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        空化熱能技術(shù)分析與探討

        2017-01-09 08:11:04張強(qiáng)
        甘肅科技 2016年23期
        關(guān)鍵詞:耗熱量熱能傳熱系數(shù)

        張強(qiáng)

        (甘肅長(zhǎng)風(fēng)電子科技有限責(zé)任公司,甘肅 蘭州 730070)

        空化熱能技術(shù)分析與探討

        張強(qiáng)

        (甘肅長(zhǎng)風(fēng)電子科技有限責(zé)任公司,甘肅 蘭州 730070)

        首先對(duì)空化熱能器的原理和產(chǎn)品特點(diǎn)做了簡(jiǎn)單的介紹。然后通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算分析,對(duì)各種采暖加熱器的性能進(jìn)行了比較。結(jié)果表明,空化熱能器達(dá)到節(jié)能、增效、運(yùn)行成本低,具有廣泛的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

        空化;耗熱量;熱效率

        1 概述

        1.1 技術(shù)概述

        空化熱能加熱器不需要任何加熱元件,單純利用液體的“空化現(xiàn)象”釋放巨大能量。空化現(xiàn)象的原理是液體在動(dòng)能作用下高速流經(jīng)“空化器”內(nèi)設(shè)置的節(jié)流孔板產(chǎn)生負(fù)壓,使液體達(dá)到沸點(diǎn)而產(chǎn)生數(shù)以萬(wàn)計(jì)的微小氣泡,即空化泡,在周圍水壓的作用下,氣泡經(jīng)過(guò)撞擊,內(nèi)部急劇爆裂,相互摩擦,形成強(qiáng)大的沖擊波,釋放出巨大能量,從而使液體變熱,其熱效率可達(dá)96%,液體最高加熱溫度可達(dá)98℃[1]。

        1.2 產(chǎn)品特點(diǎn)

        安全環(huán)保性:空化熱能加熱器以電能作為動(dòng)力,水為媒介,其污染物排放為零,并且該產(chǎn)品不屬于壓力容器,無(wú)需報(bào)批、年檢等繁雜程序。其安全性高,設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,可直接在室外安裝使用;

        經(jīng)濟(jì)性:通過(guò)對(duì)空化熱能加熱器的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)測(cè)及分析,得到其供暖季運(yùn)行成本為30元/m2,并與常用的燃煤、燃油、燃?xì)饧半婂仩t的運(yùn)行費(fèi)用分別是 28元/m2、45元/m2、15元/m2、37元/m2相比較,其運(yùn)行成本具有一定的優(yōu)越性;

        高效性:該產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì),省去了外部循環(huán)設(shè)備,使產(chǎn)熱和熱媒輸送合二為一,系統(tǒng)簡(jiǎn)化,能耗降低,熱效率高達(dá)94%,液體溫度可達(dá)到98℃,長(zhǎng)期運(yùn)行熱效率不衰減;

        不結(jié)垢:由于空化現(xiàn)象產(chǎn)生的沖擊波加劇了液體的振動(dòng),使其無(wú)法粘附于管道內(nèi)壁,不僅自身液體不結(jié)垢,而且對(duì)原有管道系統(tǒng)中的結(jié)垢成分進(jìn)行沖擊波清洗,完全結(jié)束了原有供熱系統(tǒng)中無(wú)法克服的結(jié)垢現(xiàn)象,節(jié)省了水處理設(shè)備、水處理原料,是液體管道的“清道夫”。

        2 分析計(jì)算

        2.1 耗熱量計(jì)算

        采暖計(jì)算熱負(fù)荷包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基本耗熱量和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的附加耗熱量,利用下式計(jì)算:

        式中:

        圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量按照下式計(jì)算[2]:

        其中,傳熱系數(shù)k的取值如下:370磚墻、外水泥砂漿、內(nèi)白灰粉刷外墻,取傳熱系數(shù)kw=1.5W/m2˙℃;240磚墻內(nèi)墻取傳熱系數(shù)kn=2.05W/m2˙℃;單層窗外窗取傳熱系數(shù)kc=5.04W/m2˙℃

        測(cè)試樓層采暖房間耗熱量計(jì)算。

        房間總散熱量及每個(gè)房間所需散熱器片數(shù)計(jì)算表格見(jiàn)表1。

        建筑室內(nèi)暖通設(shè)備的換熱能力必須滿足建筑設(shè)計(jì)指標(biāo),并不意味熱源系統(tǒng)按照這一指標(biāo)簡(jiǎn)單疊加,關(guān)鍵是根據(jù)實(shí)際狀況選擇技術(shù)方案。例如采用分時(shí)供熱的辦公室,早8點(diǎn)上班時(shí)室內(nèi)供暖量可能需要60W/m2,9點(diǎn)時(shí)由于室內(nèi)已經(jīng)加熱,計(jì)算機(jī)和人流熱量也上升,采暖需求可能降到45W/m2;10點(diǎn)鐘由于日照因素,環(huán)境氣溫上升,單位采暖量繼續(xù)下降到20~30W/m2;中午12點(diǎn)人們就餐,供暖水平可以維持在10~20W/m2;下午4點(diǎn)以后由于環(huán)境溫度下降,供暖量需要逐漸增加直到下班之前。而下班以后,只需要維持室內(nèi)5℃,保持供暖管道不結(jié)凍。如果建筑節(jié)能結(jié)構(gòu)好,利用余熱可以維持到第二天早晨,這樣9h平均需要的熱量在30~40W/m2左右。

        表1 不同方案的性價(jià)比

        2.2 供熱水熱量計(jì)算

        空化器提供熱水的熱量按下式計(jì)算

        式中,m為質(zhì)量流量,其中m=ρV,ρ為水的密度,V為體積流量 (廠家提供實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)2.12m3/h);cp為水的比熱容;Δt為溫度差 (廠家提供的供水溫度52℃,回水溫度48℃)。則:

        Q=2.12×1000/3600×4.18×(52-48)=9.85kW

        2.3 空化器熱效率計(jì)算[3-4]

        空化器的熱效率η按下式計(jì)算:

        式中,Qi為輸入功率 (根據(jù)廠家提供實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平均為10.28kW),Q為計(jì)算所得熱量。

        則空化器的熱效率η=9.85/10.28=95.8%。

        因空化器屬于液體動(dòng)力加熱器,國(guó)家還未對(duì)此發(fā)布新的標(biāo)準(zhǔn),所以參考《燃?xì)獠膳療崴疇t》GB25034-2010第6.7條,第7.7條,第7.8條規(guī)定燃?xì)獠膳療崴疇t的效率必須滿足84%,可見(jiàn)空化器效率滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

        3 各種采暖加熱器的性能比較

        對(duì)比燃煤、燃油、燃?xì)饧半娂訜徨仩t進(jìn)行分析,結(jié)果見(jiàn)表2。

        TV131

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