热管技术在通风空调节能中的应用分析

吕蒙

摘 要：目前，在建筑空調通风节能之中运用热管换热技术十分宽泛，然而现今大多都是针对具体的案例来实施分析研究，各个设计与运行条件之下而得到的结果不一，存在差异性。鉴于此，本文主要分析热管技术在通风空调节能中的应用。

关键词：热管技术;通风空调节能;应用

所谓“热管原理技术”是国外的行业专家发明出的一种“热管”传热元器件，被称为“热管”。在空调的制冷系统中，冷凝器通过做功换热，将高温高压的气态制冷剂与外界的空气做热交换，将其变为低温的液态形式，如果任由这部分热量通过冷凝器排放至冷却介质即自然环境中，会对室外环境造成热污染，加重温室效应。这部分热量也会增加空调冷凝器的热负荷，如果将这部分热量回收起来，可以有效减少环境热污染，也可以减轻空调热负荷，将会带来非常大的环保效益。若将这部分热量进行再利用，如作为生活用水的热源，还能节约部分用于加热生活用水的能源，带来较为可观的经济效益。

一、热管技术原理

20世纪60年代的美国，LosAlamos国家实验室的工作人员发明了一种导热元件，这就是热管技术的基础模型。在早期的技术应用中，热管技术被应用在航天与军工领域中，随着市场化的发展，热管技术逐渐进入了散热器制造的商业领域，并取得了较大的突破。而在步入信息化时代后，由于电子设备对散热的刚性需求，使热管技术逐渐进入了电脑PC机、手机、游戏机等设备的散热组件中，从而使热管技术表现出了技术应用上的开放性。技术原理方面，热管技术将热传导理论作为基础，在制冷介质的下，展现出了高速率的热传导特性，通过热管将热量迅速的转移到了热源外部，已高过任何已知金属材料的导热水平，表现出卓越的功能价值。

从热力学的角度出发，热管充分地利用了相变传热的原理，使热管两端的温度表现出明显的差异性。在管壳、吸液芯、端盖的结构中，热管内部始终保持负压状态，在充入一定低沸点液体介质后，通过吸液芯多孔的结构，介质由热源端通过相变传热的方式将热量向另一端传导。

二、热管换热技术的工作原理分析

在热管内的蒸发段，液态工质吸收外界热源热量后，产生汽化潜热，进而发生相变变为液态。产生的蒸汽密度较低，在管内压差的作用下，上升至冷凝段，蒸汽遇到低温壁面及外部冷源后，重新凝结成液体，液化时放出潜热，并通过管壁将热量传递到外部冷液体，而管内液化后的液态工质在重力作用下回流到蒸发段，再次进行吸热蒸发。如此循环反复，实现对外部冷热两种介质的热量传递与交换。

热管换热器分为气-液式、液-液式、液-气式、气-气式等，该系统采用气-液式热管换热器，利用重力使液体介质回流。我们采用热管换热器是由于其效率较高，设备费用适中，易于维护保养，占用空间小，不产生交叉污染，不需要辅助设备，抗冻能力较好，符合我们改造管道的需求，接管灵活，施工起来方便简易。

三、热管技术在通风空调节能中的应用

在通风空调之中运用人管换热技术，其基本上可以分成两种类型：一类是房间空调等小范围的换气热（冷）回收;另外一个则是集中排风废热（冷）回收，其主要运用在饭店、商场、医院与工厂车间等等较大范围的建筑。

（一）集中排风废热（冷）回收

公共建筑规模相对较大，另外因为人员密度大或者是生产仪器标准，换气次数多，像是医院洁净手术室则要达到换气次数40次/h之上，由于集中排风废热（冷）回收潜力相对较大。

运用分离式热管换热器，运用空调系统排风废热（冷）能量进行预处理新风，新风则依照的是30%来进行计算，可以促使空调系统节能则会达到7%之上。在新风和排风之间温差逐步较大与新风比不断增加大的形势之下，节能成效尤为明显，各项实验得知冷、热气流温差在3℃之上，随即可以将能量予以回收。随即南京与上海等长江中下游区域夏季排风废冷能量回收的时间基本上可以达到1500h之上，且在三年之内来可以实现设备造价的收回。

在针对风道自然培风系统进行能量回收的过程之中，热管换热器的整体性能势必会受到气流速度、管排数量、热管排列方式、管外翅片形式、吸液芯结构与工质等诸多因素共同影响。那么热交换效率也会随着风速的逐步提升而变小，阻力也会随着风速提升而变化。针对风道自然排风系统，相应的就可以控制换热风速在1m/s之内。针形翅片、锥形翅片没有百叶式翅片平翅片的换热效果优越，且压力损耗不大，其主要因素就在于百叶式翅片、平翅片和管壁进行更为充分的接触，但是针形翅片与锥形翅片而引发气流扰动变大。在风道风速达到0.5m/s的情况之下，运用百叶式翅片或者是一排平翅片热管，热交换效率基本可以实现40%，二排则可以达到70%，由此可以得知，在热管排数不断加大，热交换效率的提升速率则相对较缓慢，压力损失也慢慢变大。

（二）房间空调的换气热（冷）回收

房间空调器在相对潮湿的区域来予以运用的时候，会由于除湿能力不够污染无法将相对舒适化的室内环境打造出来。为了可以将该类问题予以解决，在原先不会改变空调器现有配置的形势之下，装设热管换热装置，将热管-空调器系统组建出来。新风则是预先从热管冷凝段进行预热之后再进入到空调器来进行送风处理，在排风通过热管蒸发段放热之后将其予以排除，从而实现回收排风废热，最终来降低空调器负荷的最终目标;另外在夏季的时候，空气是预先通过热管蒸发段进行预冷却之后，再通过冷却盘进行除湿，之后通过热管冷凝段升温之后再进行送风。在通过上述处理工序之后来显著提升空调系统的除湿与制冷能力，从而实现将完全或者是部分取消再热器负荷，进而达到节省空调系统的能耗，最终在最大限度之上来提升舒适度的目标。

冷凝器处冷凝温度过高会增加冷凝器的热负荷，减少冷凝器构件使用寿命，也会降低冷凝效率。如果在冷凝器处加上回收热量装置，可以解决上述问题，对冷凝器起到保护作用。

余热回收系统加持到空调中，将会加强制冷空调冷水机组冷却效果，降低冷凝压力，从而降低冷却机组的电损耗。不仅如此，回收的空调余热可以作为新的热源为其他装置提供热量，不仅可以减少其他装置（如家用热水器、供暖锅炉等）的燃料使用量，还可以减少因使用新的热源而产生的污染废料。

总之，目前，建筑通风空调方面的能耗与日俱增，能力回收潜力也在慢慢变大，热管换热技术则适宜运用在通风空调能源回收系统之中;和房间空调结合起来，可以直接性的提升系统的除湿效率，从而达到空调系统能耗的节省，最终直接性的提升环境的舒适性。

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