基于新型透湿膜全热交换器的性能研究

摘要

随着人民对居住环境舒适度要求的不断增高,空调作为调节建筑物室内热环境和空气环境的有效手段,得到了快速发展。空调耗能是建筑能耗的主要部分,因此,降低空调能耗对缓解能源短缺具有重要意义。新风负荷随空调系统新风量的增大而增加,并用能耗惊人。膜全热交换器不仅能回收室内空气的显热和潜热,起到降低空调系统新风负荷的作用,又能引进新风起到改善室内空气品质的的作用,具有很好的应用前景。 本文基于膜全热交换器数学模型的计算结果,对膜全热交换器的流道形状、尺寸等参数进行优化,采用本课题组开发的高效透湿膜制备了三个不同流道数和膜厚度的膜交换器芯体(SCUT)。同时,参照相关的标准建立了新型全热交换器热湿交换性能实验台,可以使气流均匀地通过芯体。结合多孔介质的传热理论运用分形理论推导膜有效导热系数的表达式,并计算了聚醚砜(PES)膜(用于制备膜全热交换器芯体的透湿膜支撑层)的膜有效导热系数,将计算结果与实验结果进行对比,表明运用分形理论可以有效的预测膜的有效导热系数在标准工况下和变工况下,以某公司产品XS芯体为参照,分别对XS和三个SCUT芯体的热湿交换效率及阻力特性进行测试,并对实验测得的数据进行处理和性能研究。研究表明：压力损失随着流道数和流量的增加而增大；新型透湿膜全热交换器的芯体潜热交换效率远远高于XS膜；在流道数相近情况下显热交换效率相差不大；通过对膜材料吸湿性能分析得出XS膜材料为Ⅲ型,SCUT则为Ⅱ型。 此外,对膜全热交换器的热湿传递性能进行研究,得到了膜全热交换器显热交换效率、潜热交换效率的数学表达式,显热交换效率和潜热交换效率随着传热和传质单元数增加而增大,当增加到一定值时,交换效率的增加幅度将会变小。根据以上公式计算出XS和三个SCUT芯体的热湿交换效率,并将计算结果与实验结果进行对比,结果表明通过理论计算可以有效的预测膜全热交换器的热湿性能,从而指导膜全热交换器芯体的流道形状、流道高度的设计及膜材料优化。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

声明

第一章绪论

1.1研究背景和意义

1.1.1我国能源形势

1.1.2建筑能耗及节能措施

1.2全热交换器研究进展

1.2.1转轮式全热交换器

1.2.2板翅式全热交换器

1.2.3全热交换器在空调系统节能性和室内空气品质改善中应用

1.2.4交换介质的热湿传递性能研究

1.3全热交换器的性能评价标准

1.3.1静止式全热交换器的效率

1.3.2静止式全热交换器的漏气率

1.3.3静止式全热交换器的空气动力性能

1.3.4转轮式全热交换器性能指标

1.5本课题研究意义和内容

第二章膜全热交换器理论分析及膜导热系数研究

2.1膜全热交换器理论分析

2.1.1传热机理分析

2.1.2传质机理分析

2.1.3压力损失确定

2.2膜导热系数研究

2.2.1多孔介质导热系数研究

2.2.2膜表面和剖面结构的分形研究

2.2.3膜导热系数的分形模型

2.2.4理论计算与实验对比

2.3本章小结

第三章膜全热交换器实验系统设计

3.1引言

3.2全热交换器热湿交换性能实验系统设计

3.2.1实验空气系统设计

3.2.2空气处理段(加热、加湿)设计

3.2.3流量的测量装置设计

3.2.4气流整流设计

3.2.5芯体固定架设计

3.3实验装置及仪器设备选择

3.3.1风机

3.3.2加热设备

3.3.3加湿设备

3.3.4测量风速装置-热线风速仪

3.3.5温湿度传感器

3.3.6数字微压计

3.3.6二氧化碳检测仪

3.3.7露点仪

3.4实测措施

3.4.1保温措施

3.4.1密封措施

3.5新型透湿膜芯体制备

3.6本章小结

第四章膜全热交换器的性能测试

4.1漏风量实验

4.1.1漏风量分析

4.1.2漏风率测试

4.2透二氧化碳实验

4.2.1 XS全热交换器芯体实验

4.2.2 SCUT#3全热交换器芯体实验

4.3全热交换器芯体的压降实验

4.4温湿度传感器的标定和误差分析

4.4.1温湿度传感器的标定

4.4.2误差分析

4.5热湿交换性能实验

4.5.1实验工况及计算说明

4.5.2冬天工况实验

4.5.3夏天工况实验

4.5.4变温度工况实验

4.5.5变湿度工况实验

4.6本章小结

第五章膜全热交换器的性能研究

5.1引言

5.2热湿性能实验研究

5.2.1标准工况

5.2.2变工况下芯体的性能研究

5.3热湿交换性能理论求解与实验结果分析

5.3.1显热交换效率理论值与实验对比

5.3.2潜热交换效率理论值与实验对比

5.4.本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