建筑空调暖通用纸芯全热交换器性能分析兼优化设计方法技术

建筑空调暖通用纸芯全热交换器性能分析兼优化设计方法，先由新风和排风进口压力、温度和相对湿度计算二者的进口水蒸气分压、含湿量和比焓；然后由给定的结构尺寸和处理风量计算迎面风速和对应的雷诺数，传热系数和传质系数，求解一元二次方程得到新风出口速度，最后计算新风出口其他参数、排风出口参数、交换器总传热量和全热效率，若得到的结果不满足要求，改进交换器结构或结构参数重新进行上述计算，分析引起修正前后纸芯全热交换器性能差异的因素及其变化规律，不断改进交换器结构或结构参数，直到纸芯交换器性能达到要求，本发明专利技术克服了现有方法温度和湿度迭代计算的弊端，不受交换器结构形式或尺寸形状限制，具有简单、高效、普适性特点。

Performance analysis and optimization design method of general heat exchanger for building air conditioning warm general paper core

Building air conditioning warm analysis and optimization design method of universal paper core heat exchanger performance, the fresh air and exhaust air inlet pressure, temperature and relative humidity calculation of the two imported water vapor partial pressure, moisture content and specific enthalpy; then the structure size and volume calculation is given Reynolds number and the corresponding head-on wind speed. The heat transfer coefficient and mass transfer coefficient, air outlet velocity is obtained by solving a quadratic equation with one unknown, the final calculation of other parameters, the fresh air exhaust outlet parameters, total heat exchanger and heat efficiency, if the result does not meet the requirements of the improvement of exchange structure or structure parameters to the above calculation, analysis of factors before and after the correction paper the total heat exchanger core performance differences and changes, continuous improvement of exchanger structure or structural parameters, until the paper core exchanger performance to meet the requirements of the present invention, G The disadvantages of the existing methods of temperature and humidity iteration calculation are not affected by the structure form or size and shape of exchanger, so it is simple, efficient and universal.

