通道轮式新风换气机结霜规律.pdf

中国工程热物理学会 工程热力学与能源利用 170 学术会议论文 编号：061 通道轮式新风换气机结霜规律 高波l，2罗二仓1程志刚3董重成4 (1．中国科学院理化技术研究所北京100080 2．中国科学院研究生院北京100039 3．北京建工集团国际工程部北京100069 4．哈尔滨工业大学哈尔滨150090) E-mai 联系电话：010-825437311：Ecluo@c1．cryo．ac．cn 摘要：通道轮式新风换气机在严寒地区冬季运行时，其室外排风侧结霜是影响其应用和发展的主要问 题．本文建立了通道轮式换热器的传热特性模型，并与结霜模型相结合，分析了不同工况下室内排风 的温度、相对湿度、室外新风温度等对结霜的影响，得到了结霜厚度、结霜量的变化规律．同时，为 进一步分析该设备在结霜工况下的性能，采取有效的除霜控制方法提供了依据。 关键词：通道轮式新风换气机；结霜；模拟 1引言 通道轮式新风换气机(国家专利号：Z1)是国内近年才兴起的换气设备， 它解决了日常换气及能量回收等问题，其工作原理见图l。通道轮式新风换气机的核心 与其相连接的换热器组成。换热器工作时处于高速旋转状态，利用旋转产生的离心力及 两端的离心式风机叶轮产生的负压引起的轴向力，使空气双向流动并强制换热。热交换 通道内的气流多次碰撞器壁，破坏换热器器壁上的“驻点”，从而有效的提高了换热 效率。但是，该设备在严寒地区冬季运行时，当通道轮式换热器室外排风口侧表面温度 低于周围空气的露点温度且低于O℃时，就会存在着结霜的问题。霜的形成会影响通道 轮式换热器的正常工作，结霜严重时新风换气机会停止运行。而目前有关通道轮式新风 换气机方面的研究甚少，对其结霜规律更没有明确的概念。因此，我们必须对新风换气 机的结霜规律进行深入的研究以指导其在严寒地区冬季的应用。 图l通道轮式新风换气机』．作原理示意图 本文分析了通道轮式新风换气机室外排风侧结霜的机理，在能繁守恒、含湿量守恒 的基础上建立了通道轮式换热器在结霜一r况下的传热模型，并与结霜模型有机地结合起 702 来，分析了不同工况下室内空气的温度、相对湿度、室外温度等对结霜的影响，得到了 结霜厚度、结霜量的变化规律。同时，为进一步分析该设备在结霜工况下的性能，采取 有效的除霜控制方法提供了依据。 2模型的建立 新风换气机在结霜工况下的数学模型包括结霜模型和换热器传热模型，建立模型之 前有必要对假设条件进行阐述： 2．1建模时的假设 (1)室外新风侧冷空气和室内排风侧热空气不可压缩并处于热平衡； (2)同一截面上室外新风侧冷空气和室内排风侧热空气的质量流量相等： (3)换热器内空气沿通道作一维流动； (4)室外新风侧冷空气和室内排风侧热空气的质量流量在整个通道内都是常量； (5)传热系数在整个换热面上不变； (6)能量方程中忽略动能和势能的影响； (7)忽略空气与霜之间的辐射换热； (8)计算过程中通道轮内表面霜层均匀分布； (9)结霜过程为准稳态过程，即在某一很短的时间步长4t内，结霜过程是稳态的： (10)霜是逐层形成的，每一层霜的密度与导热系数由于其凝结时的空气一霜交界面温 度不同而不同。 2．2结霜模型的建立 霜的积累速率是由进出通道轮式换热器排风侧空气湿度的变化决定，即 mp=历(吐加一反删) (1) 量(kg／kg．干)，4。埘是室外排风的含湿量(kg／kg．干)。 由于霜的多孔性和分子扩散作用，在表面温度低于OC的换热器上沉降为霜的水分 一部分用以提高霜层的厚度，一部分用以增加霜的密度，即：