文 献 综 述

空调系统在提高室内空气品质，营造舒适的室内热环境等方面功不可没，但是近年来随着空调系统的迅速普及，其用电量逐年递增。据初步统计，目前空调耗电量大约占全国总耗电量的15%，尤其在夏季用电高峰时期，空调用电负荷甚至高达城镇总用电负荷的40%左右。此外，空调系统引起的”热岛效应”必将对室外环境造成严重的热污染，同时由于空调系统新风引入有限、室内外温差太大，也将使人们不得不忍受”热应力反应”甚至是”空调综合症”所带来的危害。^[1]且医院和卫生保健设施是对空气清洁度高要求的地方，在医院和卫生保健设施中，空气每小时至少要更换20次，并且不允许废气与新鲜的室外空气混合。因此空调系统中补给足量的新风是非常必要的。较之回风，新风在置换室内 CO和VOC，特别是降低室内病菌、霉菌浓度等方面起着至关重要的作用，但是随着新风量的增加，空调系统的能耗量也将随之迅速增加。事实上，处理新风所需的能耗比较高，约占整个空调系统总能耗量的25#12316;40%左右^[2]。因此如何降低新风处理所需能耗量是决定整个空调系统性能的关键所在。

一个非常有效而且很有前途的方法就是采用热回收技术，如果空调系统配备了热回收装置，可以回收大量的能量，达到节能环保的效果。现设计一热管式回热器对空调新风进行回热。

1. 热管

1.1热管简介

热管是一种具有高导热性能的传热组件，热管技术首先于1944年由美国人高格勒(R#183;S#183;Gatigler)所发现 ，并以”热传递装置”(Heat Transter Device)为名取得专利，当时因未昼示出实用意义，而没有受到应有的重视。直到六十年代初期，由于宇航蓽业的发展， 要求为宇航飞行器提供高效传热组件，促使美国洛斯#8212;阿拉莫斯科学实验室的格罗弗(G#183;M#183;Grover)于 1964年再次发现这种传热装置的原理，并命名为热管。^[3-5]

热管是一种具有高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管壳内工质的蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等磁性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。缺点是抗氧化、耐高温性能较差。此缺点可以通过在前部安装一套陶瓷换热器来予以解决，陶瓷换热器较好地解决了耐高温、耐腐蚀的难题。以热管为传热元件的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小、有利于控制露点腐蚀等优点。目前已广泛应用于治金,化工、炼油、锅炉、陶瓷、交通、轻纺、机械等行业中，作为废热回收和工艺过程中热能利用的节能设备，取得了显著的经济效益。

1.2工作特点

#9830;热管换热器可以通过换热器的中隔板使冷热流体完全分开，在运行过程中单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏时基本不影响换热器运行。热管换热器用于易然、易爆、腐独性强的流体。

#9830;热管换热器的冷、热流体完全分开流动，可以比较容易的实现冷、热流体的逆流换热。冷热流体均在管外流动，由于管外流动的换热系数远高于管内流动的换热系数，用于品位较低的热能回收

#9830;对于含尘量较高的流体，热管换热器可以通过结构的变化、扩展受热面等形式解决换热器的磨损和堵灰问题。

#9830;热管换热器用于带有腐独性的烟气余热回收时，可以通过调整蒸发段、冷凝段的传热面积来调整热管管壁温度，使热管尽可能避开最大的腐蚀区域。

1.3工作原理

热管式热交换器以前采用重力热管形式。当重力热管的热端（蒸发段）从流经热管的热气流吸入热量后，热管内挥发性液体所产生的高饱和蒸汽流向冷端（冷凝段），冷气流吸收了蒸汽释放的热置后冷凝，这些 冷凝液体依靠重力回流到蒸发段，这样就完成了蒸发到冷凝的循环，也完成了热量交换的过程，为了便于液体凝后顺利回流到蒸发段，热管通常采用略微倾斜的布置方法。现在公司采用水平式放置的三维热管,无需倾斜即可达到蒸发冷凝效果，实现冬夏季节任意转换。

四、热管的相容性及寿命

热管的相容性是指热管在预期的设计寿命内，管内工作液体同壳体不发生显著的化学反应或物理变化，或有变化但不足以影响热管的工作性能。相容性在热管的应用中具有重要的意义。只有长期相容性良好的热管，才能保证稳定的传热性能，长期的工作寿命及工业应用的可能性。碳钢一水热管正是通过化学处理的方法，有效地解决了碳钢与水的化学反应问题，才使得碳钢一水热管这种高性能、长寿命、低成本的热管得以在工业中大规模推广使用。^[6-9]

