热管换热器在空调系统应用中的节能经济性分析

王晶晶

(上海创智天地发展有限公司，上海 200433)

随着我国空调普及率的逐年提高，其能耗不断增加，建筑能耗在总能耗中所占比重越来越大。目前中国每年竣工建筑面积约为20亿m2，其中公共建筑约有4亿m2。在公共建筑的全年能耗中，大约50%～60%消耗于空调制冷与采暖系统，而在空调采暖这部分能耗中，大约20%～50%由外围护结构传热所消耗(夏热冬暖地区大约20%，夏热冬冷地区大约35%，寒冷地区大约40%，严寒地区大约50%)。从目前情况分析，这些建筑在围护结构、采暖空调系统以及照明方面，共有节能50%的潜力。其中采暖空调节能潜力最大，在暖通空调设计方面加以控制就能够有效的节约能源。因此降低空调系统的能耗对降低建筑物耗能、节约能源有重要意义。本文通过对热管换热器在空调热回收系统应用中的技术经济性分析，明确了热管换热器在空调节能方面的关键性作用。

1 热管换热器介绍

热管是一种依靠自身内部工作液体相变来实现传热的高效传热元件，一般由管壳、吸液芯和端盖组成。典型的热管构成要先将管密闭，抽成 1.3 ×10－1～1.3 ×10－4的负压，在此状态下充入适量的工质。当热管的一端受热时管内工质汽化，汽化后的蒸汽向另一端流动，遇冷凝剂向散热区放出潜热。冷凝液借毛细力和重力回流至吸热段，继续受热汽化。这样往复循环将热量从吸热段传递至散热段。热管以其构思巧妙，传输温差小，适用温度范围广，可调控管内热流密度等众多优良特性，在能量回收和余热利用方面显示出其独特的作用。与常规换热技术相比，热管换热器具有以下特点:1)传热效率高。与银、铜等金属相比，单位质量的热管可以多传递几个数量级的热量。2)热管管壁温度具有可调性。实际使用中可以调整管壁温度，使冷端温度低于新风的露点温度，达到热回收显热和增强去湿、降低潜热负荷的目的。3)恒温特性。在热管中充入惰性气体，可以在输入的热量变化时，改变热管冷凝的散热面积从而使加热端热源温度维持恒定。4)适应性强。受热部分与放热部分结构设计及位置灵活，可以实现冷热流之间不接触。特别适用有毒环境下的热回收。

2 热管换热器与其他常用换热器的比较

传统的热回收装置为转轮式换热器，它是通过排风与新风交替逆向流过转轮来传递热量。排风由一侧的入口吸入，将所含部分冷(热)量传递给转轮;而新风从另一侧吸入，转轮以15 r/min～20 r/min的转速旋转，将积蓄在转轮上的冷(热)量传递给新风。

在同样的换热效率下，与转轮式换热器相比，热管换热器具有以下优点:1)结构紧凑，安全可靠。转轮换热器是由机械动力，通过传动设备使转轮转动来工作的。受到机械设备本身寿命的限制。维修率较高，寿命较短。而热管换热器本身不存在运动部件，因此使用寿命较长。并且相对于转轮换热器，热管换热器体积小，便于安装。2)节能。转轮换热器转轮转动需要消耗一定的机械能(电能)，而热管换热器是通过工质的汽液态转换来实行热交换的，不需要消耗额外的能源。3)无空气污染。转轮换热器在热交换过程中，新、排风两种介质通过转轮交替转换，不能避免交叉污染。而热管换热器新、排风互不接触，无交叉污染。目前的热交换器还有显热和全热回收两种形式。不同形式的性能、效率和利用方式，设备费的高低、维护保养的难易也各不相同，它们的综合比较如表1所示。

表1 各种换热器的性能比较

从表1不难看出，热管式换热器无论从换热效率、设备成本和维护、空间占用还是从使用寿命等各方面都具有非常明显的优势。因此，热管换热器的应用将成为空调热回收系统的主要发展方向。

3 热管换热器的应用分析

3.1 项目概况及设计参数

本工程是位于上海市杨浦区某项目，共计五幢办公楼及两层地库，并与一期地库互相连通。地下2层主要用作机电用房及机动车库。地下1层部分用作餐饮和商铺用途。

根据设计项目共采用5台热管式换热器，作为办公区部分新风与卫生间排风的热交换，详细设计参数见表2。

表2 热管式换热器设计参数表

3.2 热管换热器使用效果分析

新风经过热管换热器处理前后效果见表3，表4。

表3 热管换热器处理前后使用效果表(夏季)

表4 热管换热器处理前后使用效果表(冬季)

根据表3，表4计算可知，整个建筑夏季全天最高节能948 kW，冬季全天最高节能1 921.5 kW。

3.3 热管换热器的经济性分析

本项目所采用的6排管，12FPI，制冷剂采用R134a的气对气式热管式换热器市场价约为每台5万元(共25万元)。引用《热管及热管换热器》(重庆大学出版社，1986)的计算公式，表5列出了经济效益的计算结果。从表5可以看出，尽管采用热管换热器的初投资较高，但是由于运行和维护成本为零，而且对于节能方面又有很大的贡献，投资回报年限仅为2.1年，无论对于投资者还是今后的使用者都是双赢的，所以在空调热回收系统中采用热管换热器是节能的有效手段。

表5 热管换热器经济效益表

4 结语

由于热管式换热器具有高导热性、恒温性、可调性、高适应性的特点，而且在余热回收、节能降耗、减少二氧化碳排放、改善环境等方面所带来的综合效益是巨大的，因此在空调节能方面应积极推广，大力支持，以期待更广泛的应用。

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