Использование тепловой трубы в качестве теплообменника отработанного воздуха в центральном кондиционере

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Целью настоящей работы является обзор литературы, посвящённой тепловым трубам, для анализа целесообразности использования данного типа теплообменника в системах кондиционирования воздуха. В статье описан принцип работы и конструкция тепловой трубы, приводятся различные способы возврата конденсата, подробно описывается её термодинамический цикл. Значительное внимание уделяется фитильным конструкциям и рабочим жидкостям. Далее перечисляются ограничения на перенос теплоты тепловых труб, которые влияют на работоспособность теплообменника. Описаны рекомендации по проектированию, найденные в научной литературе и на сайтах компаний-производителей. Приводятся схемы конструкций тепловых труб, применяющиеся в центральных кондиционерах и в системах кондиционирования воздуха (СКВ). Продемонстрирован пример установки с использованием тепловых труб в качестве теплообменника отработанного воздуха в центральном кондиционере. Проведено сравнение эффективности и тепловой мощности различных способов теплоутилизации при одинаковых начальных параметрах расхода и температур наружного, вытяжного воздуха. В заключении сделан вывод о преимуществах использования тепловых труб в СКВ для утилизации теплоты. Указана причина редкого применения указанного теплообменника. Приводится результат сравнения различных способов теплоутилизации и ответ на вопрос о перспективности использования тепловой трубы в СКВ. Даются рекомендации о направлении дальнейших исследований по представленной в обзоре тематике.

Об авторах

Антон Андреевич Жаров

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Email: zharov_a@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0001-9945-0850
SPIN-код: 8581-1809

к.т.н.

Россия, Москва

Ян Михайлович Тимашпольский

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Email: ian.timash@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3774-1825
Россия, Москва

Артём Витальевич Борисенко

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Email: borart@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-4818-3702
SPIN-код: 2859-5006

к.т.н.

Россия, Москва

Анна Викторовна Валякина

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Email: valiakina@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-7709-1209
SPIN-код: 7679-2022

к.т.н.

Россия, Москва

Севастьян Михайлович Тимашпольский

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Автор, ответственный за переписку.
Email: timsevmih@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-5908-8105
Россия, Москва