影响热管寿命的因素很多，归结起来，造成效管不相容的主要形式有以下三方面，即：产生不凝性气体：工作液体热物性恶化：管壳材料的腐蚀、溶解。

⑴热管产生不凝性气体由于工作液体与管壳材料发生化学反应或电化学反应，产生不凝性气体，在热管工作时， 该气体被蒸汽吹扫到冲凝段聚集起来形成气塞，从而使有效冷凝积减小，热阻增大，传热性能恶化，传热能力降低甚至失效。

(2)工作液体物性恶化有机工作介质在一定温度下，会逐渐发生分解，这主要是由于有机工作液体的性质不稳定，或与売体材料发生化学反应，使工作介质改变其物理性能，如甲苯、烷类等有机工作液体易发生该类不相容现象。

(3)管壳材料的腐蚀、溶解、工作液体在管壳内连续流动，热管同时存在温差、杂质等因素，使管壳材料发生溶解 和腐蚀，流动阻力墦大，使热管传热性能降低。当管壳被腐蚀后，引起强度下降，甚至引起管壳的腐蚀穿孔，使热管完全失效。这类现象常发生在碱金属高温热管中。

2.回热器

2.1回热器简介

既回收显热，又能回收潜热，此类装置有转轮式换热器、板翅式换热器和热泵式换热器。显热回收装置有中间热媒式换热器、板式显热换热器和热管式换热器。各类热回收装置的比较所谓热回收系统，即是回收建筑物内外的余热冷或废热冷,并把回收的热冷量作为供热冷或其它加热设备的热源而加以利用的系统。热回收方式比较多，但归纳起来共两大类，即全热回收装置和显热回收装置。全热回收装置既回收显热，又能回收潜热，此类装置有转轮式换热器、板翅式换热器和热泵式换热器。显热回收装置有中间热媒式换热器、板式显热换热器和热管式换热器。^[10-12]

2.2热管式换热器简介

热管换热器是一种借助工质如氨、氟里昂-11、氟里昂-113、丙酮、甲醇等的相变进行热传递的换热元件。热管由密闭真空金属管内充注一定量的工质构成，在真空管内反复进行工质的冷凝和蒸发循环，从而由于吸热和放热进行热量回收。利用热管进行空调热回收时，在排风和新风管路上装置热管换热器，通过工质的相变将热量从排风传递给新风。热管换热器基本上为回收显热，仅当排风

侧有冷凝水出现时存在一定量的潜热回收，这种热回收装置无运行费用，不需要动力源，可应用于不同相态间流体的能量回收。根据金属管材质和充注工质的不同，其适用温度范围-40℃~430℃。由于中间隔板完全将新、排风分隔开，两者之间不会混合流动，可应用于排风有污染的场所。对各种热回收系统进行详细的比较，其结果见表 1-2

美国休斯飞机公司也对几种换热器进行了多方面的考评，结果见表1-3，其中数字表明品质因素，最佳为5，最差为0，考评结果显示，热管换热器以总分30列于榜首，优于其他换热设备。

3. 新风除湿机

3.1新风除湿概述

目前, 常用的地下工程空气处理设备主要有:除湿机、调温除湿机、除湿空调机 , 普通除湿机主要是利用风冷冷凝器冷凝热的变化监控出风温度。机组可直接在室内使用, 也可安装在通风系统中用于处理回风和少量的新风, 它的运行特点是必须通过回风使室内空气反复循环经过除湿机才能逐渐消除室内余湿, 因而, 在一些要求除湿量相对较大的场合。比如一些地下洞库环境, 这种除湿机的作用就相当有限了。由于一些地下洞库的特殊环境, 夏季洞库低温高湿, 室外温度较高, 内外温差大，一般采用新型全新风调温除湿系统。^[13-15]

3.2全新风调温除湿系统原理与简图

新型全新风调温除湿机由翅片式蒸发器、水冷冷凝器、压缩机、膨胀阀、三通阀、热回收器、风机组成, 主要利用三通阀调节从水冷冷凝器出来的热水进入热回收器的比例, 从而调节出风温湿度。

