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1、热管热泵低温热能回收机组的实验研究及分析张淑秘 （长春建筑学院，长春，130607）摘要：通过实验，研究了在空调系统中采用热管热泵低温热能回收装置的经济性及可行性。关键词：严寒地区；热管热泵；低温热回收；节能环保Experiment Research and Analysis of Heat Pipe and Heat Pump Low Temperture Heat Recovery UnitAbstract:According to the Experiment, This paper analyzes the feasibility and the Economy of low-temp
2、erature heat pipe heat pump heat recovery units theoretically.Key words: cold regions; heat pipe heat pump; low temperature heat recovery; energy saving and environmental protection随着经济持续快速发展，人民生活的水平不断提高，空调普及率在逐年提高，其能耗也在不断增长。而空调系统在运行时有大量余热的浪费。如何减少空调能耗越来越引起人们的重视。在在空调系统中采用热回收装置，可以有效的回收排风中的冷热量，并用其对室外新风
3、进行一定的预处理，从而可以实现在不增加能耗的情况下增大室内的新风比，提高室内空气品质，减少加热新风所需的能量，降低机组负荷，提高系统的经济性，达到节能和环保的双重目的。由于严寒地区的新风机组在冬季运行时，经常发生冻损事故，以致不能保证室内空气品质1。为解决此问题，将热管热泵低温热能回收机组应用于空调新风机组，充分利用建筑物的排风预热新风，从而可以较好地提高新风机组入口的新风温度，有效地延长了新风机组在整个采暖期的运行时间，解决热泵机组、新风机组在严寒地区冬季运行的冻损问题，保证了良好的室内空气品质。1、热管热泵低温热能回收机组原理热泵实质上是一种能源提升装置，它以消耗一部分高位能（机械能、电能
4、或高温热能等）为补偿，通过热力循环，把环境介质（水、空气、土壤）中贮存的不能直接利用的低位能量转换为可以利用的高位能。热管式热交换器是一种借助工质的相变进行热传递的换热元件2。利用建筑内部热量的手段称为“热回收”。 3本实验是通过热管热泵联合运行来实现热能回收。热管热泵低温热能回收机组工作原理如图1-1所示，包括热管12、翅片管蒸发器2、四通换向阀5、翅片管冷凝器3、节流装置4、压缩机1组合成的热管热泵低温热能回收机组，与空调房间相连通的新风系统XF及排风系统PF，置于排风管道PF内的热管的蒸发段、翅片式蒸发器和排风机组成排风通道系统；置于新风管道XF内的热管的冷凝段、新风机和翅片式冷凝器组成
5、新风送风通道系统。在冬季，采用热管的冷凝段对新风进行预热，之后通过冷凝器3对引入室内的新风进行二次加热，避免了冬季运行时，室外寒冷空气对传统新风机组中水加热盘管的冻损；将建筑排风（或预混室外空气）作为热管蒸发段和蒸发器2的换热介质，两次回收建筑排风热量，实现热回收作用；节约能量的同时可以提高热管热泵低温热能回收机组在严寒地区冬季运行的性能。该机组避免了新风与建筑排风交叉污染的现象，保证了严寒地区冬季建筑室内空气品质。避免严寒地区冬季低温冻损盘管的现象。与以往热泵机组或热管单独运行相比运行效率大大提高。在夏季：在夏季室外环境温度较高的状态下，需将室外高温空气处理到低温状态。此时，新风通道侧换热器
6、3为蒸发器，排风通道侧换热器2为冷凝器，电动阀9开启，机组按照制冷循环运行，该机组可以实现空调功能。将室外高温空气通过热管的蒸发段和翅片管蒸发器3分别进行热交换，对室外空气进行冷却处理后送入空调房间；空调房间内的排风通过冷凝段和翅片管冷凝器2分别进行热交换，吸热后排出室外。本装置充分地回收室内空气冷量，实现冷量回收功能。图1-1 热管热泵低温热能回收机组工作原理图Figure 3-1 Heat pipe heat pump low temperature heat energy recycling unit work schematic diagram1压缩机；2翅片管蒸发器；3翅片管冷凝器；
