U型三維除濕熱管相變節能在凈化空調機組中的節能應用

U型三維除濕熱管相變節能在凈化空調機組中的節能應用

　　一、應用場所

　　實驗室、無塵車間、動物房、電子廠房、藥品生產車間等場所，對空氣的溫度、濕度、潔凈度，都有較高的要求，通常采用凈化空調機組。在夏季時，空調機組需要先對空氣進行過冷降溫和除濕，除濕后再通過蒸汽加熱的方式，將送風溫度提高后送入空調區域。為了滿足室內空氣溫濕度的要求，空調系統運行使用能耗非常大，存在較大的節能空間。

　　二、相變傳熱原理

　　節能器由蒸發段、絕熱段、冷凝段三部分組成，其結構如上圖所示。當節能器的一端受熱后，管道內部的液體工質吸收熱量汽化，在管道內部產生壓差，氣態工質流向節能器的另一端，將熱量從高溫端（即蒸發段）傳遞到低溫端（即冷凝段），在低溫端釋放熱量后，氣態工質冷凝成為液態，液態工質在管道內壁毛細力的作用下，再次返回到高溫端，并再次受熱汽化。如此反復循環，只要節能器兩端存在溫差，節能器就進行工作，將熱量從高溫端傳遞到低溫端。

　　節能器利用工質相變時的汽化潛熱傳熱，因此傳熱量大，在較小的溫差下也可以進行傳熱。

　　三、空調節能原理

　　為了降低除濕過程中的過冷和再熱的能耗，將節能器做成U型的結構，夾在表冷器前后，利用節能器的相變傳熱，可以對冷熱量進行自動分配，有效解決冷熱抵消問題，從而降低空調機組的制冷能耗和再加熱的能耗。

　　由于空調機組工作時，表冷器前后的空氣存在一定的溫差，利用節能器熱超導的特性，熱量由節能器的預冷段，轉移至節能器的再熱段。空氣經過節能器預冷段后，起到初步的制冷降溫效果，再經過表冷器過冷除濕。過冷后的空氣經過節能器的再熱段，溫度升高、相對濕度降低。節能器預冷和再熱的過程完全沒有能源的消耗，通過降低空調機組制冷量、減少或取代再加熱能耗，從而降低整個空調系統的能耗。

　　四、安裝形式

　　節能器呈“U型”結構形式，將冷水盤管包在其中，如下圖所示，靠近空調機組進風口一側為節能器蒸發段，其作用為預冷；靠近風機一側為節能器冷凝段，其作用為再熱。

　　夏季空氣處理流程為：新風---過濾---節能器預冷降溫---表冷器降溫除濕---節能器再熱升溫---風機---加濕---中、高效過濾---送風。

　　五、節能效果計算

　　以深圳某項目空調機組為例，該機組為全新風機組，風量為m3/h。定義新風溫度為T1，節能預冷后的溫度為T2，表冷除濕后的溫度為T3，節能再熱后的溫度為T4。

　　當新風溫度T1=30℃，表冷器出風溫度T3=12℃，相變節能器設計換熱效率35%，則節能再熱的溫升：

　　ΔT=35%*(T1-T3)=35%*(30-12)=6.3℃

　　節能再熱后的出風溫度為：

　　T4=ΔT+T3=6.3+12=18.3℃

　　根據能量守恒原理，節能預冷量=節能再熱量

　　=CmΔT=C*ρ*V*ΔT

　　=1.01*1.25*÷3600*6.3

　　=66.3(kw)

　　空調系統扣除主機、水泵、冷卻塔、風機等設備的輸送能耗后，綜合能效比按照3.0計算。根據項目所在地區的逐時氣象參數，全年新風30℃的時刻總共有328個小時，綜合電價0.65元/kwh，則相變節能器每年30℃的時刻，預冷的節能費用為：

　　F1=66.3÷3.0×328×0.65=4710元

　　空調機組目前按照電加熱的方式再熱升溫，則每年在30℃的時刻，相變節能器再熱節省的蒸汽費用為：

　　F2=66.3×328×0.65=元

　　空調機組每年在新風溫度為30℃的時刻，可節約的運行費用合計為：

　　F=F1+F2=4710元+元=元

　　同理，可計算出該空調機組在不同的新風溫度時，對應各個時間點的節能費用，累計后全年總的節能費用為元，詳見下表：

　　綜合考慮使用安全性、施工難度、運行成本等多方面因素，為了解決空調系統除濕能耗偏高問題，在空調機組里面安裝“相變節能器”，節能投資效益非常明顯，同時也符合國家當前的節能減排精神。

　　六、部分項目案例

　　案例分享

　　深圳某光電生產企業空調機組節能改造

　　該項目位于龍華生產基地，生產車間為恒溫恒濕環境，空調系統采用冷凍水制冷除濕和電加熱對送風進行加熱。改造車間共有2臺相同參數的全新風空調機組，機組風量m3/h。前期為了驗證相變節能器的節能效果，在其中1臺空調箱安裝節能設備，另外1臺空調箱不作變動。

　　節能改造完成后，用戶于2018年10月18日至2018年10月23日期間，共5天，對機組用電量進行記錄和對比。

　　根據電表實測數據，相變節能器平均每天可節約用電614kwh。

　　中山某通訊半導體生產企業空調機組節能改造

　　該項目位于廣東省中山市火炬開發區，主要從事電子通訊半導體模組封裝測試，車間為恒溫恒濕潔凈環境，空調系統采用冷凍水制冷除濕和電加熱對送風進行加熱。

　　空調機組AHU1-1采用相變節能器進行節能改造，該機組風量m3/h，根據改造完成后的測試數據計算，每年可節約空調用電費用41.6萬元。