薛連政 馬國(guó)遠(yuǎn) 周 峰 晏祥慧 姜明健

帶熱管的板式空氣-空氣換熱器工作特性實(shí)驗(yàn)研究

薛連政 馬國(guó)遠(yuǎn) 周 峰 晏祥慧 姜明健

（北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院 北京 100124）

提出一種用于能量回收的帶熱管的板式空氣-空氣換熱器，換熱器芯體內(nèi)部縱向排列12根相互獨(dú)立的環(huán)路熱管，板間L型密封將換熱器分為內(nèi)、外兩個(gè)循環(huán)，2臺(tái)離心風(fēng)機(jī)組織室內(nèi)外空氣通過(guò)通道層間的波紋板進(jìn)行逆向C形流動(dòng)換熱。搭建了換熱器性能測(cè)試平臺(tái)，針對(duì)冬季工況和夏季工況，對(duì)換熱器的溫度效率、換熱量與能效比進(jìn)行了研究，進(jìn)一步分析了2種不同工質(zhì)的熱管對(duì)換熱器性能的影響。結(jié)果表明：冬季工況和夏季工況換熱器的換熱量、EER隨室內(nèi)外溫差的增大而增大，冬季工況最高溫度效率達(dá)到62%，夏季工況最高溫度效率達(dá)到70%，當(dāng)環(huán)路熱管內(nèi)工質(zhì)為R32時(shí)，對(duì)換熱器在冬、夏季工況的換熱性能均有提升。分析計(jì)算了哈爾濱、北京、上海、廣州四座典型城市使用該換熱器全年EER分別為12.72、7.70、5.75、3.67。

能量回收；板式空氣-空氣換熱器；熱管

0 引言

近年來(lái)，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)，能源形勢(shì)也隨之日益嚴(yán)峻，其中以制冷空調(diào)行業(yè)發(fā)展所帶來(lái)的能源消耗最大，并且隨之而來(lái)的還有一系列環(huán)境問(wèn)題。隨著全球氣候不斷變暖，世界各國(guó)越來(lái)越重視節(jié)能減排工作[1]。而熱回收技術(shù)對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)具有重要意義。目前用于公共建筑空調(diào)系統(tǒng)能量回收的裝置種類(lèi)較多，可分為2大類(lèi)，即全熱換熱器和顯熱換熱器[2]。常用的顯熱換熱器有板式換熱器和熱管式換熱器[3]。傳統(tǒng)的板（翅）式能量回收裝置無(wú)傳動(dòng)設(shè)備和耗能部件，但新風(fēng)與排風(fēng)之間存在濕交換，裝置有交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)，不宜在醫(yī)院、生物潔凈室等場(chǎng)合使用。整體熱管式能量回收裝置無(wú)需外加動(dòng)力，耗能低，新風(fēng)與排風(fēng)不直接接觸，沒(méi)有交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)[4]。Nasif[5]等在平板上添加一種多孔膜制成全熱板翅式能量回收裝置，對(duì)其溫度效率和焓效率分別測(cè)量計(jì)算，發(fā)現(xiàn)多孔膜可有效提高換熱器性能。Min和Su[6]提出一種數(shù)學(xué)模型來(lái)研究全熱板翅式能量回收裝置的換熱量和溫度效率，裝置的換熱量隨板間距的增加先增加后減小，焓效率隨著風(fēng)機(jī)功率增加而降低。Lu[7]等以塑料為平板材料在不同的風(fēng)速條件下對(duì)溫度效率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和理論研究，風(fēng)速提高對(duì)溫度效率不利。嚴(yán)衛(wèi)東[8]等提出一種新型轉(zhuǎn)輪全熱回收新風(fēng)機(jī)組,利用恒溫恒濕小室,改變室內(nèi)排風(fēng)參數(shù),測(cè)試夏季工況下該機(jī)組的冷回收性能。吳曉非[9]通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，可通過(guò)室內(nèi)外空氣溫差、濕度差和風(fēng)量來(lái)計(jì)算全熱板翅式能量回收裝置實(shí)時(shí)的溫度效率和焓效率。張海泉[10]通過(guò)實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算得到了板式換熱器熱工與阻力性能的計(jì)算方法。EI-Baky和Mohamed[11]將整體熱管式能量回收裝置用于空調(diào)系統(tǒng)排風(fēng)能量回收，裝置的溫度效率隨室內(nèi)外溫差增大而增大，當(dāng)室外新風(fēng)溫度為40℃，排風(fēng)溫度為26℃時(shí)，溫度效率為48%。Yat[12]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了進(jìn)口空氣干球溫度、相對(duì)濕度和風(fēng)速對(duì)一個(gè)8排熱重力熱管換熱器換熱效率的影響。張保棟[13]通過(guò)理論計(jì)算得到了熱管換熱器最佳冷熱段長(zhǎng)度比的通用公式。姚壽廣[14]等對(duì)一種具有并聯(lián)熱管組結(jié)構(gòu)的新型平板式熱管散熱冷板的內(nèi)部運(yùn)行機(jī)理進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析并預(yù)測(cè)了加熱冷卻條件對(duì)該平板式熱管運(yùn)行性能的影響。孫世梅、張紅[15]根據(jù)熱管換熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及傳熱特性，建立了熱管換熱器殼程流動(dòng)與傳熱的三維物理模型。周峰[16]研究了新風(fēng)溫度、充注率、傾斜角度、管排數(shù)和迎面風(fēng)速等參數(shù)對(duì)整體熱管式能量回收系統(tǒng)性能的影響。磊波[17]等通過(guò)典型鐵路客站公共區(qū)域的模擬計(jì)算，表明實(shí)際最優(yōu)熱回收風(fēng)量是在理論最優(yōu)熱回收風(fēng)量區(qū)間內(nèi)，得到其熱回收的潛力。