3.3热回收在新风除湿系统的几个方面

1. 冷凝热回收，回收冷凝热用于加热；

2. 室内回风热回收；

3. 冷凝水冷回收；

4. 经深度制冷除湿后的新风冷回收，简称之为处理后新风冷回收；

5. 新风热回收。

3.4五个热回收方面的具体细节与特点

冷凝热回收：全新风除湿机的制冷量是普通回风型除湿机的3 倍左右，相应的冷凝热更是制冷量的1.15 倍左右，如全部给额定风量加热，温升可达60℃。由于送风需加热至26℃~36℃，回收部分冷凝热来加热已经是非常普遍的方法。

室内回风热回收：一般有人员活动的场合室内温度一般在22℃~26℃，与新风名义工况的35℃有10℃左右的温差，与处理后新风的干球温度也是10℃左右的温差。可以用回风来降低冷凝温度，或者用于加热处理后新风。^[16-17]

冷凝水冷回收：回收冷凝水预冷新风；利用冷凝水采用蒸发冷却技术给新风降温；利用冷凝水给风冷冷凝器降温。

处理后新风冷回收与新风热回收：回收处理后新风的冷量给新风预冷，取代预冷系统；同时回收的新风热量可以给处理后新风加热，部分甚至全部取代再热器。这样可直接降低制冷系统的冷负荷，通过合理的系统匹配，可显著提高全新风除湿机的单位输入功率除湿量。

4. 总结

空调新风回热器能够利用余热对新风进行加热，在能源消耗日益增长的今天，回热器能够很好的节约能源，减少热污染。本次设计将参考各文献，兼顾节能和环保要求，经济与效益并存，本课题所做的研究为低温热管换热器的设计计算提供了理论基础，为今后从事低温热管换热器设计的工程人员提供了参考依据，而且对热管式新风换气机的开发也有一定的借鉴意义。

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此次毕业设计课题兼具有产品设计开发的目的与要求，研究的大体方向主要是在空调热回收与除湿方面。现设计一热管式换热器对空调进行热回收，将温度较高的空气与温度较低的空气通过热管换热器进行热交换，从而达到不需要额外供能便将低温空气加热或将高温空气冷却的目的，但热管换热器需要克服流动阻力，故在设计时要考虑最佳排布方式，优化换热器结构，以减少流动阻力从而减少风机能耗。

节能环保一直是世界经济发展所提倡的，而热管新风回热器能回收废气的能源，提高能源利用效率，减少环境热污染，减少能源供应压力，从而提高经济效益的。而选用铜热管作为换热器介质，是因为铜的热阻小，换热效率高并且价格便宜，而该换热器作为空调新风回热器，是气-气换热，并且传热温差小，压降小，而热管换热器本身的阻力损失小，可选用功率较低的风机，并且为了保证新风的清洁度，不能进行气体交换。故选用热管换热器。

主要设计参数：

已知夏季环境条件 额定风量：10500Nm3/

已知冬季环境条件 额定风量：10500Nm3/

主要内容：设计一新风换热器，设计主要涉及换热器设计、热力计算，结构计算，风机选型等工作。并且用CAD画出该换热器的结构图。

研究思路：

1.首先通过查询热管换热器相关书籍，初步估计该设计换热器的可行性与实用性。

2.整理出热管换热器设计计算步骤。选用Excel表格作为计算工具。然后查询热管手册，选择热管规格，然后计算出热管换热器的热力计算，再进行热管的结构计算，根据结构和流动阻力来调整、选择合适规格的热管。

3.确定热管换热器的热管排布结构，制作热管换热器的计算说明书，最后用CAD画出热管换热器的结构图。

研究方法：

1．文献研究法 ：根据论文选题，通过大量的阅读期刊及学术论文，仔细分析研究。在校图书馆、省级图书馆找到了有关热管换热器、新风除湿和空调回热系统等多方面的书籍和资料以及学术论文，在网上也搜集了各种信息。

2．专家访谈法

通过和专家访谈的形式，咨询学校教授和博士，了解空调回热器设计方案的问题所在以及改进思路。

3.归纳法

将从各种途径搜集的信息与前人的研究成果进行总结归纳，在论文当中得以借鉴。在与前人某些不一致的观点上，将在论文提出相应观点与建议。