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上海新浩佳新节能科技有限公司

浅谈热管技术在空调设备中的应用
 核心提示:热管是一种高效传热元件,可由多个热管元件组成一个热管换热器,根据热管两端吸热和放热的特点,组成直流系统中的热管送排风节能机组,以达到能量回收节约能源的目的。

  一、热管技术的发展

  长期以来,人们为了强化换热,特别是对流换热,进行了大量的研究工作,并取得了一些丰富的成果,但长期以来并没有明显突破,导致人们研究导热过程的强化技术,已成为当前一项重要任务。一般认为导热过程决定于材料的特性,强化传热只要在工程中选用导热系数高的材料就可以了。其实不然,特别在宇航换热领域中,即使选用导热系数高的铜或银,也仍然不能解决和满足宇航技术的要求。1964年美国在宇宙飞船首先使用了最新的强化传热技术,并解决了宇宙飞船的传热要求,当时把这种新的传热技术的传热元件定名为热管。

  热管是一种高效热元件。它的出现是传热技术中一个突破的发展,很快受到了研究传热技术部门的重视。在一段时间内,国际上对热管吸芯结构、热管寿命、热管的最佳设计、新的热管种类、热管控制和热管在应用领域技术等,展开了大量的理论研究和实际应用工作,这时许多国家也相继掀起了热管技术的研究热潮。我们国家也就是在这种热潮的推动下,1978年前后,才将热管技术有了一定的发展。

  二、热管的基本原理

  热管是由管内腔具有一定真空度,管内按不同使用温度,充填一定比例的不同工质组成一个密闭单体,称做热管元件。热管换热器是由多个热管元件组成,在工程使用过程中,根据不同使用条件,选择和设计不同规格、不同温度等级的热管换热设备。

  热管元件基本可分为三段,即热端也叫蒸发端、冷端也叫凝结端、绝热段也叫传输段。热管的一端为热端,当热能通过热端,从外热源经管壁传给管内工作流体即工质,工质受热由液态变为汽态蒸发吸热,流体由蒸发汽态流向冷端,流体在此凝结成液态,并将凝结热传给外界冷源,这时在管内的液态靠自重又流回热端,这样周而复始的循环,完成热交换的目的,人们根据热管的这一特性在不同的工程中可以组成不同的换热设备,以满足不同工程的需要。

  三、热管在送排风机组中的应用

  根据国家的能源方针,结合我国当前市场形势和用户的要求,利用热管技术,开发研制热管节能机组,用于回收热能、排除余温的直流系统机组是非常必要的。它是利用排风和送风的温差,采用低温热管为换热原件,经过潜热交换,提高送风温度,从而达到能量回收的目的。排风机把含有热温的室内空气,经过热管的热端排出室外,同时送风机将室外的低温空气,通过过滤经热管的冷端送入被调房间。这时热管元件的冷端管内的工质吸收排风中的热量后汽化上升,通过新风汽化换热,管内工质由汽态变为液态,自然回流热管的冷端,使室内排出空气的热量回收,从而使新风加热送入被调房间,最终达到节能换热的目的。

  四、热管在送排风机组的结构及应用效果

  实际证明,热管元件具有较高的导热能力,而且结构紧凑,简单可靠,操作方便等特点,因此,给热管技术的推广应用提供了方便条件。

  随着能源的日益紧张和能源成本的不断提高,人们对新型高效的换热设备和热回收设备日趋紧迫,因此,开发热管技术的应用,研制热管节能设备也是节约能源的一项重要措施。热管节能设备的产品结构如下图所示:

 

 

  该产品是利用排风和送风之间的温差,采用低温热管为换热元件,经潜热效交换,提高送风温度,从而满足使用要求,达到节能目的。

  如上图所示,当室内空气通过排风机,将室内空气经由热管换热器2的热管热端排出室外,这时热管热端管内工质蒸发(吸热)自然流向热管的冷端,使室内排出空气的热量回收。当室外新风,通过送风机5,将室外新风经由热管的冷端,这时冷端管内工质由汽态凝结为液态(放热),自然回流到热管的热端,从而使新风加热,再经加热器4,进行二次加热,送入被调房间,最终达到换热节能的目的。

  室内排风经过热管换热后温度由T3T4,其中空气中的水汽过滤凝结放出潜热,与此同时室外新风温度由T1升至T2室内排风中的热量被回收,室外新风经等湿加热,可以吸收大量的湿,从而除低了室内的相对湿度。新风吸收这部分潜热,提高送风温度,又降低加热段的热负荷,达到了节能除温的目的。

  该机组的关键技术问题,在于如何处理和解决热管在冬季运行中,热管冷端的结霜问题。如果在冬季运行过程中,一旦发现热管冷端出现结霜现象时,这时可打开调节阀来调节新风通过热管冷端的比例,使室外冷空气直接经过加热器,将新风加热到预定温度,送到室内,从而减少冷负荷,并达到除霜的目的。

  根据有关标准规定,热管换热器,潜热交换率为60%,据不完全统计,以单台每小时处理风量为3万立方米的热管送排风机组为例,每年可节约0.4mpa蒸汽800900,折合人民币10万元。另外,由于该机组在冬季运行可达到除雾去湿的目的,从而避免了车间围护结构的损坏,每年可节省车间修复费用10万~20万元,同时为车间生产创造了一个良好的生产环境,保证了产品质量并改善了工人的工作条件,有益人身健康。