目前，板（翅）式換熱器作為應(yīng)用最為廣泛的換熱器之一，國(guó)內(nèi)外對(duì)其進(jìn)行了大量的研究，但板（翅）式換熱器仍有一些不足需要改善，例如，換熱芯體通道間距大造成其體積大，換熱芯體流道結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材質(zhì)可靠性差造成了不易清洗、易破損等問(wèn)題。針對(duì)以上問(wèn)題，本文在常規(guī)翅片管換熱器的基礎(chǔ)上，將其設(shè)計(jì)為具有新型流道結(jié)構(gòu)的可用于能量回收的空氣-空氣換熱器，具有質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，換熱效果好，可靠性高的特點(diǎn)。并且將內(nèi)部的穿管有效利用，制成環(huán)路熱管，作為進(jìn)一步提高板式換熱器性能的方法。搭建了換熱器性能測(cè)試平臺(tái)，在不同室內(nèi)外溫差條件下，對(duì)換熱器的溫度效率、換熱量與能效比進(jìn)行了研究，并進(jìn)一步分析了2種不同工質(zhì)的熱管對(duì)換熱器性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)裝置及工作原理

圖1 板式換熱器芯體外部結(jié)構(gòu)示意圖

表1 板式換熱器芯體幾何參數(shù)

圖2 空氣內(nèi)外循環(huán)示意圖

板式熱管換熱器的換熱芯體結(jié)構(gòu)如圖1所示，此換熱器由鋁制波紋翅片在12根相互獨(dú)立的封閉環(huán)路熱管基礎(chǔ)上穿片而成。換熱器芯體環(huán)路熱管的蒸發(fā)段與冷凝段具有一定的高度差。芯體翅片間的垂直及水平密封形成L型密封，內(nèi)、外循環(huán)側(cè)的L型密封呈中心對(duì)稱(chēng)，且在各自循環(huán)側(cè)均為相間排列。芯體翅片間垂直方向的密封將換熱器分為內(nèi)循環(huán)側(cè)與外循環(huán)側(cè)，水平方向的翅片密封控制內(nèi)外循環(huán)側(cè)的氣流流向。該新型板式換熱器板片薄，通道間距窄，整體結(jié)構(gòu)質(zhì)輕緊湊，換熱器芯體結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1。當(dāng)換熱器的內(nèi)循環(huán)側(cè)與外循環(huán)側(cè)存在溫差時(shí)，可由2臺(tái)額定功率均為0.14kW的離心風(fēng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)內(nèi)循環(huán)氣流與外循環(huán)氣流通過(guò)其間的鋁翅片進(jìn)行熱量交換，圖2為內(nèi)外循環(huán)不同通道間空氣換熱示意圖。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程與方法

