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探讨暖通空调设计中全热交换器的使用

发表时间：2021/5/19 来源：《基层建设》2020年第35期作者：卢涛

[导读] 摘要：随着经济和科技水平的快速发展，暖通空调系统的功能就是创造舒适、健康的室内环境。

        中信建筑设计研究总院有限公司湖北省武汉市 430021
        摘要：随着经济和科技水平的快速发展，暖通空调系统的功能就是创造舒适、健康的室内环境。暖通空调系统参数中，除温度、湿度参数外，另外一个主要的参数就是室内空气品质，一般情况下，通过合适的措施增加室内新风量是改善暖通空调室内空调品质最有效的方法，新风量越大，室内空气品质越好。但是，新风量的增加会增加处理新风的耗能。在符合基本要求的设计条件下，用于处理新风的能耗一般要占整个空调运行费用的30%-40%。虽然人们已意识到能源紧张带来的危机，但人们追求舒适健康的环境要求是不会停步的，满足人们的这种要求与能源紧张的矛盾将会更加突出。因而空调系统中增加新风量的同时如何能做到节约能源消耗的问题是最近几年暖通空调节能研究的一个重要新课题。
        关键词：现代建筑；能源消耗；建筑节能
        引言
        热交换器制造过程中的瓶颈工序———管束穿管，目前还停留在人工操作阶段，存在劳动强度大、生产效率低等缺点。详细阐述了热交换器管束穿管现状及直管热交换器管束自动穿管的设计理念、研究思路及部件功能，通过PLC控制系统和多连动技术等实现穿管工序重要3步，即抬管、认管头、推管的自动化操作。后期经过产品实物验证，应用结果表明，自动化穿管速度为人工穿管速度的2～3倍，劳动强度同比降低70%，大幅提高了生产效率的同时也降低了劳动强度，可为行业内非标设备的设计、制造、采购等提供参考。
        1全热交换器的含义
        （1）全热交换器，顾名思义它不仅湿空气在其中可以进行温差势引起的显热交换，也可以进行（温差势）的潜热交换，即全热交换。全热交换器作为一种节能设备，为解决建筑物的舒适性环境的要求与能源紧缺矛盾提供有效的装置，全热交换器正是在这种矛盾日益突出的背景下受到人们的重视。全热交换器的种类很多，按芯体运动状态可分为静止式和转轮式两种全热交换器。一般情况下，静止式全热交换器芯是由平隔板与褶皱板交替排列，相邻两块褶皱板的叠放是互相垂直的，各自的两侧框条起刚性加强和密封作用，从而使两股空气按交叉流方式通过换热芯起到热、湿交换作用。（2）空调系统中增加排风量的同时也增加了新风量，夏季时的降温调节以及冬季时的供暖调节中，新风与排风之间存在比较大的热湿差，如果能对新风与排风进行全热交换，是可以用于降低新风能耗。例如夏季的空调系统中，一般室内空气的温度为25±2℃、相对湿度为55±10℃，以全热交换效率65%计算，则可以节省中央空调新风处理能耗的65%，即可节省整个中央空调运行费的20%~26%，从而实现高效节能的目的。因此，在空调系统中采用全热交换器是实现既改善空调室内空气品质，又能节能的有效方法。另外，由于空气与水直接接触时也发生与上述全热交换器相似的热质交换现象，而且在制冷空调系统中起着重要的调温、控湿作用，在环境保护以及建筑节能方面也起着越来越重要的作用。
        2全热交换器在暖通空调设计使用
        2.1室内风机转速的影响
        室内风机的转速决定了通过换热器的风量，直接影响室内机的能力输出，是空调系统中重要的参数。随着室内机转速的增加，室内机凝结水量存在最优值。转速由200r/min升至350r/min，凝结水量由95g升至186g。转速升至400r/min，凝结水量反而有所降低。这是由于随着室内机转速的提高，经过换热器的风量增加，使更多的水蒸气在换热器表面冷凝，故室内机的凝结水量增加。但是风量增加的同时室内机盘管温度随之升高，当转速高于350r/min时，室内机盘管与空气的传热温差减小，导致凝结水量出现降低。因此，对于本文的实验系统而言，室内风机转速设定为350r/min时，凝结水量最大，可以达到最优的清洁效果。

