空气-空气热交换器（精选8篇）
空气-空气热交换器 篇1
摘要：全热空气-空气热交换器是能量回收的有效装置。本文在双房间环境的试验平台上,对逆流-叉流板式全热交换器在冬季标准工况和非标准工况下进行了实验测试,结果表明,在冬季标准工况下,其全热效率可达70%。风量、温度差、湿度差均对换热效率有影响,换热效率随风量增加而降低,随温度差和湿度差的增大而增大。根据试验结果,整理得到了换热效率的经验计算公式。
关键词：逆流-叉流板式全热交换器,显热换热效率,全热换热效率,实验
0 引言
改善室内空气品质和节约能源是建筑领域2个重要的方面。为了改善室内空气品质,必然要加强室内的通风换气,供应室内新鲜空气,而在空调系统中,新风负荷占总负荷的比例为20%～30%[1],这就形成了室内空气品质和建筑节能之间的矛盾。空气-空气能量回收装置(空气热交换器)能够在向室内提供新鲜空气的同时,回收排风中的热量,因而在各类建筑中得到广泛应用。
按照空气换热的流动方向,空气-空气热交换器理论上可分为顺流、逆流和叉流3种基本型式。其中以逆流换热的效果最佳。但在装置的实际设计和加工时,很难形成单纯的顺流和逆流。目前国内普遍采用的是叉流式换热器,此种叉流型全热交换器芯体流道简单,阻力小,加工方便[2]。文献[3]和[4]在不同运行工况下对叉流板翅换热器的换热效率进行了实验测试,得出了不同风量、温度差和湿度差对显热效率和潜热效率的影响。要提高换热效率,尤其是提高小温差下的换热效率,可将逆流与叉流结合在一起,组合成逆流-叉流板式全热空气热交换器。
本文所研究的用于北方严寒和寒冷地区民用建筑的小风量逆流-叉流板式全热交换器,通过对该装置在冬季运行工况下的实验室测试,得到其标准工况下的全热交换效率和显热交换效率,并分析了不同风量下和在北方严寒与寒冷地区实际应用条件下的温差和湿差对换热效率的影响。
1 逆流-叉流全热交换器
逆流-叉流板式全热空气-空气热交换器的工作原理图如图1所示。新风与排风流过全热换热器,由于热质交换材料的两端存在温度差和水蒸气分压力差,则热质交换材料的两端存在热湿交换。在冬季,室内排风的温湿度比室外新风高,通过全热换热器使室外新风预热加湿;在夏季,则相反。
本文研究的逆流-叉流全热交换器采用无波纹瓦楞纸支撑结构,将热质交换材质(纸或膜)与塑料框板压制在一起,通过支撑杆串联成一体,并与框架一起组合成芯体。整个全热交换器由许多层平行布置的透湿纸组成,即组成了板式换热器。
2 实验台介绍
根据我国《空气-空气能量回收装置》[5]中热交换器的性能测试方法,按测量设备的不同,测试方法分为风管法和两室法两类。由于风管法的设计复杂,投入成本较高,制作设计时间长,而相对风管法而言,小室法具有投资小、简易安装、较符合实际使用情况等优点。所以本文采用两室法的双房间环境的试验平台,其实验台原理如图2所示。
《空气-空气能量回收装置》要求两小室为恒温恒湿小室,温湿度测量风道满足空气在其中温湿度混合均匀,管路进行保温隔热处理,空气进出口参数与规定试验工况最大偏差干球温度为±0.3℃,湿球温度±0.2℃。
本实验台两小室分别模拟室内和室外条件,尺寸均为3.5 m×3.3 m×3.5 m。A室作为低温低湿小室,采用空调系统顶部送风,侧下回风的气流组织形式,在A室增设超声波加湿器,加湿量1.8 kg/h;B室作为高温高湿小室,在室内设置2台电加热器,每台功率2 kW;1台电极式加湿器,加湿量4 kg/h。被测试的全热交换器安装在两小室隔墙的中央,两边新排风进出口接加长管,机壳和风管均用苯板和海绵进行保温隔热处理,a、b、c、d为新排风进出口温湿度测点,布置在加长管中心。
本实验室采用数字PI调节控制系统,控制部分需要4个控制参数:A、B室的干球温度和相对湿度。其微机控制系统由测量元件、PI调节器、驱动器、执行器、数据采集器、计算机等组成。温度传感器将A、B小室温度信号送到PI调节器,PI调节器根据温度信号的情况输出控制信号到继电器,控制电加热器的启停,使A、B小室的温度控制在设定的温度上。湿度传感器将A 、B小室湿度信号送到PI调节器,PI调节器根据湿度信号的情况输出控制信号到比例调节器,比例调节器根据控制信号的大小调节控制加湿器的加湿量,使A、B小室的相对湿度控制在设定的湿度上。温湿度传感器分别布置在图2中的控制点e和f。两小室的温度控制精度±0.2℃,相对湿度控制精度±3%,满足标准要求。
3 实验测试
本实验研究的主要目的是得到:(1)该装置在冬季标准工况下的换热效率;(2)运行参数对换热效率的影响。