本實(shí)驗(yàn)在焓差室中進(jìn)行，利用焓差室控制室內(nèi)外環(huán)境溫度并監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)溫濕度數(shù)值,圖3為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，焓差室的室內(nèi)外測(cè)試間分別模擬室內(nèi)外環(huán)境。冬季工況為室內(nèi)溫度20℃恒定不變，室外溫度取-20℃～15℃，并以5℃為間隔作為實(shí)驗(yàn)溫度進(jìn)行測(cè)試。夏季工況為室內(nèi)溫度27℃恒定不變，室外溫度分別取31℃、34℃、37℃、40℃作為實(shí)驗(yàn)溫度進(jìn)行測(cè)試。換熱器內(nèi)循環(huán)側(cè)與外循環(huán)側(cè)分別置于焓差室的室內(nèi)側(cè)與室外側(cè)，并控制環(huán)路熱管蒸發(fā)段與冷凝段在室內(nèi)外側(cè)的位置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。首先，熱管未充注工質(zhì)，研究換熱器換熱性能，本文通過(guò)溫度效率、換熱量、能效比EER三個(gè)指標(biāo)對(duì)換熱器進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。為進(jìn)一步探究熱管對(duì)換熱器性能的影響，將熱管充注工質(zhì)R32、R134a兩種情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究與分析。

試驗(yàn)中采用風(fēng)速儀分別對(duì)換熱器內(nèi)外循環(huán)的風(fēng)機(jī)出口均分5個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，得到風(fēng)機(jī)高速檔的風(fēng)量分別為630m3/h。在換熱器的內(nèi)循環(huán)面的矩形風(fēng)口及風(fēng)機(jī)出口各均勻布置5個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，并取其測(cè)量值的平均值作為溫度值，同理，外循環(huán)側(cè)采用同樣方法進(jìn)行測(cè)量。使用的儀器主要參數(shù)列于表2中。

圖3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

表2 使用的儀表主要參數(shù)

本文通過(guò)溫度效率、換熱量、能效比EER三個(gè)指標(biāo)對(duì)換熱器進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。計(jì)算換熱量時(shí)需要直接測(cè)量的量有內(nèi)循環(huán)側(cè)進(jìn)風(fēng)溫度及內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)的出風(fēng)溫度與風(fēng)量，分別可由溫度傳感器和風(fēng)速儀測(cè)量并計(jì)算得出。計(jì)算EER所需知的輸入功率，由功率計(jì)直接測(cè)量并存儲(chǔ)。本文溫度效率、換熱量、能效比EER按下面式子計(jì)算。

（1）溫度效率的計(jì)算公式為：

式中：為冬季溫度效率；為夏季溫度效率；為室內(nèi)進(jìn)口處空氣干球溫度，℃；為室內(nèi)出口處空氣干球溫度，℃；為室外進(jìn)口處空氣干球溫度，℃。

（2）換熱量的計(jì)算公式為：

式中：Q為冬季單位時(shí)間換熱量，kW；Q為夏季單位時(shí)間換熱量，kW；為空氣的定壓比熱，kJ(/kg·℃)；為空氣密度，kg/m3；為室內(nèi)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，m3/h。

（3）能效比EER的計(jì)算公式為：

式中：為換熱量，kW；為室內(nèi)風(fēng)機(jī)功率，kW；為室外風(fēng)機(jī)功率，kW。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 冬季工況結(jié)果與討論