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        2.2换热管推送机构
        热交换器自动化穿管换热管推送机构由气动加紧机构、电机齿轮、气动补推机构组成，可实现换热管直线送进，以长度6000mm换热管的推送过程为例，说明换热管推送机构的用法。换热管推送过程分2个步骤，前5500mm管长辅以锥形引导头，由气动夹紧机构和电机齿轮依靠摩擦力送管，后500mm管长用气动机构送管。后500mm管长推送时因管板孔直径小，夹紧产生的摩擦力相对不足，这时需依靠气动机的推力顶进管板。气动机的作用是补充性的，所以称为气动补推机构。目前每排换热管第一根和最后一根的管头识别由人工辅以确认，中间换热管全由计算软件控制实现连续性穿管。
        2.3换热管
        换热管本身不发生损坏是有效解决因换热管与管板连接失效而导致管、壳程介质窜漏的前提条件。设计要求：１）换热管应选用ＧＢ／Ｔ　9948—2013中冷拔或冷轧钢管。换热管尺寸精度应选用高级精度，外径允许偏差等还应符合《锅炉、热交换器用管订货技术条件》（ＮＢ／Ｔ　47019—2011）。２）逐根按ＧＢ／Ｔ　9948—2013进行液压试验，不允许用涡流检测和漏磁检测代替液压试验，且需切除检测盲区。化学成分、力学性能和工艺性能试验按ＧＢ／Ｔ　9948—2013执行。３）Ｕ形管弯制后逐根进行耐压试验，试验压力不小于热交换器管、壳程耐压试验压力的高值。４）穿管前，换热管管头端至内管板壳侧（含管板厚度）至少３０ｍｍ长度范围内须除去铁锈和油污等，呈现原金属光泽。
        2.4其它辅助设备
        热交换器自动化穿管系统其它辅助设备主要包括上料架、管束支撑架和管板高度调整液压升降机。上料架主要用于放置成捆的换热管，在设备实际运行时方便换热管上管。管束支撑架用于不同直径管束水平放置，换热管与拆流板组装后可以根据折流板直径大小选用合适的支撑架。管板高度调整液压升降机用于调整管板高度，保证管板与折流板同心，因管板外圆尺寸大于折流板的，穿管时管板不能同折流板一起放到支撑架上。
        2.5热交换器的耐压及泄漏试验
        按图样试验压力分别对壳程和管程进行水压试验，除检查壳程和管程各焊接接头外，还应重点从隔离腔的空间检查换热管与内、外管板的连接质量。如果盛装介质毒性危害程度为极度或高度，还应进行泄漏试验。如前文所述，为了更好地检测换热管与内管板的胀接质量，在强度校核通过的前提下，设计时提高了壳程水压试验压力。由于定性判断是否泄漏相对容易实现，而确定泄漏的准确位置非常困难，因此，制造时要严格控制换热管与管板连接的质量。
        结语
        采用机械化操作取代手动作业，完成了直管热交换器管束自动化穿管系统的设备设计制造，极大提高了工作效率，降低了劳动强度，在穿管的稳定性、质量可靠性、自动化等方面具有较大优势，希望能够对行业内非标机械工装的设计、研究提供一些参考依据。中央空调为人们营造舒适生活和工作环境的同时，也消耗了大量的能源，随着设备额定功率的增大，以及使用数量的增加，其对能源的消耗也不断增大。据统计，我国建筑物的能耗大约占了能源总消耗量的30%。特别是采用了中央空调的建筑，其能耗约占建筑总能耗的70%，而且还呈现逐年增长的趋势。空调节能的前景很大，节能技术的开发势在必行。而全热交换器在中央空调系统中的普及使用，极大地降低了建筑能耗，达到节能减排的目的，为绿色建筑的发展添砖加瓦。多联式空调系统的控制较为复杂，经常是同步调节多个参数。设计自动清洁功能，在保证室内机凝结水量和盘管温度最优的同时，各参数对系统可靠性的影响需要综合评估，此外不同的室内机组合搭配也需要进一步研究。
        参考文献：
        [1]姚培.全热交换器在暖通空调领域的应用及研究现状[J].2018，22（6）：130-133.