Список литературы

  1. Чи С. Тепловые трубы: теория и практика. М.: Машиностроение, 1981.
  2. Дан П.Д., Рей Д.А. Тепловые трубы. М.: Энергия, 1979.
  3. Abd El-Baky M.A., Mohamed M.M. Heat pipe heat exchanger for heat recovery in air conditioning // Appl. Therm. Eng. 2007. Vol. 27, N 4. P. 795–801. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2006.10.020
  4. Mahajan G., Cho H., Smith A., et al. Experimental analysis of atypically long finned oscillating heat pipe for ventilation waste heat recovery application // J. Therm. Sci. 2020. Vol. 29, N 3. P. 667–675. doi: 10.1007/s11630-019-1178-5
  5. Faghri A. Heat pipes: review, opportunities and challenges // Frontiers in Heat Pipes (FHP). 2014. Vol. 5, N 1. P. 1–48. doi: 10.5098/fhp.5.1
  6. Vasiliev L.L. Heat pipes in modern heat exchangers // Appl. Therm. Eng. 2005. Vol. 25, N 1. P. 1–19. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2003.12.004
  7. Barrak A.S., Saleh A.A.M., Naji Z.H. An experimental study of using water, methanol, and binary fluids in oscillating heat pipe heat exchanger // Engineering Science and Technology, an International Journal. 2020. Vol. 23, N 2. P. 357–364. doi: 10.1016/j.jestch.2019.05.010
  8. Eidan A.A., Alshukri M.J., Al-fahham M., et al. Optimizing the performance of the air conditioning system using an innovative heat pipe heat exchanger // Case Studies in Thermal Engineering. 2021. Vol. 26. P. 101075. doi: 10.1016/j.csite.2021.101075
  9. Wang C., Tang S., Liu X., et al. Experimental study on heat pipe thermoelectric generator for industrial high temperature waste heat recovery // Appl. Therm. Eng. 2020. Vol. 175, N 5. P. 115299. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2020.115299
  10. Han Z.X., Wang D.X., Wang F. Visual experimental study on operation characteristics of condensation segment of gravity-assisted heat pipe // CIESC Journal. 2014. Vol. 65, N 8. P. 2934-2939. doi: 10.3969/j.issn.0438-1157.2014.08.012
  11. Li Q., Ma L., Xuan Y.M. Experimental investigation of cryogenic loop heat pipe // J. Eng. Thermophys. 2010. Vol. 31, N 1. P. 120–123.
  12. Jadhav T.S., Lele M.M. Theoretical energy saving analysis of air conditioning system using heat pipe heat exchanger for Indian climatic zones // Int. J. Eng. Sci. Technol. 2015. Vol. 18, N 4. P. 669–673. doi: 10.1016/j.jestch.2015.04.009
  13. Ahmadzadehtalatapeh M., Yau Y.H. The application of heat pipe heat exchangers to improve the air quality and reduce the energy consumption of the air conditioning system in a hospital ward—A full year model simulation // Energy and Buildings. 2011. Vol. 43, N 9. P. 2344–2355.
  14. Ahmadzadehtalatapeh M. An air-conditioning system performance enhancement by using heat pipe based heat recovery technology // Scientia Iranica. 2013. Vol. B20, N 2. P. 329–336. doi: 10.1016/j.enbuild.2011.05.021
  15. HHP, VHP Heat Recovery Heat Exchangers Catalogue [internet] Режим доступа: https://karyergroup.com/ru/продукты/рекуперация-tепла-теплообменники/item/hhp-vhp-5?category_id=355 дата доступа: 13.12.2022
  16. Clima Gold [internet] Режим доступа: https://ru.climagold.com/ дата доступа: 13.12.2022
  17. Advanced Cooling Technologies, Inc. [internet] Режим доступа: https://www.1-act.com/ дата доступа: 13.12.2022
  18. HVAC energy recovery [internet] Режим доступа: https://www.1-act.com/hvac/ дата доступа: 13.12.2022
  19. Air-to-air heat pipe heat exchanger (HP-AAHX) selection tool [internet] Режим доступа: https://www.1-act.com/hvac/aahx/ дата доступа: 13.12.2022
  20. Advanced heat exchangers [internet] Режим доступа: https://www.1-act.com/innovations/heat-exchanger/ дата доступа: 13.12.2022
  21. Sukarno R., Putra N., Hakim I.I., et al. Multi-stage heat-pipe heat exchanger for improving energy efficiency of the HVAC system in a hospital operating room1 [Heat pipe heat exchanger for heat recovery in air conditioning] // Int. J. Low-Carbon Technol. 2021. Vol. 16, N 2. P. 259–267.
  22. Sukarno R., Nandy P., Hakim I.I., et al. Utilizing heat pipe heat exchanger to reduce the energy consumption of airborne infection isolation hospital room HVAC system // Journal of Building Engineering. 2021. Vol. 35. P. 102116. doi: 10.1016/j.jobe.2020.102116
  23. Abdelaziz G.B., Abdelbaky M.A., Halim M.A., et al. Energy saving via Heat Pipe Heat Exchanger in air conditioning applications “experimental study and economic analysis” // Journal of Building Engineering. 2021. Vol. 35. P. 102053. doi: 10.1016/j.jobe.2020.102053
  24. Enteria N., Cuartero-Enteria O., Sawachi T. Review of the advances and applications of variable refrigerant flow heating, ventilating, and air-conditioning systems for improving indoor thermal comfort and air quality // International Journal of Energy and Environmental Engineering. 2020. Vol. 11. P. 459–483. doi: 10.1007/s40095-020-00346-0
  25. Eidan A.A., Najim S.E., Jalil J.M. An experimental and a numerical investigation of HVAC system using thermosyphon heat exchangers for subtropical climates // Appl. Therm. Eng. 2017. Vol. 114. P. 693–703. doi: 10.1016/J.APPLTHERMALENG.2016.12.027
  26. Al-fahham M., Eidan A.A., Ahmed A.Q., AlSahlani A. Improving the performance of air conditioning system experimentally by a new type of heat pipe heat exchanger // IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2020. Vol. 928. P. 022124. doi: 10.1088/1757-899X/928/2/022124

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема обычной тепловой трубы, показывающая принцип работы и циркуляцию рабочей жидкости.

Скачать (310KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Термодинамический цикл тепловой трубы.

Скачать (96KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Схемы расположения теплообменных аппаратов на основе тепловых труб: a) Петлевая схема. b) с раздельным расположением потоков воздуха; c) с близким расположением потоков воздуха [18].

Скачать (223KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Периоды работы: a) Летний режим; b) Зимний режим [18].

Скачать (181KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Пример СКВ с использованием тепловой трубы.

Скачать (283KB)
Метаданные

© Жаров А.А., Тимашпольский Я.М., Борисенко А.В., Валякина А.В., Тимашпольский С.М., 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).