7、4节流装置；5四通换向阀；6液体分离器；7排风机；8新风机；9、10 电动保温风阀；11联动自控调节风阀；12热管2、热管热泵低温热能回收机组的实验结果与分析本实验是在2009-2010年冬季供暖工况下进行的。对所测结果的分析选取整个系统测试期间进行研究，分析热管热泵低温热能回收机组的供热工作性能，对热管热泵低温热能回收机组在整个供热测试期间每天的供热工作性能并对结果进行分析。找出热管热泵低温热能回收机组的节能优越性所在。2.1 测试期间系统的运行结果与分析本课题选择在东北最冷季节进行实验，为了使实验结果更具有参考性，实验在理论分析的基础上使热管热泵低温热能回收机组连续运行20天，并对这20天
8、实验数据进行整理，从中选出具有代表性的12天的实验数据进行分析总结。2.1.1热管热泵低温热能回收机组运行期间的温度变化情况表1-1为系统运行期间室内外温度变化情况表，依据此表绘制热管热泵低温热能回收机组运行期间温度变化曲线图，如图1-2示。从图中可以看出，系统运行期间，室外温度在-17.94-28.98之间变化，室外平均气温为-22.97。送风温度的变化范围为3.7216.53，送风平均温度为11.35。满足新风预热要求，并能很好地解决冬季寒冷地区新风机组冻裂的问题，延长在寒冷地区新风机组的运行时间。排风温度的变化范围为-9.01-18.39，平均排风温度为-14.71。大大降低了排风温度，
9、有效地回收了排风的热量。真正起到了节能减排的目的。表1-1 系统运行期间室内外温度变化情况表Table 1-1 Systems operation period indoor outside temperature change situation table时间新风温度,新风出热管冷凝段温度,送风温度,排风进热管蒸发段入口温度,排风温度,室内温度,12月26日22.0018.0113.7610.9915.216.3212月27日19.9816.1314.2110.9913.436.6012月28日21.2117.5214.1810.9913.257.2012月29日17.2112.4716.
10、5310.999.018.2012月30日26.8822.937.7110.9918.395.3212月31日28.9825.113.7210.9915.953.521月1日25.8721.897.8410.9916.546.231月2日25.8322.177.3310.9916.635.461月3日25.2321.488.8910.9916.827.521月4日25.6521.659.6410.9916.787.211月5日18.8514.9615.8610.9912.318.461月6日17.9414.2916.5310.9912.2410.78平均值22.9719.0511.3510.9
11、914.716.90 图 1-2 系统运行期间温度变化曲线图 Figure 1-2 Systems operation period temperature change diagram of curves2.1.2、热管热泵低温热能回收机组运行期间回收的热量热管热泵低温热能回收机组对排风的热量进行二次回收，并对新风进行二次预热。进而实现用回收的热量加热新风，实现节能减排的目的。表1-2为系统测试期间热管与热泵及整个系统的制热量。图1-3是系统运行期间各机组的制热量随时间的变化情况。从图中可以看出，热管热泵低温热能回收机组的制热量在2.10KW2.28 KW之间变化，测试期间平均制热量为2.2
12、0KW。热泵的制热量在1.85KW2.03KW之间变化，测试之间平均值热量为1.95KW。热管的制热量在0.23KW0.30KW之间变化，测试期间平均制热量为0.25KW。从以上分析可以看出，此系统热回收效果显著。表1-2 系统测试期间热管与热泵及整个系统的制热量Table 1-2 System test period heat pipe and heat pump and overall systems system quantity of heat时间机组回收的总热量热管回收的热量热泵回收的制热量12月26日2.290.262.0312月27日2.190.251.9412月28日2.260
13、.242.0312月29日2.160.301.8612月30日2.210.251.9612月31日2.090.251.851月1日2.160.251.901月2日2.120.231.891月3日2.180.241.941月4日2.260.262.001月5日2.220.251.971月6日2.210.231.97平均值2.200.251.95 图1-3系统运行期间机组的制热量随时间的变化情况Figure 1-3 Systems operation period units system quantity of heat along with time change situation figu
