范圍為 3.72℃~16.53℃，送風(fēng)平均溫度為 11.35℃。滿足新風(fēng)預(yù)熱要求，并能很好地解決冬季寒冷地區(qū)新風(fēng)機(jī)組凍裂的問題，延長在寒冷地區(qū)新風(fēng)機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間。排風(fēng)溫度的變化范圍為 -9.01℃~ -18.39℃，平均排風(fēng)溫度為 -14.71℃。大大降低了排風(fēng)溫度，有效地回收了排風(fēng)的熱量。真正起到了節(jié)能減排的目的。

2.1.2 熱管熱泵低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組運(yùn)行期間回收的熱量

熱管熱泵低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組對排風(fēng)的熱量進(jìn)行二次回收，并對新風(fēng)進(jìn)行二次預(yù)熱。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)用回收的熱量加熱新風(fēng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。圖3是系統(tǒng)運(yùn)行期間各機(jī)組的制熱量隨時(shí)間的變化情況。從圖中可以看出，熱管熱泵低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組的制熱量在2.10 kW~2.28 kW之間變化，測試期間平均制熱量為 2.20 kW。熱泵的制熱量在 1.85 kW~2.03kW 之間變化，測試之間平均制熱量為 1.95 kW。熱管的制熱量在0.23 kW~ 0.30 kW 之間變化，測試期間平均制熱量為 0.25 kW。從以上分析可以看出，此系統(tǒng)熱回收效果顯著。

2.1.3 熱管熱泵低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組運(yùn)行期間熱回收效率

熱管熱泵低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組運(yùn)行期間熱回收效率如圖 4 所示。從圖中可以看出，熱管熱泵低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組在運(yùn)行期間的熱回收效率在72%~92%之間變化，平均熱回收效率為 83%，熱回收效果顯著。進(jìn)一步說明了此設(shè)備真正起到了節(jié)能減排的目的。應(yīng)用前景較好。

2.1.4 運(yùn)行能耗及經(jīng)濟(jì)分析

依據(jù)實(shí)驗(yàn)繪制系統(tǒng)運(yùn)行期間耗電量如圖 5 所示。從圖中可以看出，采用電加熱器為新風(fēng)加熱每天平均耗電量為0.61 kWh，而采用熱管熱泵低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組預(yù)熱新風(fēng)每小時(shí)平均耗電量為 0.48kWh?？梢怨?jié)省 22% 的運(yùn)行費(fèi)用。

3 結(jié)論

本文主要論述了實(shí)驗(yàn)的研究原理及根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，總結(jié)出了熱管熱泵低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組的運(yùn)行特征和實(shí)際運(yùn)行效果。通過計(jì)算及分析得出：

1）熱管熱泵低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組運(yùn)行期間，當(dāng)室外溫度在-17.94℃~ -28.98℃之間變化，平均氣溫為 -22.97℃。通過此機(jī)組可使送風(fēng)溫度控制在3.72℃~16.53℃之間，平均送風(fēng)溫度為 11.35℃，滿足新風(fēng)預(yù)熱要求，并能很好地解決冬季寒冷地區(qū)新風(fēng)機(jī)組凍裂的問題，延長在寒冷地區(qū)新風(fēng)機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間。通過此機(jī)組排風(fēng)溫度的變化范圍為-9.01℃~ -18.39℃，平均排風(fēng)溫度為-14.71℃。大大降低了排風(fēng)溫度，有效地回收了排風(fēng)的熱量。真正起到了節(jié)能減排的目的。

2 ）熱管熱泵低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組的制熱量在2.10 kW~2.28 kW 之間變化，測試期間平均制熱量為 2.20 kW。從以上數(shù)據(jù)可以看出，此系統(tǒng)熱回收效果顯著。

3）采用熱管熱泵低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組預(yù)熱新風(fēng)每天平均耗電量僅為 0.48 kWh。如采用常規(guī)的電加熱器為新風(fēng)加熱，每天平均耗電量為 0.61 kWh。進(jìn)而可以節(jié)省 22% 的運(yùn)行費(fèi)用。

4）熱管熱泵低溫?zé)崮芑厥諜C(jī)組在運(yùn)行期間的熱回收效率在 72%~92% 之間，平均熱回收效率可達(dá) 83%，熱回收效果顯著。進(jìn)一步說明了此設(shè)備較好地實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目標(biāo)，具有較好的應(yīng)用前景。