圖4給出冬季工況換熱器環(huán)路熱管充注R32、R134a與空管的換熱性能對(duì)比情況。由圖4（a）可看出，當(dāng)室內(nèi)外溫差（Δ）小于8℃時(shí)，溫度效率（η）隨室內(nèi)外溫差的增加而迅速增大，即Δ在5～8℃范圍內(nèi)，R32、R134a、空管的溫度效率增幅均為10%左右，由于翅片兩側(cè)換熱的內(nèi)外循環(huán)氣流為逆向C型流動(dòng)，小溫差傳熱下內(nèi)側(cè)循環(huán)氣流與相鄰?fù)ǖ纼?nèi)的外側(cè)循環(huán)氣流間的傳熱鋁片面積并未完全利用，且小溫差下熱管環(huán)路運(yùn)行不良，換熱器溫度效率受熱管環(huán)路影響較小，使得溫度效率與溫差成近似線性關(guān)系。當(dāng)Δ>8℃時(shí)，溫度效率增幅明顯減小，且Δ>15℃時(shí)，溫度效率基本不變，原因在于Δ介于8～15℃時(shí)，內(nèi)外循環(huán)氣流能夠較為充分的利用其間的波紋板片面積進(jìn)行傳熱，R32、R134a、空管的溫度效率增幅均為4%左右，但是當(dāng)Δ>15℃時(shí)，內(nèi)外循環(huán)其間的波紋片換熱面積不足，即使增大室內(nèi)外溫差其溫度效率增幅較小。從圖4（a）可知，熱管環(huán)路充注R32使換熱器溫度效率較空管提高約2%，，說(shuō)明此時(shí)環(huán)路熱管可提高換熱器溫度效率，當(dāng)Δ>18℃時(shí)，η達(dá)到了60%，而熱管環(huán)路充注R134a其溫度效率介于R32與空管之間。

圖4（b）為換熱器換熱量隨室內(nèi)外溫差的變化情況，可知換熱量與室內(nèi)外溫差近似線性相關(guān)，換熱量幾乎不受其他因素影響，這是由于溫度效率幾乎不隨室內(nèi)外溫差的變化而變化，只有Δ<8℃時(shí)，η受Δ影響較大。環(huán)路熱管對(duì)換熱器溫度效率的提升約為2%，所以圖4（b）中，R32較空管的換熱量也提升2%。圖4（c）為換熱器EER隨室內(nèi)外溫差的變化情況，總功率大小不受室內(nèi)外溫差的影響，所以EER曲線與換熱量曲線近似，也可知EER主要與室內(nèi)外溫差相關(guān)，R32能夠改善換熱器的換熱性能。

（a）換熱器溫度效率隨室內(nèi)外溫差的變化情況

（b）換熱器換熱量隨室內(nèi)外溫差的變化情況

（c）換熱器EER隨室內(nèi)外溫差的變化情況

3.2 夏季工況結(jié)果與討論

圖5顯示了換熱器夏季工況換熱器熱管充注R32、R134a與空管的換熱特性。由圖5（a）可知夏季工況溫度效率整體高于冬季工況。但溫度效率（η）隨室內(nèi)外溫差（Δ）的增加而降低，且在小溫差（Δ為4～8℃）時(shí)的降幅大于大溫差（Δ>8℃），造成這種情況的原因?yàn)閮?nèi)循環(huán)通道內(nèi)的主流風(fēng)速向下，小溫差傳熱使得貼近波紋板傳熱的空氣層所獲得的浮升力較小，相反在大溫差時(shí)貼近換熱面的空氣層浮升力較大，不利于來(lái)流空氣與波紋片換熱，致使溫度效率隨室內(nèi)外溫差的增加而有下降趨勢(shì)。由于換熱器芯體總換熱面積的限制，當(dāng)Δ>10℃時(shí)，溫度效率曲線趨于平緩。Δ在4～8℃范圍內(nèi)，環(huán)路熱管對(duì)換熱器溫度效率的提升作用不明顯，Δ=4℃時(shí)，溫度效率達(dá)到70%。Δ在8～12℃范圍內(nèi)，R32較R134a或空管的溫度效率提升約2%，熱管環(huán)路充注R32使換熱器在較大室內(nèi)外溫差情況下的溫度效率降幅減小，使溫度效率維持在65%以上。

