热回收在除湿机中的应用特性研究

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3.0 牛悦 2024-11-11 4 4 2.46MB 85 页 15积分

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摘要

当今社会能源问题日益严重，倡导节约能源、降低能耗已经成为必要手段。本

文将具有热回收作用的叉流板式热交换器应用于传统的冷冻除湿机中，设计了一

套具有热回收作用的除湿机，热回收除湿机除了能起到对室内空气降湿的作用之

外，也可以大大节约能耗。针对于热回收除湿机的特点，本文做了一系列的研究。

板式热交换器中，冷热流体以正交叉流的方式流经换热通道，由于冷热流体的

温度在流动过程中是不断变化的，这种温度的变化不仅仅发生在沿流体流动方向，

在垂直于流体流动方向也同样有温度差的存在，即使在同一流面上温度也不是均

匀分布的。确定板间温度场的分布，对机组性能模拟的准确性起到了至关重要的

作用。本文建立了板式热交换器板间温度场分布的数学模型，模拟分析了板间温

度场的分布情况，包括冷热通道出口断面的温度分布，结果发现冷热流体出口断

面最大温度差都为 5.8℃，温度差异性分别为 25%和27%；同时还模拟分析了隔板

尺寸、来流风速和来流温差对其热交换效率的影响。

建立了热回收除湿机除湿系统的空气处理数学模型，其中包括冷凝器和蒸发器

空气侧换热数学模型。由于蒸发器的来流为板式热交换器的回风出流，因此重点

研究了来流温度不均匀情况下蒸发器空气侧的换热分析，这对整个除湿系统的模

型准确性都是至关重要的，可以更精确的确定该除湿机的理论除湿量和空气处理

各状态点参数。模拟分析结果为：标准工况（回风温度 27℃，相对湿度 60%）下，

该热回收除湿机的理论除湿量为 0.66kg/h。

对实验样机进行实验研究，在实验条件允许的情况下，分别测试了对应回风温

度：15℃、20℃、27℃、32℃、35℃，相对湿度：40%、50%、60%、70% 下的共

计20 组工况。实验结果显示：标准工况下的热回收除湿机的除湿量为 0.6kg/h，与

理论结果比较吻合，验证了本文所建立模型的准确性。同时，根据实验结果分析

回风相对湿度和温度分别对本样机性能参数：MER 和SMER 的影响。最后，对热

回收除湿机的节能特性进行分析，实验结果表明：标准工况下，该除湿机系统总

冷量 1157w，压缩机提供的冷量为 714w，板式热交换器回收的冷量为 442.8w，热

回收比例为 38.3%。低温工况下该除湿机热回收的比例在 24%左右，高中温工况下

该除湿机热回收比例在 38%左右。由此可见，本文所设计的板式热回收除湿机在

达到设计除湿效果的基础下，节能特性也是很明显的。

关键词：板式热交换器热回收除湿机数学模型除湿量 MER SMER

节能

ABSTRACT

Energy problem is becoming more and more serious in nowadays society,advocating

to save energy and reduce energy consumption have became a necessary means.This

article designed a set of dehumidifier with heat recovery which applied cross-flow plate

heat exchanger with heat recovery effect to traditional refrigeration dehumidifier. Heat

recovery dehumidifier can besides reduce indoor air humidity, also can greatly save

energy consumption.Based on the characterstics of the heat recovery dehumidifier, this

article did a series of research.

In the palte heat exchanger, the cold and hot fluid flows through the heat transfer

channel in the form of positive cross-flow. Due to the cold and hot fluid temperature are

changing in the process of flowing, this changer not only happened in along the flow

direction, there is also existence temperature difference perpendicular to the direction of

fluid flow, even in the same class on the surface temperature is not evenly distributed.

Determined the distribution of temperature in the palte played a vital role of

simulating the machine/s accuracy performance. This article modles the distribution of

temperature in the palte of the plate heat exchanger, simulates and analysis the

distribution of temperature in the palte, including the hot and cold fluid temperature

distribution in the cross section of the channel exit. Found that the maximum

temperature difference of the hot and cold fluid outlet section is 5.8℃, the temperature

difference were respectively 25% and 27%; simulation analysis the influnce of plate

size ,flow velocity and flow temperature on its heat transfer efficiency.

Established the model of air treatment of heat recovery dehumidifier

dehumidification ,including the condenser and evaporator air side heat transfer

mathematical model. Because the air flow the evaporator is the return air flow of the

plate heat exchanger., so mainly studied the evaporator air side heat transfer analysis of

the non-uniform flow temperature conditions, it/s essential for the accuracy of the model

of the dehumidification systerm , can more accurately determine the dehumidifier

theory capacity and each state point parameter of air handling. Results of the simulation

analysis is: the standard operating mode (the return air temperature is 27 ℃, relative

humidity 60%), the theory dehumidification quantity of heat recovery dehumidifier is

0.66 kg/h.

Taken the experiment for the machine, under the experimental conditions allow,

respectively test the corresponding return air temperature: 15 ℃, 20 ℃, 27 ℃, 32 ℃,

35 ℃, relative humidity: 40%, 50%, 60%, 70% under the working condition of a total

of 20 groups. Experiment results show that the dehumidification capacity of the heat

recovery dehumidifier was 0.6kg/h, same with theoretical results, verified the accuracy

of the established model. At the same time, according to the experimental results

respectively analysis the influence of the return air relative humidity and temperature

for this prototype performance parameters: MER and SMER. Finaly analyz the energy

saving characteristics of heat recovery dehumidifier. Experimental results shoe that:

under the standard conditions, the dehumidifier system total cold quantity is 1157 w,

compressor provided the cold quantity is 714 w, the cold recycling of plate heat

exchanger is 442.8 w, heat recovery ratio is 38.3%. Under the low temperature

condition, the dehumidifier heat recovery ratio is around 24%, Under the middle and

high temperature conditions, the dehumidifier heat recovery ratio is around 38%. Thus

the plate heat recovery dehumidifier this paper besides can reach the designed

dehumidification effect, also energy saving features is obvious.

