热管换热器在洁净手术室空调系统中的应用

知识点：热管换热器

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为了降低洁净手术室一次回风系统的能耗，在循环机组表冷器的两侧装上热管换热器，其安装原理图见图４。 热管换热 器的 蒸发 段 置 于 表 冷 器 之前，冷凝段置于表冷器之后。 新风与回风混合并经 过滤后，先经过热管换热器的蒸发段，其内部工质蒸发吸收空气的热量，对送风进行预冷。 预冷后的送风经表冷器降温除湿后经过热管换热器的冷凝段，热管内工质冷凝放热，送风被预热。 然后经过空调箱的电加热段，进一步加热到送风状态点，送入房间。

在整个处理过程中，热管换热器利用了表冷器两侧的温差，对送风进行预冷和预热，可以降低表冷器的制冷量和电加热的再热量。 由于热管换热器为显热换热，送风的含湿量不会改变，不会影响室内相对湿度的调节。 但由于热管换热器为被动换热，无法保证预热后的空气满足送风状态点的要求，因此要在换热器后辅助以电加热，调节送风参数，满足手术室的要求。

（1） 带热管换热器空调箱处理过程分析

带热管换热器空调箱空气处理过程如图５所示，新风（Ｌ１ 点）与回风（Ｎ 点）混合至Ｃ 点，先经热 管换热器预冷至Ｃ１ 点，再由表冷器处理至机器露 点Ｌ２。 经过热管换热器预热到 Ｌ３ 点后再热至送风状态点Ｏ，然后送入室内。 与 一 次 回 风 相 比，热管换热器节能量主要为Ｃ—Ｃ１ 的预冷量和Ｌ２—Ｌ３预热量两部分。 需要注意的是，热管换热器会增加空调系统的阻力，从而带来风机能耗的增加。 因此，热管换热器的节能量应综合考虑节省的冷热量和风机阻力增加造成的电量增加。

在同一工况下，热管换热器的换热特性受管排数、工质种类以及管排材料的影响。在本例中选择常用的 Ｒ４１０Ａ 为工质，铜管铝肋片、镀锌框架为材料，讨论不同管排数下的换热及阻力情况，计算结果如表４所示。

（2）节能潜力分析

由表４可知，管排数增加可以增大换热量，从而减少电加热再热量和表冷器制冷量。但是随着管排数增加，阻力也相应增大，风机电量会进一步 增加。综合考虑表冷器、电加热的节能量和风机的能耗增加，热管换热器节能量用式（１）计算。

式（１），（２）中 ΔＱ 为热管换热器节能量，ｋＷ；ΔＱＲ再热量减少量，ｋＷ；ΔＱＣ 为表冷器制冷量减少量，再热量减少量相等，ｋＷ；ＣＯＰｚ 为空调系统综合ＯＰ，取3.0；ΔＱＦ 为风机能耗增量，ｋＷ；Δｐ 为热管换热器增加的阻力，Ｐａ；η为风机效率，取60％。

经计算，不同管排数的节能量如表５所示。当热管换热器的管排数增加时，热 管 的 换 热 能 力 增强，预热和预冷量增大，更有利于减少表冷器的制冷量和电加热器的再热量。与此同时，管排数的增加会造成阻力增加，进而增大风机的压头，相应的风机能耗也会增加。总体来说，管排数的增加会带来总节能量的增加。

从增加的风机能耗与减少的制冷和再热能耗的比值看来，当管排数越大时，该比值越大。说明随着管排数的增加，风机电耗的增加大于节能量的增加，热管的节能效率反而降低。且增大管排数会带来更高的初投资，因此需要确定热管换热器管排数的最佳值。

为了比较不同管排数的经济性，定义洁净空调运行时间为08：00—20：00，由于新风将集中处理到Ｌ１ 点，因此室外气象参数对其运行的影响较小，管的年省电量为节能量乘以时间。为了计算静态投资回收期，根据上海电费标准，以非夏季平段电价（0.752元／（ｋＷ·ｈ））为标准，计算节省的电费。由表６可知，管排数增加，节省的电费相应增加，但由于初投资也增加，因此静态投资回收期会随管排数的增加而变长。

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