圖5（b）為夏季工況下?lián)Q熱器換熱量隨室內(nèi)外溫差的變化情況，可知換熱量與室內(nèi)外溫差的關(guān)系與冬季工況相像也為近似線性，但由于夏季工況換熱器的溫度效率整體優(yōu)于冬季工況，所以Δ-曲線的斜率大于Δ-曲線，在相同的Δ情況下的值大于，例如當(dāng)室內(nèi)外溫差為10℃時(shí)，約為1.5kW，約為1.3kW。因此由圖5（c）也可看出在相同的Δ情況下，換熱器夏季工況EER優(yōu)于冬季工況。

（a）換熱器溫度效率隨室內(nèi)外溫差的變化情況

（b）換熱器換熱量隨室內(nèi)外溫差的變化情況

（c）換熱器EER隨室內(nèi)外溫差的變化情況

4 節(jié)能性分析

本實(shí)驗(yàn)中的換熱器可用于空調(diào)系統(tǒng)能量回收，由于換熱器熱管環(huán)路充注R32性能較好，故對(duì)其做節(jié)能性分析，冬季室內(nèi)溫度維持20℃，夏季室內(nèi)溫度維持27℃，由圖6（a）可求冬季工況EER與室外溫度的擬合函數(shù)如下：

-0.556310.537 （6）

同理由圖6(b)可求夏季工況EER與室外溫度的擬合函數(shù)如下：

0.5569-14.765 （7）

（a）冬季換熱器EER隨室外溫度的變化情況

（b）夏季換熱器EER隨室外溫度的變化情況

圖6 一年中換熱器EER隨室外溫度變化情況

Fig.6 Variation of heat exchanger EER with outdoor temperature in a year

假設(shè)換熱器應(yīng)用于公共服務(wù)場(chǎng)所，運(yùn)行時(shí)間段為7:00-22:00，考慮換熱器冬季、夏季的溫度效率特性，當(dāng)冬季室外溫度低于15℃、夏季室外溫度高于30℃時(shí)作為換熱器工作的啟動(dòng)溫度，以保證換熱器較好的工作性能。冬季以15℃作為溫度區(qū)間的其中一個(gè)分割點(diǎn)，以5℃作為區(qū)間間隔，查《中國(guó)建筑熱環(huán)境分析專(zhuān)用氣象數(shù)據(jù)集》[17]得到相應(yīng)各溫區(qū)在一年中所占的時(shí)長(zhǎng)如表3所示。由表3可知哈爾濱、北京、上海、廣州四座城市冬季、過(guò)度季節(jié)換熱器使用時(shí)長(zhǎng)分別為3640h、2870h、2296h、897h，夏季換熱器使用時(shí)長(zhǎng)分別為71h、294h、286h、878h，全年換熱器使用長(zhǎng)分別為3711h、3164h、2582h、1775h。

表3 換熱器各個(gè)溫區(qū)開(kāi)啟時(shí)長(zhǎng)

由圖7（a）可以求出，冬季換熱器的換熱量隨室外溫度變化的擬合函數(shù)如下：

=-0.1558+2.9503 （8）

由圖7（b）可以求出，夏季換熱器的換熱量隨室外溫度變化的擬合函數(shù)如下：

=0.1559-4.1343 （9）

由擬合函數(shù)（6）～（9）可以計(jì)算出一年中各個(gè)溫度區(qū)間下?lián)Q熱器的EER、換熱量與室外溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。結(jié)果如表4所示。

