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热虹吸管热回收装置传热特性及应用研究

刘挺  
【摘要】:空调系统排风能量回收装置中,热虹吸管热回收装置具有优良的特性,即:高效节能;排风与新风不接触,杜绝交叉污染;成本低,无运动部件,可靠性高;安装位置灵活,不需要附属设施。将其应用在不允许新风与排风交叉污染或者通风量要求高的场所回收余热,像医院、商场、游泳馆等,具有良好的应用前景。本论文研究适合空调系统热回收的高效近室温热管技术。通过理论分析和试验研究,分析了热虹吸管与热虹吸管换热器的传热特性,并对其结构参数进行了优化;模拟计算了热虹吸管新型工质的传热物性及性能;研究了热虹吸管热回收机组的适宜工作模式和全年运行效益。主要包括以下四个方面: (1)对热虹吸管及其换热器的传热特性进行了分析,并建立了热虹吸管的热阻模型,研究了热虹吸管几何结构、充液率、倾角对热虹吸管传热性能的影响;对热虹吸管换热器采用离散模型模拟计算了其传热过程,研究了新风温度、迎面风速与热虹吸管的充液率、倾角、管排数对热虹吸管换热器传热性能的影响。同时分别进行了热虹吸管及其换热器的传热性能试验,与模拟结果进行了比较,得到了针对空调系统近室温工况热虹吸管换热器的相应尺寸及适宜的充液率、倾角、管排数和迎面风速等参数。 (2)提出了热虹吸管工质选择原则,在此基础上根据优势互补原则优选出有机低沸点二元混合工质和三元混合工质的配比方案。模拟计算了不同混合工质热虹吸管换热器的传热性能,结果发现二元混合工质R32/R245fa(5/5)和三元混合工质R32/R290/R245fa(3/5/2)的热虹吸管换热器,其传热系数和温度效率较为理想。 (3)研制出热虹吸管热回收机组样机,通过监测样机在实际应用环境下的运行状况,研究样机与工作环境的动态匹配特性,寻找工况变化时换热器保持高效运行的最佳倾斜状态,最后总结出机组运行的适宜工作模式。设计了以PLC控制器为核心的机组倾斜角度调节机构的控制系统,实现了机组跟随工作环境变化、自动调节其倾斜状态,达到与运行环境工况的动态匹配、自动化高效运行。 (4)参照评价空调器运行性能的季节能效比评价方法,考虑热回收机组全年运行工况下换热性能的变化,提出了热回收机组的季节温度效率评价方法,它可以更准确地描述热回收机组在冬、夏季节工况变化下运行的换热性能以及回收效益。利用该评价方法分析了机组的实际运行效益,结果表明:热虹吸管热回收机组样机在商场空调系统回收排风能量,全年运行的冬季季节温度效率为66.08%,夏季季节温度效率为55.43%;投资回收年限在两年半左右。


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