复合蒸发冷却的热管热回收系统性能研究

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随着我国国民经济快速发展,能源消耗总量大强度高,对碳达峰碳中和带来极大压力。其中建筑暖通空调系统能耗所占比重较大,暖通空调系统为工业建筑创造适宜的生产条件,也为民用建筑营造了舒适的空间,降低暖通空调系统能耗,提高系统能源使用效率,对发展资源节约型和环境友好型社会十分重要。热管热回收是一种有效的节能技术,利用管内相变工质受热蒸发,遇冷冷凝的原理,在无需动力装置的情况下,可通过工质相变回收排风冷量,达到节能的效果。但其只能回收显热,目前在空调系统中应用较少。同时,在工业建筑中,存在大量低温低湿工业排风,它们一般需经喷淋满足环保要求后才经大气排放,这些经过喷淋蒸发冷却的工业排风,温度将进一步降低;许多大型民用建筑也存在大量低温低湿排风,将这些排风进行喷淋蒸发冷却,温度也会进一步降低。将喷淋蒸发冷却后的排风与新风之间通过热管热回收,可扩大新/排风温差,提高热回收效率。本文将蒸发冷却装置和热管换热器复合组成排风热回收系统,回收排风冷量,提高热回收系统的性能,具有较好的节能减碳效果。搭建了复合蒸发冷却的热管热回收系统实验台,研究了充液率以及新风温度对复合系统热回收性能的影响。建立复合系统的数学模型,研究了不同风速、新/排风比,热管换热器管排数、横向管间距、翅片间距对复合系统热回收性能的影响,并进行了优化分析。获得以下结论:(1)复合系统的热回收性能明显优于传统热管热回收系统。额定工况下,复合系统的显热交换效率可达传统热管热回收系统显热交换效率的1.64倍,节能量为传统热管热回收系统的1.9倍。随着充液率的增加,复合系统的显热交换效率逐渐升高,在达到某一临界值后转而降低。最佳充液率范围为30%~50%。(2)复合系统和单独热管换热器的显热交换效率随着风速的升高而降低,但换热量随着风速的升高而提高,且提高速度逐渐减慢,额定工况下,风速范围宜设置在1.5m/s~2.5m/s。随着新/排风比的增大,复合系统和单独热管换热器的显热交换效率逐渐降低且降低速度逐渐减慢。额定工况下,新/排风比宜设置在1.1~1.2之间,且不宜高于1.23。(3)热管换热器的结构对复合系统的热回收性能有较大影响。额定工况下,复合系统和单独热管换热器的显热交换效率随着管排数的增加而升高,管排数以不少于6排为宜,但也不应多于8排;随着横向管间距的增大而升高,横向管间距宜设置在35mm~45mm之间;随着翅片间距的增大而降低,翅片间距不宜大于3.29mm。通过本文的研究,丰富了热管的应用场景,为工业及民用建筑空调系统热回收节能技术提供了参考。
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