【技术实现步骤摘要】
建筑空调暖通用纸芯全热交换器性能分析兼优化设计方法
本专利技术涉及纸芯全热交换器
，具体涉及一种建筑空调暖通用纸芯全热交换器性能分析兼优化设计方法。
技术介绍
纸芯全热交换器是目前建筑空调暖通领域具有广阔发展前景的一种新风换气节能装置，该装置采用特定纤维纸作为传热传质表面供室外新风和室内排风进行热湿交换(即全热交换)，通过该装置室外新风夏(冬)季时被室内排出的污浊空气预先冷却(加热)和减湿(加湿)，以接近于室内空气的温度和湿度进入房间，在改善室内空气质量的同时通过回收排出空气的能量处理新风，有效降低了建筑空调负荷，节省了系统能耗，据文献资料数据显示，性能良好的纸芯全热换热器可以使建筑空调负荷减少20％，能量节约近47％。另外，由于纸芯全热交换器纸纤维间隙只允许粒径较小的水分子自由通过，而粒径较大的有害气体或异味气体则无法通过，因此使用纸芯全热交换器还可以避免室内排出污浊空气对室外新鲜空气的交叉污染，因此，性能良好的纸芯全热交换器对减少建筑空调暖通能耗和提高室内空气的质量有着至关重要的作用，设计性能优良的纸芯全热交换器和准确预测分析纸芯全热交换器运行性能具有重要的现实意义。目前纸芯全热交换器性能分析和优化设计方法主要有两种：理论分析法和数值模拟法。早期大多采用理论分析法，近年来随着计算机技术和计算流体力学的迅速发展，数值模拟法(CFD数值方法)的应用日渐增多，但由于缺乏新风和排风在纸板两侧热湿交换过程中湿度和温度、传质系数与传热系数之间的变化关系式，目前这两种方法在性能分析或优化设计纸芯全热交换器都存在一个共同不足，都需要对新风和排风出口温度和湿度进行多次反复迭代计算，以满足二者热湿交换能量和水蒸气质量守恒的要求，整个计算过程繁琐效率低且计算结果易发散。另外对于纸芯全热交换器优化设计，目前大多数方法只适用于特定结构形式纸芯全热交换器，不具有通用性，某些结构形式纸芯全热交换器，优化设计方法仍处于欠缺状态。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种建筑空调暖通用纸芯全热交换器性能分析兼优化设计方法，不受交换器结构形式或尺寸形状限制，同时避免了现有方法温度和湿度迭代计算的弊端，具有简单、高效、普适性的特点。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种建筑空调暖通用纸芯全热交换器性能分析兼优化设计方法，包括以下步骤：第一步，由新风和排风进口压力、温度和相对湿度计算新风和排风水蒸气分压含湿量d％和比焓h％，其中上标％＝freshin或者dischargein，分别代表新风进口或排风进口，公式中，t％，分别代表已知的新风和排风进口压力、温度和湿度，代表由新风和排风的进口温度查对应饱和水蒸气表得到的饱和水蒸气压，为进口新风或排风的定压比热容，γ水蒸气的汽化潜热，取为2501kJ/kg；第二步，由给定的纸芯全热交换器结构尺寸和处理风量计算交换器迎面风速和相应的雷诺数Re，具体过程如下：首先由纸芯全热交换器给定的结构形式及尺寸计算纸芯全热交换器水力直径d和迎风面积Ffront，然后将得到的d和Ffront以及纸芯全热交换器处理风量V分别代入以下公式得到交换器迎面风速υ和对应的的雷诺数Re，υ＝V/(3600×Ffront),(m/s)Re＝υ·d/ν公式中ν为纸芯全热交换器处理空气的运动粘度；第三步，计算纸芯全热交换器的传热系数Kt和传质系数Kd，式中纸板导热热阻和水蒸气在纸板内扩散阻力由于纸板厚度δ通常在10-5m量级，忽略不计，纸板两侧新风和排风对流换热系数α1和α2，对流传质系数αd1和αd2近似相等，即α1≈α2≈α，αd1≈αd2≈αd，故纸芯全热交换器的传热系数Kt和传质系数Kd分别简化为和进行计算，其中αd与α的关系为υ，Re分别为纸芯交换器的迎面风速和雷诺数，Pr，ρ，Cp，分别为纸芯全热交换器新风或排风的普兰特数、密度和定压比热容；第四步，求解一元二次方程式a1·(tfreshout)2+a2·tfreshout+a3＝0得到新风出口温度tfreshout，其中系数a1,a2,a3由新风和排风进口温度、湿度、物性参数ρ，Cp和纸芯体的传热传质面积F、传热系数Kt、传质系数Kd和修正系数φ1,φ2组成的代数表达式确定，即修正系数φ1,φ2的确定方法如下：六边形塑料框架纸芯全热交换器和波纹板三角形通道纸芯全热交换器，夏季工况下φ1＝0.7～0.8，φ2＝1，冬季工况下φ1＝1，φ2＝0.7～0.8，菱形和正方形塑料框架纸芯全热交换器，夏季工况下φ1＝0.5～0.6，φ2＝1，冬季工况下φ1＝1，φ2＝0.5～0.6；解上述一元二次方程得到方程的两根，其中处于新风进口温度和排风进口温度之间的根即为新风出口温度；第五步，计算新风出口参数：含湿量、水蒸气分压力、相对湿度和比焓，由引入的湿度和温度变化关系式，得到新风出口湿度dfreshout和出口温度tfreshout的关系式为代入上步得到的新风出口温度tfreshout，即得到新风出口含湿量dfreshout，然后根据含湿量和所含水蒸气分压力之间的关系得到新风出口水蒸气分压力由得到新风出口相对湿度其中饱和水蒸气压由新风出口温度tfreshout查饱和水蒸气对照表得到，最后根据比焓和含湿量关系得到新风出口比焓hfreshout；第六步，计算排风出口参数：含湿量、比焓、温度、水蒸气分压力和相对湿度，由新风和排风进出口焓和湿度变化大小相等方向相反关系，得到排风出口比焓hdischargeout和含湿量ddischargeout，即hdischargeout＝hfreshin-hfreshout+hdischargein，ddischargeout＝dfreshin-dfreshout+ddischargein，然后根据温度和比焓以及含湿量关系得到排风出口温度tdischargeout，再由水蒸气分压和含湿量关系得到排风出口水蒸气分压最后由得到排风出口相对湿度其中饱和水蒸气压由排风出口温度tdischargeout查饱和水蒸气对照表得到；第七步，计算纸芯全热交换器总换热量Q和全热(焓)效率ηh，即将新风和排风的已知参数和上述各步骤得到相应出口参数代入即得到纸芯交换器总换热量Q和相应的效率；若得到的结果不满足要求，继续执行第八步修正纸芯全热交换器的结构或结构尺寸，对其进行优化设计；第八步，修正纸芯全热交换器结构或结构参数，重新执行第二步至第七步获得修正后的交换器性能参数，分析修正前后交换器性能差异，找出引起性能差异的影响因素及其变化规律，进而对交换器结构或结构参数进行改进，使其性能满足要求，完成交换器的优化设计。本专利技术的有益效果为：1、首次引入纸板两侧新风排风热湿交换过程中湿度与温度、传质系数与传热系数之间变化关系式，将纸芯全热交换器的性能分析和优化设计问题转化为求解新风出口温度单变量的一元二次方程，计算过程简单、高效，克服了现有方法温度和湿度迭代计算的弊端。2、适用范围广，无论早期的波纹板三角形通道纸芯全热交换器，还是目前的菱形、正方形和六边形塑料框架结构纸芯全热交换器均可使用，不受纸芯全热交换器结构形式和尺寸形状限制，具有普适性特点。3、优化设计方法建立在性能分析基础上，优化设计结果直接体现着性能优劣，优化设计结果直观可靠，并且由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种建筑空调暖通用纸芯全热交换器性能分析兼优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，由新风和排风进口压力、温度和相对湿度计算新风和排风水蒸气分压

