U型三维除湿热管相变节能在净化空调机组中的节能应用

U型三维除湿热管相变节能在净化空调机组中的节能应用

　　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

　　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。

　　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。

　　五、节能效果计算

　　以东莞某项目空调机组为例，该机组为全新风机组，风量为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*÷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元

　　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=元

　　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+元=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元，详见下表：

　　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

　　案例分享

　　东莞某光电生产企业空调机组节能改造

　　该项目位于龙华生产基地，生产车间为恒温恒湿环境，空调系统采用冷冻水制冷除湿和电加热对送风进行加热。改造车间共有2台相同参数的全新风空调机组，机组风量m3/h。前期为了验证相变节能器的节能效果，在其中1台空调箱安装节能设备，另外1台空调箱不作变动。

　　节能改造完成后，用户于2018年10月18日至2018年10月23日期间，共5天，对机组用电量进行记录和对比。

　　根据电表实测数据，相变节能器平均每天可节约用电614kwh。

　　中山某通讯半导体生产企业空调机组节能改造

　　该项目位于广东省中山市火炬开发区，主要从事电子通讯半导体模组封装测试，车间为恒温恒湿洁净环境，空调系统采用冷冻水制冷除湿和电加热对送风进行加热。

　　空调机组AHU1-1采用相变节能器进行节能改造，该机组风量m3/h，根据改造完成后的测试数据计算，每年可节约空调用电费用41.6万元。