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U型预冷再热相变节能器
U型预冷再热相变节能器

一、应用场所

实验室、无尘车间、动物房、电子厂房、药品生产车间等场所,对空气的温度、湿度、洁净度,都有较高的要求,通常采用净化空调机组。在夏季时,空调机组需要先对空气进行过冷降温和除湿,除湿后再通过蒸汽加热的方式,将送风温度提高后送入空调区域。为了满足室内空气温湿度的要求,空调系统运行使用能耗非常大,存在较大的节能空间。

二、相变传热原理

热管原理1.gif

节能器由蒸发段、绝热段、冷凝段三部分组成,其结构如上图所示。当节能器的一端受热后,管道内部的液体工质吸收热量汽化,在管道内部产生压差,气态工质流向节能器的另一端,将热量从高温端(即蒸发段)传递到低温端(即冷凝段),在低温端释放热量后,气态工质冷凝成为液态,液态工质在管道内壁毛细力的作用下,再次返回到高温端,并再次受热汽化。如此反复循环,只要节能器两端存在温差,节能器就进行工作,将热量从高温端传递到低温端。

节能器利用工质相变时的汽化潜热传热,因此传热量大,在较小的温差下也可以进行传热。

三、空调节能原理

为了降低除湿过程中的过冷和再热的能耗,将节能器做成U型的结构,夹在表冷器前后,利用节能器的相变传热,可以对冷热量进行自动分配,有效解决冷热抵消问题,从而降低空调机组的制冷能耗和再加热的能耗。

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由于空调机组工作时,表冷器前后的空气存在一定的温差,利用节能器热超导的特性,热量由节能器的预冷段,转移至节能器的再热段。空气经过节能器预冷段后,起到初步的制冷降温效果,再经过表冷器过冷除湿。过冷后的空气经过节能器的再热段,温度升高、相对湿度降低。节能器预冷和再热的过程完全没有能源的消耗,通过降低空调机组制冷量、减少或取代再加热能耗,从而降低整个空调系统的能耗。

四、安装形式

节能器呈“U型”结构形式,将冷水盘管包在其中,如下图所示,靠近空调机组进风口一侧为节能器蒸发段,其作用为预冷;靠近风机一侧为节能器冷凝段,其作用为再热。

夏季空气处理流程为:新风---过滤---节能器预冷降温---表冷器降温除湿---节能器再热升温---风机---加湿---中、高效过滤---送风。

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五、节能效果计算

   以深圳某项目空调机组为例,该机组为全新风机组,风量为30000 m3/h。定义新风温度为T1,节能预冷后的温度为T2,表冷除湿后的温度为T3,节能再热后的温度为T4。

当新风温度T1=30℃,表冷器出风温度T3=12℃,相变节能器设计换热效率35%,则节能再热的温升:

ΔT=35%*(T1-T3)= 35%*(30-12)=6.3℃

节能再热后的出风温度为:

T4=ΔT+T3=6.3+12 =18.3℃

根据能量守恒原理,节能预冷量=节能再热量

=CmΔT=C*ρ*V*ΔT

      =1.01*1.25*30000÷3600*6.3

      =66.3(kw)

空调系统扣除主机、水泵、冷却塔、风机等设备的输送能耗后,综合能效比按照3.0计算。根据项目所在地区的逐时气象参数,全年新风30℃的时刻总共有328个小时,综合电价0.65元/kwh,则相变节能器每年30℃的时刻,预冷的节能费用为:

F1=66.3÷3.0×328×0.65=4710

空调机组目前按照电加热的方式再热升温,则每年在30℃的时刻,相变节能器再热节省的蒸汽费用为:

F2=66.3×328×0.65=14132

空调机组每年在新风温度为30℃的时刻,可节约的运行费用合计为:                             

F=F1+F2=4710元+14132元=18842元

同理,可计算出该空调机组在不同的新风温度时,对应各个时间点的节能费用,累计后全年总的节能费用为277989,详见下表:

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综合考虑使用安全性、施工难度、运行成本等多方面因素,为了解决空调系统除湿能耗偏高问题,在空调机组里面安装“相变节能器”,节能投资效益非常明显,同时也符合国家当前的节能减排精神。

六、部分项目案例

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