[發明專利]建筑空調暖通用紙芯全熱交換器性能分析兼優化設計方法

有效

• 申請號: 201710787025.4
• 申請日: 2017-09-04
• 公開（公告）號: CN107644126B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 趙敏;戴會明;蔡文劍;吳學紅;董豪炳;楊亞飛;王會賓
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業學院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

1.一種建筑空調暖通用紙芯全熱交換器性能分析兼優化設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，由新風和排風進口壓力、溫度和相對濕度計算新風和排風水蒸氣分壓含濕量d^％和比焓h^％，其中上標％＝freshin或者dischargein，分別代表新風進口或排風進口，

(g/kg干空氣)

(kJ/kg干空氣)，

公式中，t^％，分別代表已知的新風和排風進口壓力、溫度和相對濕度，代表由新風和排風的進口溫度查找對應飽和水蒸氣表得到的飽和水蒸氣壓，為進口新風或排風的定壓比熱容，γ水蒸氣的汽化潛熱，取為2501kJ/kg；

第二步，由給定的紙芯全熱交換器結構尺寸和處理風量計算交換器迎面風速和相應的雷諾數Re，具體過程如下：首先由紙芯全熱交換器給定的結構形式及尺寸計算紙芯全熱交換器水力直徑d和迎風面積F_front，然后將得到的d和F_front以及紙芯全熱交換器處理風量V分別代入以下公式得到交換器迎面風速υ和對應的的雷諾數Re，

υ＝V/(3600×F_front),(m/s)

Re＝υ·d/ν

公式中ν為紙芯全熱交換器處理空氣的運動粘度；

第三步，計算紙芯全熱交換器的傳熱系數K_t和傳質系數K_d，

式中紙板導熱熱阻和水蒸氣在紙板內擴散阻力由于紙板厚度δ在10^-5m量級，忽略不計，紙板兩側新風和排風對流換熱系數α₁和α₂，對流傳質系數α_d1和α_d2近似相等，即α₁≈α₂≈α，α_d1≈α_d2≈α_d，故紙芯全熱交換器的傳熱系數K_t和傳質系數K_d分別簡化為和進行計算，其中α_d與α的關系為υ，Re分別為紙芯交換器的迎面風速和雷諾數，Pr，ρ，C_p分別為紙芯全熱交換器新風或排風的普蘭特數、平均密度和平均定壓比熱容；

第四步，求解一元二次方程式a₁·(t^freshout)²+a₂·t^freshout+a₃＝0得到新風出口溫度t^freshout，其中系數a₁,a₂,a₃由新風和排風進口溫度、含濕量、平均密度ρ，平均定壓比熱容C_p和紙芯體的傳熱傳質面積F、傳熱系數K_t、傳質系數K_d和修正系數φ₁,φ₂組成的代數表達式確定，即

修正系數φ₁,φ₂的確定方法如下：六邊形塑料框架紙芯全熱交換器和波紋板三角形通道紙芯全熱交換器，夏季工況下φ₁＝0.7～0.8，φ₂＝1，冬季工況下φ₁＝1，φ₂＝0.7～0.8，菱形和正方形塑料框架紙芯全熱交換器，夏季工況下φ₁＝0.5～0.6，φ₂＝1，冬季工況下φ₁＝1，φ₂＝0.5～0.6；

解上述一元二次方程得到方程的兩根，

其中處于新風進口溫度和排風進口溫度之間的根即為新風出口溫度；

第五步，計算新風出口參數：含濕量、水蒸氣分壓力、相對濕度和比焓，由引入的含濕量和溫度變化關系式，得到新風出口含濕量d^freshout和出口溫度t^freshout的關系式為代入上步得到的新風出口溫度t^freshout，即得到新風出口含濕量d^freshout，然后根據含濕量d和所含水蒸氣分壓力p_v之間的關系得到新風出口水蒸氣分壓力由得到新風出口相對濕度其中飽和水蒸氣壓由新風出口溫度t^freshout查飽和水蒸氣對照表得到，最后根據比焓和含濕量關系得到新風出口比焓h^freshout；

第六步，計算排風出口參數：含濕量、比焓、溫度、水蒸氣分壓力和相對濕度，由新風和排風進出口焓和含濕量變化大小相等方向相反關系，得到排風出口比焓h^dischargeout和含濕量d^dischargeout，即

h^dischargeout＝h^freshin-h^freshout+h^dischargein，

d^dischargeout＝d^freshin-d^freshout+d^dischargein，

然后根據溫度和比焓以及含濕量關系得到排風出口溫度t^dischargeout，再由含濕量d和所含水蒸氣分壓力p_v之間的關系得到排風出口水蒸氣分壓最后由得到排風出口相對濕度其中飽和水蒸氣壓由排風出口溫度t^dischargeout查飽和水蒸氣對照表得到；

第七步，計算紙芯全熱交換器總換熱量Q和全熱(焓)效率η_h，即

將新風和排風的已知參數和上述第一步-第六步得到相應出口參數代入即得到紙芯交換器總換熱量Q和相應的效率；若得到的結果不滿足要求，繼續執行第八步修正紙芯全熱交換器的結構或結構尺寸，對其進行優化設計；

第八步，修正紙芯全熱交換器結構或結構參數，重新執行第二步至第七步獲得修正后的交換器性能參數，分析修正前后交換器性能差異，找出引起性能差異的影響因素及其變化規律，進而對交換器結構或結構參數進行改進，使其性能滿足要求，完成交換器的優化設計。