實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施除濕三維熱管節(jié)能應(yīng)用

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[摘要]在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施以制冷方式除濕的過(guò)程中，冷量和熱量相互抵消，造成了額外的能量損失。在空調(diào)機(jī)組（AHU）中，安裝除濕三維熱管可以回收這些額外消耗能量，即利用內(nèi)部介質(zhì)完成熱交換，提供免費(fèi)預(yù)冷和再熱，明顯節(jié)約能耗，全年可節(jié)約能耗約20%。

[關(guān)鍵詞]實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施；熱管；除濕；回收能量

GB14925—2010《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境及設(shè)施》對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境技術(shù)指標(biāo)做了具體的規(guī)定，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)按要求控制溫度與濕度[1-3]。在環(huán)境濕度高于指標(biāo)要求時(shí)，一般空調(diào)系統(tǒng)對(duì)新風(fēng)進(jìn)行降溫除濕后，再通過(guò)電加熱的方式，將送風(fēng)溫度提高以符合標(biāo)準(zhǔn)要求。由于該降溫除濕方式存在冷量和熱量相互抵消的問(wèn)題，導(dǎo)致系統(tǒng)能耗較高。作者采用無(wú)功耗的熱管，通過(guò)其“三維熱管回路”的特殊設(shè)計(jì)[4-8]，對(duì)冷熱量進(jìn)行自動(dòng)分配，一定程度上解決了冷熱抵消問(wèn)題，從而有效降低設(shè)施的運(yùn)行成本。

1三維熱管的工作原理

熱管是一種由管殼、吸液芯和工作介質(zhì)組成的導(dǎo)熱組件，采用相變傳熱的原理，利用管內(nèi)工作介質(zhì)吸熱汽化、遇冷液化的特性，介質(zhì)在蒸汽狀態(tài)上升至熱管的冷凝端，液體狀態(tài)時(shí)在重力作用下回流至蒸發(fā)端，通過(guò)循環(huán)往復(fù)實(shí)現(xiàn)流經(jīng)熱管外壁的空氣在兩端的熱量交換。熱管具有造價(jià)適中、安裝方便、維護(hù)費(fèi)用低、不產(chǎn)生交叉污染的優(yōu)點(diǎn)[9]。三維熱管用于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施除濕節(jié)能時(shí)安裝在空調(diào)箱中表冷器兩側(cè)，其工作流程為：新風(fēng)進(jìn)→初效過(guò)濾→三維熱管預(yù)冷降溫→表冷器降溫除濕→三維熱管再熱升溫→風(fēng)機(jī)→中、高效過(guò)濾→送風(fēng)。如圖1所示，由于空調(diào)機(jī)組（airhandleunit，AHU）工作時(shí)，表冷器前后的氣流存在一定的溫差，利用三維熱管熱超導(dǎo)的特性，熱量由三維熱管的預(yù)冷段轉(zhuǎn)移至三維熱管的再熱段?？諝饨?jīng)過(guò)熱管預(yù)冷段后，起到初步的制冷降溫效果，再經(jīng)過(guò)表冷器過(guò)冷除濕。過(guò)冷后的空氣經(jīng)過(guò)熱管的再熱段，溫度升高至相應(yīng)的送風(fēng)溫度。除濕過(guò)程中，三維熱管利用內(nèi)部介質(zhì)蒸發(fā)吸熱/冷凝散熱原理，完成表冷器兩端的熱交換，降低再熱成本。三維熱管的安裝形式見(jiàn)圖2。除濕節(jié)能的三維熱管安裝在空調(diào)箱中表冷器兩側(cè)，三維熱管維護(hù)保養(yǎng)方便簡(jiǎn)單，只需定期清洗表面，無(wú)需更換耗材，維保費(fèi)用低；安裝簡(jiǎn)單，不需要改變箱體原本結(jié)構(gòu)和增加功能段，改造施工方便，不影響正常的生產(chǎn)活動(dòng)。

2三維熱管的節(jié)能應(yīng)用

某屏障環(huán)境設(shè)施空調(diào)面積為2009m2，其中SPF屏障系統(tǒng)面積為1000m2。SPF屏障環(huán)境包括一次更衣室、二次更衣室、小鼠飼養(yǎng)室、大鼠飼養(yǎng)室、走廊、滅菌后儲(chǔ)藏室和行為實(shí)驗(yàn)室，潔凈等級(jí)為ISO7級(jí)，溫度為20～26℃，相對(duì)濕度為40%～70%，最大日溫差不高于4℃，最小換氣次數(shù)不低于20次/h；其中一次更衣室壓力控制為10Pa，二次更衣室壓力控制為20Pa，走廊壓力控制為30Pa，小鼠飼養(yǎng)室、大鼠飼養(yǎng)室、行為實(shí)驗(yàn)室和滅菌后儲(chǔ)藏室壓力控制為40Pa。系統(tǒng)采用風(fēng)量為37000m3/h的全新風(fēng)凈化組合AHU一臺(tái)。根據(jù)實(shí)測(cè)，原設(shè)施2018年空調(diào)系統(tǒng)耗電總費(fèi)用105萬(wàn)元。2019年節(jié)能改造采用除濕三維熱管，當(dāng)年夏季使用，總運(yùn)行時(shí)間為2453h。環(huán)境新風(fēng)溫度達(dá)24℃開(kāi)始制冷運(yùn)行，不同環(huán)境新風(fēng)溫度的年運(yùn)行時(shí)間見(jiàn)圖3。表冷器出風(fēng)溫度保持在12℃。新風(fēng)溫度≤31℃，熱管再熱后溫度達(dá)不到要求時(shí)，由機(jī)組電加熱補(bǔ)充；新風(fēng)溫度≥33℃，控制熱管再熱出風(fēng)溫度≤19℃（圖4）。風(fēng)量為37000m3/h的全新風(fēng)凈化組合AHU按照設(shè)計(jì)工況：表冷器處理空氣至12℃機(jī)器露點(diǎn)，當(dāng)夏季干濕球溫度為34.4℃/28.3℃時(shí)，安裝除濕三維熱管后，可以免費(fèi)提供100.45kW的預(yù)冷量和100.45kW的再熱量（圖5）；降低機(jī)組運(yùn)行時(shí)的制冷和再熱的能耗，全年可節(jié)約制冷和加熱的費(fèi)用約20萬(wàn)元（圖6），節(jié)約電費(fèi)比例可以達(dá)到20%。

3結(jié)論

由于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的屏障設(shè)施需要長(zhǎng)時(shí)間不間斷運(yùn)行，同時(shí)需要對(duì)溫度和濕度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，因此能耗較高。以往的實(shí)踐中，也有采用熱管技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)和排風(fēng)端進(jìn)行熱量回收，取得了不錯(cuò)的節(jié)能效果。作者使用三維熱管在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施的降溫-除濕-再熱過(guò)程中成功地通過(guò)回收熱量降低運(yùn)行成本，適合在濕度較高及持續(xù)期較長(zhǎng)的地區(qū)推廣應(yīng)用。

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作者：吳強(qiáng) 尤軍 吳成 王志毅 單位：蘇州蘇凈安發(fā)空調(diào)有限公司