通风换热器的设计及实验研究

　   随着人们居住条件的不断改善和提高，安装

空调系统的房间也越来越多。但随着空调系统的普及，其能耗也在不断增加；同时，空气调节在

给人们带来享受的同时，一些弊病也在逐步体现,长期生活在空调房间的人也越来越表现出严重的

病态反应，即所谓的病态建筑综合症（SBS)。在这种情况下SBS问题主要是室内空气品质

(IAQ)不佳而引起的。解决这一问题的有效办

法就是进行通风换气，但通风带来的大问题是室内冷、热量的大量流失。因此，在改善室内空

气品质的同时节约能量成为一个急需解决的问题。

   本文通过介绍一种自行设计的通风换热器来

回收空调房间的冷、热量，在改善室内空气品质的同时达到节能的目的。

2、 通风换热器的设计

2.1通风换热器的结构选择

   通风换气机的核心部件是换热器，由于空调

房间室内外温差比较小，因此对换热器的要求就比较高，所以在换热器的设计和加工制造时应当

考虑以下几个方面：（1)从换热效果方面考虑，要求换热器具有传热系数高的特点。（1)从制造

方面考虑，要求换热器还应加工制造方便，成本低。（1)从节能方面考虑，要求换热器具有阻力

小的特点。

   基于以上三方面的考虑，设计了一种圆盘形

板式换热器，材质为铝板，板厚=0.3mm，直径0=300mm，板间距办=3mm，米用冷、热流道间隔布置方式。

2.2通风换热器的热力计算

   设计计算的数据选取是以北京地区为例进行

的，其具体数据为:

=24?28°C，计算取T=26°C，室外计算干球温度T=33.2°C

冬季：室内温度r=18?22°C，计算取T=20°C，室外计算干球温度T=-12°C

$郭建，男，1973年出生，注册质量工程师，工学硕士，主要从事强化传热和建筑节能方面的研究 

   换热器的设计计算选用风量为90m3/h，风速

为3瓜/8，效率按70考虑。

换热量计算采用公式0

对流换热系数的计算采用爱默生Emerson)公式:

3、，室内、外空气

分别经风机加压后进入恒温水槽，通过调节恒温

水槽的温度来控制进入换热器的空气温度，从而

用来模拟冬、夏季空调房间室内工况和室外工况。

在新、排风的进、出口管道上均装有r型铠装热

电偶，并与数据采集仪相连；另在新、排风的入

口装有便携式热线风速仪，测量入口风速；在新、

排风的进、出口设有测压孔，与微差压计相连，

测量新、排风侧的进、出口压差；为了测定在不

同风速下换热器的性能，采用了变频调速风机。

总传热系数的计算公式为：

上式中：TO―质量流量，'.SS 

Cp―定压比热，取

Ar―新（排）风进出口温差，*;k―传热系数，妒.to*.°C―S

G―平均质量速度，Xg1-1;

M―流体的粘度（流体进出口平均温度下的值)，

h―对流换热系数，妒，―2JC―1;De―当量直径，to;

5―板间距，m;r/―污垢系数，m2.mA―铝板的传热系数，妒.to―2C―1

换热器计算的程序框图见图1

4、实验结果与理论计算结果对比bookmark5

°?时的理论计算结果和实验结果的对比，从表中

可以看出，随着风速的增加，换热量和传热系数

都随之增大；实验得出的结果与理论计算结果相

比，换热量的相对误差为10左右，传热系数的

相对误差为12左右。加工出来的换热器的性能

基本达到了设计要求。

实验条件 名称 理论计算结果实验结果

5、实验结果误差分析

   实验结果误差主要来自以下几方面：

   换热器板间距原设计均为3mm，但在换热器的实际加工制造过程中，特别是在每片换热板组

装焊接过程中，很难保证间距为3mm。因此，实际板间距总是比3mm或大一些或小一些，特别

是在靠近换热器底层，其间距仅为1mm，从而使进入换热器的空气流量分配很不均匀，有的板片

间流量较大，有的板片间流量较小，造成每相邻流道间换热效果不同，整个换热器换热效果变差，

使实验值小于理论计算值。

   ⑵流道内空气出现短路

换热器进口与出口距离过近，尽管设计时为了避免出现短路，在进出口间冲压了

“U”型凸

台，但由于各流道实际板间距并不完全相同，从而不可避免的出现了流道内空气的短路，造成冷

热空气未经加热（或冷却）便达到了出口处，而在出口处又与经换热后的空气混合。结果其出口

温度T2为：

   式中：X―短路部分占流道内空气总流量的

百分比；

   乃一换热器入口处的空气温度；

   t2'―经换热器换热后的空气出口温度，即占

总流量1一x的有效空气流的出口温度；

   因此，由于参与换热空气量的变小，有效平

均温差发生了下降，造成换热效果变差，换热量减小，使实验值小于理论计算值。

⑶散热损失

   在换热器的理论计算过程中，是在假定冷热

流体的换热量相同的条件下进行计算的，但实际上，尽管对换热器进行了保温，散热损失仍是不

可避免的，因此，实际换热量小于理论计算值，使实验值小于理论计算值。

⑷换热面积

   由于换热器流道内空气的短路，造成实际换热

面积小于换热板片的面积，从而实际换热量也相应的减少，而在计算中是采用换热板片的面积进

行计算，所以实验值小于理论计算值

6、结论

   空调系统中的余热回收属于低温余热回收，

具有温差小、回收热量不大的特点，为了使回收的热量大于所消耗的电能，真正起到节能的目的，

所以在进行通风换热器的设计时，应选择合理的结构形式，以便提高其传热系数和减小阻力。本

文根据这一要求设计加工出的换热器，其性能基本达到设计要求，满足低温余热回收的特点，具

有一定的推广应用价值。