Key Word: palte heat exchanger, heat recovery dehumidifier,

mathematical model, dehumidification capacity, MER, SMER, energy

saving

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 ...................................................... 1

1.1 课题背景与意义 ............................................ 1

1.1.1 建筑节能 ............................................... 1

1.1.2 空气湿度问题 ........................................... 3

1.2 国内外研究现状 ............................................. 4

1.2.1 通风余热回收装置的概况 ................................. 4

1.2.2 板式热交换器国内外研究现状 ............................. 8

1.2.3 除湿机国内外研究现状 .................................. 10

1.3 本课题的研究内容及主要工作 ............................... 13

第二章板式热回收除湿系统空气处理数学模型 ....................... 14

2.1 板式热交换器简介 ......................................... 14

2.1.1 板式热交换器工作原理 .................................. 14

2.1.2 热工性能 .............................................. 15

2.2 热回收除湿机系统原理分析 .................................. 17

2.2.1 热回收除湿机工作原理 .................................. 17

2.2.2 除湿、节能原理分析 .................................... 19

2.2.3 除湿机性能评价指标[33,26] ................................ 20

2.3 板式热交换器板间温度场分布数学模型 ....................... 21

2.3.1 传热过程分析 .......................................... 21

2.3.2 建立数学模型 .......................................... 22

2.3.3 模型求解 .............................................. 26

2.4 除湿系统空气处理数学模型 .................................. 26

2.4.1 冷凝器空气处理数学模型 ................................ 27

2.4.2 冷凝器空气处理模型求解 ................................ 29

2.4.3 来流温度不均匀时蒸发器空气处理数学模型 ................ 29

2.4.4 蒸发器空气处理模型求解 ................................ 33

2.5 热回收除湿机系统数学模型 ................................ 33

2.6 matlab 控制仿真软件介绍 ................................... 34

2.7 设计工况下除湿量的计算 ................................... 35

2.8 本章小结 .................................................. 37

第三章板式热回收除湿机机组设计 ................................. 38

3.1 热回收除湿机结构原理 ..................................... 38

3.2 部件设计及选型 ........................................... 38

3.2.1 制冷系统热力参数的确定 ................................ 38

3.2.2 制冷循环的热力计算 .................................... 40

3.2.3 热力计算 .............................................. 41

3.2.4 压缩机选型 ............................................ 43

3.2.5 冷凝器的设计计算 ...................................... 44

3.2.6 蒸发器设计计算 ........................................ 48

3.2.7 节流元件的选择 ........................................ 49

3.2.8 板式热交换器的选择 .................................... 50

3.2.9 风机的选择 ............................................ 50

3.3 板式热回收除湿机装配图 ................................... 51

3.4 本章小结 ................................................. 52

第四章板式热回收除湿机实验设计 ................................. 53

4.1 实验目的及内容 ........................................... 53

4.2 实验系统介绍 ............................................. 53

4.2.1 焓差实验室简介 ........................................ 53

4.2.2 实验测量系统简介 ...................................... 54

4.3 板式热交换除湿机实验设计 .................................. 58

4.3.1 实验工况及参数确定 .................................... 58

4.3.2 测点布置 .............................................. 58

4.3.3 实验步骤 .............................................. 59

4.4 本章小结 ................................................. 60

第五章模拟计算和实验研究结果分析 ............................... 61

5.1 板式热交换器板间温度场模拟计算和实验研究对比分析 ......... 61

5.1.1 标准工况下板间温度场模拟结果分析 ...................... 61

5.1.2 隔板尺寸对热交换效率的影响 ............................ 64

5.1.3 风速对热交换效率的影响 ................................ 65

5.1.4 来流温度差对热交换效率的影响 .......................... 66

5.2 板式热回收除湿机系统模拟计算和实验研究结果分析 ........... 67

5.2.1 回风相对湿度对单位时间除湿量（MER）的影响 ............. 67

5.2.2 回风温度对单位时间除湿量（MER）的影响 ................. 68

5.2.3 回风相对湿度对单位能耗除湿量（SMER）的影响 ............ 69

5.2.4 回风入口温度对单位能耗除湿量（SMER）的影响 ............ 70

5.2.5 节能分析 .............................................. 71

5.3 本章小结 ................................................. 72

第六章结论与展望 ............................................... 74

6.1 主要研究成果 ............................................. 74

6.2 需要进一步开展的工作及展望 ............................... 76

参考文献 ........................................................ 77

在读期间公开发表的论文和承担的科项目及取得成果 .................. 80

致谢 .......................................................... 81

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摘要当今社会能源问题日益严重，倡导节约能源、降低能耗已经成为必要手段。本文将具有热回收作用的叉流板式热交换器应用于传统的冷冻除湿机中，设计了一套具有热回收作用的除湿机，热回收除湿机除了能起到对室内空气降湿的作用之外，也可以大大节约能耗。针对于热回收除湿机的特点，本文做了一系列的研究。板式热交换器中，冷热流体以正交叉流的方式流经换热通道，由于冷热流体的温度在流动过程中是不断变化的，这种温度的变化不仅仅发生在沿流体流动方向，在垂直于流体流动方向也同样有温度差的存在，即使在同一流面上温度也不是均匀分布的。确定板间温度场的分布，对机组性能模拟的准确性起到了至关重要的作用。本文建立了板式热交换器板间温度...

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