U型三維除濕熱管相變節(jié)能在凈化空調(diào)機組中的節(jié)能應(yīng)用
一、應(yīng)用場所
實驗室、無塵車間、動物房、電子廠房、藥品生產(chǎn)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(diào)機組。在夏季時，空調(diào)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(fēng)溫度提高后送入空調(diào)區(qū)域。為了滿足室內(nèi)空氣溫濕度的要求，空調(diào)系統(tǒng)運行使用能耗非常大，存在較大的節(jié)能空間。
二、相變傳熱原理
節(jié)能器由蒸發(fā)段、絕熱段、冷凝段三部分組成，其結(jié)構(gòu)如上圖所示。當(dāng)節(jié)能器的一端受熱后，管道內(nèi)部的液體工質(zhì)吸收熱量汽化，在管道內(nèi)部產(chǎn)生壓差，氣態(tài)工質(zhì)流向節(jié)能器的另一端，將熱量從高溫端（即蒸發(fā)段）傳遞到低溫端（即冷凝段），在低溫端釋放熱量后，氣態(tài)工質(zhì)冷凝成為液態(tài)，液態(tài)工質(zhì)在管道內(nèi)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(fù)循環(huán)，只要節(jié)能器兩端存在溫差，節(jié)能器就進行工作，將熱量從高溫端傳遞到低溫端。
節(jié)能器利用工質(zhì)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(diào)節(jié)能原理
為了降低除濕過程中的過冷和再熱的能耗，將節(jié)能器做成U型的結(jié)構(gòu)，夾在表冷器前后，利用節(jié)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(diào)機組的制冷能耗和再加熱的能耗。
由于空調(diào)機組工作時，表冷器前后的空氣存在一定的溫差，利用節(jié)能器熱超導(dǎo)的特性，熱量由節(jié)能器的預(yù)冷段，轉(zhuǎn)移至節(jié)能器的再熱段?？諝饨?jīng)過節(jié)能器預(yù)冷段后，起到初步的制冷降溫效果，再經(jīng)過表冷器過冷除濕。過冷后的空氣經(jīng)過節(jié)能器的再熱段，溫度升高、相對濕度降低。節(jié)能器預(yù)冷和再熱的過程完全沒有能源的消耗，通過降低空調(diào)機組制冷量、減少或取代再加熱能耗，從而降低整個空調(diào)系統(tǒng)的能耗。
四、安裝形式
節(jié)能器呈“U型”結(jié)構(gòu)形式，將冷水盤管包在其中，如下圖所示，靠近空調(diào)機組進風(fēng)口一側(cè)為節(jié)能器蒸發(fā)段，其作用為預(yù)冷；靠近風(fēng)機一側(cè)為節(jié)能器冷凝段，其作用為再熱。
夏季空氣處理流程為：新風(fēng)---過濾---節(jié)能器預(yù)冷降溫---表冷器降溫除濕---節(jié)能器再熱升溫---風(fēng)機---加濕---中、高效過濾---送風(fēng)。
五、節(jié)能效果計算
以深圳某項目空調(diào)機組為例，該機組為全新風(fēng)機組，風(fēng)量為m3/h。定義新風(fēng)溫度為T1，節(jié)能預(yù)冷后的溫度為T2，表冷除濕后的溫度為T3，節(jié)能再熱后的溫度為T4。
當(dāng)新風(fēng)溫度T1=30℃，表冷器出風(fēng)溫度T3=12℃，相變節(jié)能器設(shè)計換熱效率35%，則節(jié)能再熱的溫升：
ΔT=35%*(T1-T3)=35%*(30-12)=6.3℃
節(jié)能再熱后的出風(fēng)溫度為：
T4=ΔT+T3=6.3+12=18.3℃
根據(jù)能量守恒原理，節(jié)能預(yù)冷量=節(jié)能再熱量
=CmΔT=C*ρ*V*ΔT
=1.01*1.25*÷3600*6.3
=66.3(kw)
空調(diào)系統(tǒng)扣除主機、水泵、冷卻塔、風(fēng)機等設(shè)備的輸送能耗后，綜合能效比按照3.0計算。根據(jù)項目所在地區(qū)的逐時氣象參數(shù)，全年新風(fēng)30℃的時刻總共有328個小時，綜合電價0.65元/kwh，則相變節(jié)能器每年30℃的時刻，預(yù)冷的節(jié)能費用為：
F1=66.3÷3.0×328×0.65=4710元
空調(diào)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(jié)能器再熱節(jié)省的蒸汽費用為：
F2=66.3×328×0.65=元
空調(diào)機組每年在新風(fēng)溫度為30℃的時刻，可節(jié)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(diào)機組在不同的新風(fēng)溫度時，對應(yīng)各個時間點的節(jié)能費用，累計后全年總的節(jié)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(diào)系統(tǒng)除濕能耗偏高問題，在空調(diào)機組里面安裝“相變節(jié)能器”，節(jié)能投資效益非常明顯，同時也符合國家當(dāng)前的節(jié)能減排精神。
六、部分項目案例
案例分享
深圳某光電生產(chǎn)企業(yè)空調(diào)機組節(jié)能改造
該項目位于龍華生產(chǎn)基地，生產(chǎn)車間為恒溫恒濕環(huán)境，空調(diào)系統(tǒng)采用冷凍水制冷除濕和電加熱對送風(fēng)進行加熱。改造車間共有2臺相同參數(shù)的全新風(fēng)空調(diào)機組，機組風(fēng)量m3/h。前期為了驗證相變節(jié)能器的節(jié)能效果，在其中1臺空調(diào)箱安裝節(jié)能設(shè)備，另外1臺空調(diào)箱不作變動。
節(jié)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(jù)電表實測數(shù)據(jù)，相變節(jié)能器平均每天可節(jié)約用電614kwh。
中山某通訊半導(dǎo)體生產(chǎn)企業(yè)空調(diào)機組節(jié)能改造
該項目位于廣東省中山市火炬開發(fā)區(qū)，主要從事電子通訊半導(dǎo)體模組封裝測試，車間為恒溫恒濕潔凈環(huán)境，空調(diào)系統(tǒng)采用冷凍水制冷除濕和電加熱對送風(fēng)進行加熱。
空調(diào)機組AHU1-1采用相變節(jié)能器進行節(jié)能改造，該機組風(fēng)量m3/h，根據(jù)改造完成后的測試數(shù)據(jù)計算，每年可節(jié)約空調(diào)用電費用41.6萬元。
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