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空调用热管换热器性能研究点击：2017 日期：[ 2014-04-26 21:08:24 ] |
| 空调用热管换热器性能研究 林海佳 赵鹏 肖洪海 马亚国 吴凡 （珠海格力电器股份有限公司珠海519070） 摘要：本文研究了以R22作为工作液体的热管换热器在不同空调工况下的运行性能，发现在强制对流换热状态下，热管换热器EER值较高，换热效果理想。实验结果表明热管换热器将在空调节能领域发挥重要作用。 关键词：空调；热管换热器；R22；节能 1·引言 在建筑耗能中，空调系统耗能所占比重较大。如何降低空调系统耗能，提高其运行效率已引起业内人士广泛关注。热管换热器（如图1所示）具有换热效率高、节能效果好、结构简单、制造方便等优点[1，2]，有研究表明，在大型空调系统中，热管的使用将使其比普通空调系统节能25%～30%左右[3]，因此，在空调系统中采用热管换热器是一种有效的节能方法。本文主要工作就是研究热管换热器在空调工况下的工作性能。热管换热器有多种结构形式，本文的研究对象是分离式气—气热管换热器。 分离式热管换热器的主要优点表现在以下几个方面[1，2，4]： 1）可以在热管换热系统里面设置两个或两个以上的冷凝器，即一套系统可以同时预热两种或两种以上的流体。 2）热管换热器换热过程为二次间壁换热，冷热流体不会发生交汇现象，从而有效保证了室内空气的品质。 3）热管换热器可以远距离加热流体，因此加热燃爆性较强的流体相对来说便比较安全，在用于空调系统时，可避免安装过长的风道。 2·实验对象及实验方案 实验对象为分离式热管换热器（系统），主要有四部分组成：蒸发器、冷凝器、四台轴流风机（具体形式如图2、图3）、气体上升总管和液体下降总管。两器的具体形式为沿气体流动方向为4排铜管，垂直于空气流动方向为26根铜管，单根铜管的长度为1.2m，直径为9.52mm，通过胀管与铝质翅片结合在一起。气体上升总管和液体下降总管材质均为紫铜管。热管蒸发段安装视液管用于调整冲灌量观察液位变化对换热性能的影响。 主要基于以下三个因素考虑，工作液体选用常规制冷剂R22：1）有色金属能易与有机工作液体相容[5]；2）使用R22作为工作液体的分离式热管换热器具有良好的启动性能[6]；3）R22目前在空调企业容易获得。 实验测试在焓差法实验台进行，主要测试参数为：热管换热器蒸发段侧的风量、热管换热器蒸发段各支路温度、热管换热器冷凝段各支路温度、气体上升总管压力、液体下降总管压力。 测温工具选用热稳定性好的铜-康铜热电偶。压力测量采用电容式压力传感器。 实验方案：1）保持冷凝侧温度为15℃，在25～40℃范围内调整蒸发侧温度，每隔5℃设立一个试验工况，测试不同温差对热管换热器性能的影响；2）保持蒸发侧温度为27℃，在-20℃～10℃范围内调整冷凝侧温度，每隔5℃设定一个试验工况，同时调整冷凝器风扇运行数量，测试热管换热器运行性能情况。3）改变充灌量，观察不同充灌量下的热管换热器性能变化趋势。 3·实验结果分析 从图4可知，冷凝侧和蒸发侧温差越大，热管换热器的换热量越大，在此试验中，耗功装置为四台风机，在四个工况下，风机的耗功基本相等，因此EER也随两侧温差增大而增大。 从图5看出，在一定温差范围内，冷凝侧开单、双风机时，热管换热器的制冷量随冷凝侧和蒸发侧温差增大而增大，但是当冷凝侧温度低于-10℃时，热管换热器的制冷量急剧下降，这是因为蒸发端出现结霜现象，结霜部分热阻增大，同时迎风面积减小，掠过蒸发端铜管及翅片的风量也随之下降，换热情况恶化。通过调整热管冷凝段风量，改为开单风机时，制冷量因冷凝侧和蒸发侧温差的增大而增大，在试验温差较大时，出现凝露，但对冷量衰减影响有限。图6所示两种状态下的EER变化趋势与制冷量变化趋势基本相同，但在温差较小的几个工况下，开双风机虽然使耗功增加，但带来的制冷效益较理想。在按试验方案2测试时，发现在开双风机结霜的工况下，开单风机时，蒸发端结霜现象不明显，停止风机运行，无结霜现象，但冷凝段的换热变为自然对流换热，换热系数下降，制冷效果不佳。因此需对冷凝侧风机运行进行合理控制，在规避结霜现象的同时，获得理想的制冷效果。 图7所示为冷凝侧单开风机时不同充灌量下的热管换热器的性能变化情况，该热管换热器充灌量在11kg且冷凝侧与蒸发侧温差较小时，制冷量较充灌量为10kg的大，当温差增大时，制冷量因结霜而减小，而充灌量为10kg的热管换热器运行情况相对较好。因此在温差较大且冷凝侧温度较低工况下工作的热管换热器的灌注量与其它工况下的要有所区别。在不同工况下，热管换热器主要能耗来自三台轴流风机，相差不大，所以EER的变化趋势与制冷量变化趋势基本一致，在此不再列图叙述。本实验没有专门测试噪音值，但是热管空调器因没有压缩机，噪音值较装有压缩机的空调系统小。 4·结论 空调用热管换热器可以用在室外温度低于室内温度，但为保证室内空气品质，不能将室外空气直接引入室内的场所，如一些对空气质量要求较高的基站中。从实验结果可以知道热管换热器是一种高效换热装置，不仅节能效果好，而且能够避免室内外空气混合而将室内余热排走，有力保证室内侧空气质量。同时，在热管换热器中，风机是主要噪声源，相对于传统有压缩机和风机的空调器来说，噪音值极大降低。热管换热器高效换热的优点，无论设计为末端换热设备或小温差传热机构，都将在空调节能领域起到重要作用，应用前景广阔。 参考文献 [1]庄骏，徐通明，石寿椿．热管与热管换热器[M]．上海：上海交通大学出版社，1989． [2]张红，杨峻，庄骏．热管节能技术[M]．北京：化学工业出版社，2009． [3]敖永安，谢忠奎，李志新．热管式空调系统的节能分析[J]．沈阳建筑工程学院学报，1998，14（3）：270-273． [4]YU，Z，T，HU，Y，C，Cen，K，F．Optimal design of theseparate type heat pipe heat exchanger[J]．Journal of ZhejiangUniversity，2005，6A (Suppl．I)：23-28． [5]高鹏．新型高效热管式空调系统节能装置研究[D]．上海海事大学硕士学位论文，2006． [6]王一平，邓林，朱丽，等．铜-R22分离式热管传热特性的试验研究[J]．节能技术，2007，25（3）：236-237． 作者简介：林海佳（1978—），男，工程师，主要研究商用空调、换热设备。 |
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