由表3、表4可求出換熱器全年的EER與總換熱量，結(jié)果如表5所示。經(jīng)計(jì)算哈爾濱、北京、上海、廣州四座典型城市全年EER分別為12.72、7.70、5.75、3.67，全年回收能量分別為47.60GJ、24.55GJ、14.95GJ、6.56GJ。將其約合為電能按3600kJ/kWh計(jì)算，則哈爾濱、北京、上海、廣州四座城市節(jié)省電能分別13222.22kWh、6819.44kWh、4152.78kWh、1822.22kWh。

（a）冬季換熱器換熱量隨室外溫度的變化情況

（b）夏季換熱器換熱量隨室外溫度的變化情況

圖7一年中換熱器換熱量隨室外溫度的變化情況

Fig.7 Variation of heat transfer capacity with outdoor temperature in a year

表4 各個(gè)溫區(qū)的換熱量、EER

續(xù)表4 各個(gè)溫區(qū)的換熱量、EER

表5 換熱器EER與總回收熱量計(jì)算

5 結(jié)論

本文所設(shè)計(jì)的新型板式熱管換熱器較傳統(tǒng)熱回收裝置相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、熱回收效率高、性能可靠的特點(diǎn)。在冬季、夏季工況下對(duì)其換熱器工作性能進(jìn)行了研究，并且將環(huán)路熱管作為提升換熱器性能的方法，主要結(jié)論如下：

（1）換熱器環(huán)路熱管充注工質(zhì)R32較工質(zhì)R134a略有優(yōu)勢(shì)，能夠提升換熱器在冬、夏季工況的性能。冬季工況下?lián)Q熱器溫度效率隨室內(nèi)外溫差的加大而增大并趨于平緩，最大溫度效率約為62%，在室內(nèi)外溫差為5～8℃范圍內(nèi)，環(huán)路熱管對(duì)換熱器溫度效率的影響較小。夏季工況下?lián)Q熱器溫度效率隨室內(nèi)外溫差的加大而減小并趨于平緩，充注工質(zhì)R32的環(huán)路熱管使換熱器溫度效率維持在65%以上，最大溫度效率約為70%。

（2）換熱器在冬、夏季工況的換熱量、EER均隨室內(nèi)外溫差的增大而增加，冬季室外溫度低于15℃、夏季室外溫度高于30℃時(shí)作為換熱器工作的啟動(dòng)溫度時(shí)，哈爾濱、北京、上海、廣州四座典型城市全年EER分別為12.72、7.70、5.75、3.67，全年節(jié)省電能分別為13222.22kWh、6819.44kWh、4152.78kWh、1822.22kWh。

[1] 李銳.制冷空調(diào)能耗及減排節(jié)能技術(shù)的分析[J].制冷與空調(diào),2015,29(1):114-118.

[2] 楊光,湯廣發(fā),郭巖杰,等.小型熱回收裝置的可行性研究[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào),2005,24(3):56-59,75.

[3] 張莉,龔嬌.建筑節(jié)能中暖通空調(diào)的一般技術(shù)措施[J].制冷與空調(diào),2008,22(5):67-70.

[4] 盧鈞,連之偉.熱回收裝置在空調(diào)工程中的應(yīng)用[J].制冷空調(diào)與電力機(jī)械,2007,116(28):82-85.

[5] NASIF M, AL-WAKED R, MORRION G, et al. Membrane heat exchanger in HVAC energy recovery systems, systems energy analysis[J]. Energy and Buildings, 2010,(42):1833-1840.

[6] MIN J, SU M. Performance analysis of a membrane-based energy recovery ventilator: effects of membrane spacing and thickness on the ventilator performance[J]. Applied Thermal Engineering, 2010, (30):991-997.

[7] LU Y, WANG Y, ZHU L, et al. Enhanced performance of heat recovery ventilator by airflow-induced film vibration(HRV performance enhanced by FIV)[J]. International Journal of Thermal Science, 2010,(49): 2037-2041.

[8] 嚴(yán)衛(wèi)東,童矗,韓旭,等.新型轉(zhuǎn)輪全熱回收新風(fēng)機(jī)組實(shí)驗(yàn)研究與節(jié)能分析[J].制冷與空調(diào),2018,32(2),183-188.