【技术特征摘要】
1.一种建筑空调暖通用纸芯全热交换器性能分析兼优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，由新风和排风进口压力、温度和相对湿度计算新风和排风水蒸气分压含湿量d％和比焓h％，其中上标％＝freshin或者dischargein，分别代表新风进口或排风进口，公式中，t％，分别代表已知的新风和排风进口压力、温度和湿度，代表由新风和排风的进口温度查对应饱和水蒸气表得到的饱和水蒸气压，为进口新风或排风的定压比热容，γ水蒸气的汽化潜热，取为2501kJ/kg；第二步，由给定的纸芯全热交换器结构尺寸和处理风量计算交换器迎面风速和相应的雷诺数Re，具体过程如下：首先由纸芯全热交换器给定的结构形式及尺寸计算纸芯全热交换器水力直径d和迎风面积Ffront，然后将得到的d和Ffront以及纸芯全热交换器处理风量V分别代入以下公式得到交换器迎面风速υ和对应的的雷诺数Re，υ＝V/(3600×Ffront),(m/s)Re＝υ·d/ν公式中ν为纸芯全热交换器处理空气的运动粘度；第三步，计算纸芯全热交换器的传热系数Kt和传质系数Kd，式中纸板导热热阻和水蒸气在纸板内扩散阻力由于纸板厚度δ通常在10-5m量级，忽略不计，纸板两侧新风和排风对流换热系数α1和α2，对流传质系数αd1和αd2近似相等，即α1≈α2≈α，αd1≈αd2≈αd，故纸芯全热交换器的传热系数Kt和传质系数Kd分别简化为和进行计算，其中αd与α的关系为υ，Re分别为纸芯交换器的迎面风速和雷诺数，Pr，ρ，Cp，分别为纸芯全热交换器新风或排风的普兰特数、密度和定压比热容；第四步，求解一元二次方程式得到新风出口温度tfreshout，其中系数a1,a2,a3由新风和排风进口温度、湿度、物性参数ρ，Cp和纸芯体的传热传质面积F、传热系数Kt、传质系数Kd和修正系数φ1,φ2组成的代数表达式确定，即

【专利技术属性】
技术研发人员：赵敏，戴会明，蔡文剑，吴学红，董豪炳，杨亚飞，王会宾，
申请(专利权)人：郑州轻工业学院，
类型：发明
国别省市：河南,41