由于當(dāng)今社會及人們對環(huán)境的要求，節(jié)能在空調(diào)行業(yè)也越來越受到重視。由高效傳熱元件熱管組成的熱管換熱器具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，壓降低、效率高以及不需要輔助動力等優(yōu)點，另外，熱管換熱器不存在易堵塞或空氣交叉污染、不易維修、壽命短等不利因素，可以用來回收空調(diào)系統(tǒng)排風(fēng)中的能量,室外新風(fēng)吸收室內(nèi)空氣排風(fēng)的能量，以實現(xiàn)節(jié)能的目的。 

暖通空調(diào)系統(tǒng)是耗能大戶，在我國空調(diào)應(yīng)用逐年增加普及的情況下，其總能耗的份額將會進(jìn)一步快速增長。因此，暖通空調(diào)系統(tǒng)的能源有效利用和節(jié)能就成為空調(diào)事業(yè)發(fā)展中亟待解決的問題。同時，隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對環(huán)境的要求越來越高，尤其是在“非典”疫情發(fā)生以后，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的呼聲也日益高漲。據(jù)資料統(tǒng)計，在室內(nèi)、外新風(fēng)換熱裝置中，目前國際上流行的是傳統(tǒng)的板式和轉(zhuǎn)輪式能量回收裝置，雖然其熱交換效率尚可，但在大氣環(huán)境不理想的情況下，這些裝置存在易堵塞或空氣交叉污染、不易維修、壽命短等不利因素，而采用熱管式新風(fēng)換熱器進(jìn)行能量回收，能有效地避免上述弊端。空調(diào)節(jié)能對換熱器高傳熱性能的要求，以及人們對提高室內(nèi)空氣品質(zhì)的要求，使得熱管換熱器從眾多種類的換熱器中脫穎而出，因而近年來熱管用于空調(diào)熱回收系統(tǒng)中的研究得到了很大發(fā)展。用熱管對空調(diào)回、排風(fēng)中能量合理回收利用，收到了很好的節(jié)能效果。

熱管是一個封閉系統(tǒng)，由管殼、吸液芯和工質(zhì)組成，如圖1所示。將熱管內(nèi)抽成真空，緊貼熱管內(nèi)壁的吸液芯毛細(xì)多孔材料內(nèi)充滿液體，將其密封，熱管一端是蒸發(fā)段，另一端是冷凝段，中間根據(jù)需要可設(shè)絕熱段，當(dāng)熱管的蒸發(fā)段一端受熱時液體蒸發(fā)汽化，蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結(jié)成液體，液體再沿毛細(xì)多孔材料靠毛細(xì)力的作用流回蒸發(fā)段。如此循環(huán)不已，熱量由熱管的一端傳至另一端。

圖 1  熱管元件工作原理示意圖

圖2為KLRS低溫?zé)峁軗Q熱器工作原理圖

按照熱流體和冷流體的狀態(tài)，熱管換熱器可分為氣-氣式、氣-液式、液-液式、液-氣式。從熱管換熱器結(jié)構(gòu)形式來看，熱管換熱器又可分為整體式、分離式、回轉(zhuǎn)式和組合式【4】。

    以熱管為傳熱單元的熱管換熱器同常規(guī)換熱器相比，有一些獨特的優(yōu)點，主要表現(xiàn)在：

    1）傳熱效率高，熱管換熱器是以熱管本體為傳熱單元，具有很高的導(dǎo)熱性，強(qiáng)化了傳熱；

    2）熱管內(nèi)部是基于相變原理工作的，熱響應(yīng)快，傳熱量大，啟動時間短；

    3）熱管的熱力循環(huán)是在一個獨立元件中完成的，沒有附加外部力；

    4）等溫性能好，管壁溫度可調(diào)，可在較小的熱氣流溫差驅(qū)動下進(jìn)行外部熱交換；

    5）熱管換熱器的體積小、重量輕，單位重量換熱量大，這些特點客觀上能滿足空調(diào)回收能量中的氣-氣熱交換的要求。

熱管在一次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

    在一次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中，空調(diào)回風(fēng)中部分排出室外，而大部分回風(fēng)與室外新風(fēng)在混合室混合，混合后空氣經(jīng)過表冷器，由于表冷器表面溫度遠(yuǎn)低于混合空氣的露點溫度，因而混合濕空氣經(jīng)表冷器有部分冷凝水凝出，成為飽和濕空氣。離開表冷器的飽和濕空氣經(jīng)過再熱器以達(dá)到送風(fēng)狀態(tài)點。

在基本不改變空調(diào)現(xiàn)有配置的基礎(chǔ)上，熱管式新風(fēng)換熱裝置與空調(diào)機(jī)組配套，聯(lián)合使用，在冬季運行時，新風(fēng)先由熱管放熱段預(yù)熱后再進(jìn)入空調(diào)器內(nèi)處理后送入室內(nèi)，而室內(nèi)的回風(fēng)經(jīng)過熱管受熱段放熱后再排出室外，這樣排風(fēng)余熱得以回收，減少了空調(diào)器的負(fù)荷，實現(xiàn)了室內(nèi)能耗節(jié)省和空氣品質(zhì)提高的雙贏；夏季運行時，空氣先經(jīng)過熱管受熱段預(yù)冷后，再與室內(nèi)部分回風(fēng)混合，經(jīng)空調(diào)器冷卻盤管除濕后送入室內(nèi)，實現(xiàn)了室內(nèi)能耗節(jié)省和空氣品質(zhì)提高的雙贏。圖2為一次回風(fēng)式空調(diào)系統(tǒng)中使用熱管回收能量示意圖。

圖4 混風(fēng)式熱管式能量回收空調(diào)機(jī)組

與不加熱管換熱裝置的一次回風(fēng)空調(diào)器系統(tǒng)相比，空調(diào)系統(tǒng)制冷量由放熱段的交換冷量和表冷器部分的冷量組成。圖2中，在送風(fēng)管道部分設(shè)有溫度傳感器，送風(fēng)狀態(tài)4由溫度傳感器發(fā)出信號，控制熱管系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥的開度來調(diào)節(jié)熱管內(nèi)介質(zhì)的流量，從而調(diào)節(jié)空氣的溫度。當(dāng)冷熱氣流溫差只要超過3℃即可回收能量。

熱管熱交換器換熱后一次回風(fēng)空調(diào)器系統(tǒng)節(jié)能效果表現(xiàn)在表冷器所需的冷量減少。設(shè)回風(fēng)狀態(tài)點為1點，經(jīng)過熱管放熱段后為2點，室外新風(fēng)狀態(tài)點為3點，新風(fēng)經(jīng)過熱管受熱段后為4點，回風(fēng)和新風(fēng)混合后狀態(tài)點為5點，混合風(fēng)經(jīng)過表冷器后為6點，再經(jīng)過再熱器加熱后為7點即為送風(fēng)狀態(tài)點。則表冷器所需的冷量為經(jīng)過表冷器后空氣焓值的降低值，即

則所需冷量的減少值為

式中：   -表冷器所需制冷量，kJ/kg；

         -所需冷量的減少量，kJ/kg；

         -回風(fēng)與送風(fēng)的比例；

         -各點的焓值，kJ/kg

則表冷器所需制冷量減少的效率為

熱管換熱器節(jié)能分析實例

以某賓館為例，進(jìn)行設(shè)計，表1為其設(shè)計參數(shù)。