[9] 吳曉非.典型建筑使用靜止型板翅式全熱交換器的節(jié)能研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2007.

[10] 張海泉.板式換熱器熱工與阻力性能測(cè)試及計(jì)算方法研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2006.

[11] EI-BAKY M AA, MOHAMED MM. Heat pipe heat exchanger for heat recovery in air conditioning[J]. Applied Thermal Engineering, 2007,(27):795-801.

[12] YAT HY. Application of a heat pipe heat exchanger to dehumidification enhancement in a HVAC system for tropical climates—a baseline performance characteristics study[J]. International Journal of Thermal Sciences, 2007,46:164-171.

[13] 張保棟.熱管式換熱器設(shè)計(jì)中最佳冷、熱段長(zhǎng)度比的通用公式[J].工程熱物理學(xué)報(bào),1988,9(4):372-375.

[14] 姚壽廣,馬哲樹(shù),陳如冰.一種新型結(jié)構(gòu)的熱管式散熱冷板性能的數(shù)值模擬試驗(yàn)與分析[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2005,25(7):41-45.

[15] 孫世梅,張紅,莊駿.基于管內(nèi)微層蒸發(fā)傳熱機(jī)理的熱管換熱器傳熱強(qiáng)化研究[J].高校化學(xué)工程學(xué)報(bào),2004, 18(6):685-689.

[16] 周峰.建筑物能量回收用熱虹吸管換熱器的應(yīng)用研究[D].北京:北京工業(yè)大學(xué),2007.

[17] 謝方祥,雷波,余濤.大空間建筑冬季熱回收利用的節(jié)能分析[J].制冷與空調(diào),2018,32(1):50-53.

[18] 中國(guó)氣象局,清華大學(xué).中國(guó)建筑熱環(huán)境分析專(zhuān)用氣象數(shù)據(jù)集[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005.

Experimental Study on Operation Characteristics of Plate Heat Exchanger Coupled with Heat Pipe

Xue Lianzheng Ma Guoyuan Zhou Feng Yan Xianghui Jiang Mingjian

( College of Environmental and Energy Engineering, Beijing University of Technology, Beijing, 100124 )

This paper presents plate heat exchanger coupled with heat pipe what vertically arranged 12 independent loop heat pipes inside the core for energy recovery. The L type seal between the plate fins divides the heat exchanger into two cycles, inner and outer, and two sets of centrifugal fans on the inner and outer circulation side. Indoor and outdoor air passes through the plate between the channel layers to perform reversed C flow heat exchange. For the winter conditions and summer conditions, an experimental study was conducted on the effect of the heat transfer performance of the heat exchanger with different refrigerants. The indoor and outdoor temperature difference and the kind of refrigerants in the loop heat pipe were analyzed to show the way of affection on the temperature efficiency, heat transfer capacity, and energy efficiency ratio (EER). The results show that the heat transfer capacity and EER of the heat exchanger increase with the increase of indoor and outdoor temperature difference in winter and summer conditions, the maximum temperature efficiency in winter conditions reaches 60%, and the maximum temperature efficiency in summer conditions reaches 70%. When the loop heat pipe working medium is R32, the heat exchange performance of the heat exchanger in winter and summer conditions are improved. The analysis and calculation of the annual EER of the heat exchanger for four typical cities in Harbin, Beijing, Shanghai and Guangzhou are 12.72, 7.70, 5.75, 3.67 respectively.

heat recovery; plate heat exchanger; heat pipe

TK172.4

A

1671-6612（2019）04-343-08

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFB0601601）；國(guó)家自然科學(xué)基金（51776004）

薛連政（1993-），男，碩士，E-mail：xuelz@emails.bjut.edu.cn

馬國(guó)遠(yuǎn)（1963-），男，教授，博士生導(dǎo)師，E-mail：magy@bjut.edu.cn

2018-09-04