14、re2.1.3、热管热泵低温热能回收机组运行期间热回收效率表1-3为热管热泵低温热能回收机组的热回收效率计算表，依据此表绘制曲线图，如图1-4所示。从图中可以看出，热管热泵低温热能回收机组在运行期间的热回收效率在72%92%之间变化，平均热回收效率为83%，热回收效果显著。进一步说明了此设备真正起到了节能减排的目的。应用前景较好。 表1-3 热管热泵低温热能回收机组的热回收效率曲线图Table 1-3 Heat pipe heat pump low temperature heat energy recycling units heat recovery efficiency diagram
15、of curves时间12月26日12月27日12月28日12月29日12月30日12月31日热回收效率0.910.920.900.950.770.72时间1月1日1月2日1月3日1月4日1月5日1月6日热回收效率0.760.760.750.770.910.86热回收效率平均0.83图1-4 热回收效率曲线图 Figure 1-4 Heat recovery efficiency diagram of curves2.1.4运行能耗及经济分析表1-4为系统运行期间的耗电量和采用电加热器达到同样的目的所消耗的电量统计表。依据此表绘制曲线图如图1-5所示。从图中可以看出，采用电加热器为新风加热每天
16、平均耗电量为0.61 KWh，而采用热管热泵低温热能回收机组预热新风每小时平均耗电量为0.48 KWh。可以节省22%的运行费用。表1-4 系统运行期间的耗电量和电加热器耗电的量统计表Table 1-4 The systems operation periods power consumption and the electric heater consume the electricity the quantity statistical table时间电加热器耗电量，KWh热回收机组耗电量，KWh12月26日0.640.5012月27日0.610.5012月28日0.630.5012月29
17、日0.580.4012月30日0.610.6012月31日0.580.401月1日0.590.401月2日0.590.401月3日0.610.601月4日0.630.501月5日0.620.501月6日0.620.50平均值0.610.48 图1-5 系统运行期间的耗电量分析 Figure 1-5 Systems operation period power consumption analysis3、结论本文主要论述了实验的研究原理及根据实验数据的分析，总结出了热管热泵低温热能回收机组的运行特征和实际运行效果。通过计算及分析得出：1）热管热泵低温热能回收机组运行期间，当室外温度在-17.94
18、-28.98之间变化，平均气温为-22.97。通过此机组可使送风温度控制在3.7216.53之间，平均送风温度为11.35。满足新风预热要求，并能很好地解决冬季寒冷地区新风机组冻裂的问题，延长在寒冷地区新风机组的运行时间。通过此机组排风温度的变化范围为-9.01-18.39，平均排风温度为-14.71。大大降低了排风温度，有效地回收了排风的热量。真正起到了节能减排的目的。2）热管热泵低温热能回收机组的制热量在2.10KW2.28 KW之间变化，测试期间平均制热量为2.20KW。从以上数据可以看出，此系统热回收效果显著。3）采用热管热泵低温热能回收机组预热新风每天平均耗电量仅为0.48 KWh。如采用常规的电加热器为新风加热，每天平均耗电量为0.61 KWh。进而可以节省22%的运行费用。4）热管热泵低温热能回收机组在运行期间的热回收效率在72%92%之间，平均热回收效率可达83%，热回收效果显著。进一步说明了此设备较好地实现了节能减排的目标，具有较好的应用前景。参考文献1 穆慧敏.谈绿色建筑与节能环保的关系J.黑龙江科技信息 2 王越，陈东，刘振义，徐尧润.国内分离式热管概况与热环研究的小结及展望J。节能技术J。2005，5（3）3 吴毅平,叶勇军,寇广孝.基于空调排风的空气源热泵的节能特性分析.制冷空调与电力机械,2004(5):26-28