《空气-空气能量回收装置》标准规定:冬季标准工况为室外温度5℃,湿球温度2℃(相对湿度58%)(图2中的A室);室内温度21℃,湿球温度13℃(相对湿度39%)(图2中的B室)。
该装置对换热效率影响的主要运行参数是:风量、温度差和湿度差。
本试验针对小风量装置进行测试,该设备标准风量150 m3/h,作为中间值,间隔50 m3/h取一组工况,大小各取两组工况,共5组工况。
冬季标准工况下两小室温度差16℃,作为中间值,改变A小室(室外侧)空气参数,间隔4℃取一组工况,大小各取两组工况,共5组工况。
冬季标准工况下两小室含湿量差3 g/kg,此含湿量差值已经很小,再降低含湿量差则全热交换器的回收湿量很小,因此测试工况取含湿量差逐渐增大,间隔2 g/kg取一组工况,共5组工况。
实验总共测试15组工况,如表1所示。
实验过程中,保持新风与排风的风量相同。被测装置在测试工况下连续稳定运行30 min后,进行测量,连续测量1 h,按相等时间间隔5 min记录空气的各项参数,至少记录6次数值取平均值进行计算[5]。新排风进出口温湿度测头分别为温度采集器和相对湿度采集器,布置在新排风进出口风管中心。风量测量采用热线风速仪,测点布置在气流平稳的直管段上。
装置的显热效率和全热效率根据公式(1)和公式(2)计算[5]:
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式中 ηwd——全热交换器的显热交换效率;
txj,txc,tpj——新风进风、新风出风和排风进风干球温度。
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式中 ηh——全热交换器的全热交换效率;
ixj,ixc,ipj——新风进风、新风出风和排风进风空气焓值。
4 实验结果及分析
4.1 冬季标准工况效率分析
冬季标准工况下,系统稳定运行后,连续测试1 h,间隔5 min读数,该逆流-叉流板式全热交换器的显热效率和全热效率测试结果如图3所示。
对计算得出的12组数据进行数学平均,得到冬季标准工况下该全热交换器的显热效率为76.5%,全热效率为69.6%,与《空气-空气能量回收装置》标准要求的显热效率65%和全热效率55%比较,分别高出11.5%和14.6%。
4.2 风量对换热效率的影响
在非额定风量的工况下,换热器的换热效率会有所变化,将不同风量下的测试结果计算整理,可得到换热效率和风量的关系,见图4。
从图4可以看出,风量对换热效率的影响规律是很明显的,基本呈线性关系。随着风量的增大,显热和全热效率都会下降,经计算,当风量从50 m3/h增大到250 m3/h时,全热效率降低的幅度为12.1%,而显热效率仅为7.3%,全热效率的减小幅度要明显大于显热效率。
产生以上结果的原因在于处理风量增大或减小将直接影响通过交换纸的对流换热强度和对流传质强度。当处理风量减小时,交换纸两侧的气流流速减小,新风和排风在板式全热交换器内停留的时间相对较长,使得通过交换纸的传热量和传质量增加。同时,板式全热交换器交换纸两侧风速的减小使得对流换热系数和对流传质系数均减小,减弱了单位时间单位面积传热传质强度。由此可知,板式全热交换器换热效率与处理风量的关系是由上述两方面决定的,且两方面的影响相反。根据实验结果来看,前者的影响占主导地位。
4.3 温度差对换热效率的影响
在非标准工况下,换热器在不同温度差下运行,换热效率也将不同,将不同温度差下的测试结果计算整理,可得到换热效率和温度差的关系,见图5。
从图5可以看出,温度差对换热效率的影响效果比较明显,随着温度差的增大,板式全热交换器的显热效率和全热效率都会增大,两者增大的幅度基本相同,而且换热效率随着温度的增大近似成线性增大关系。在实际工程应用中,温度差对换热效率不应该加以忽略。
室内外不同温度差对全热交换器换热效率的影响主要体现在温度对质扩散阻力系数ψ的影响。质扩散阻力系数ψ不是一个定值系数,它会随着新风入口温度的增大而逐渐增大,从而减弱了传质强度。此外,由于传湿通量的减小,减小了析湿系数ζ(此处析湿系数ζ定义为全热交换量和显热交换量的比值),在一定条件下,析湿系数的减小,使传热热阻增大,一定程度上也削弱了显热交换状况[6]。
4.4 湿度差对换热效率的影响
在非标准工况下,换热器在不同湿度差下运行,换热效率也会不同,将不同湿度差下的测试结果计算整理,可得到换热效率和湿度差的关系,见图6。
从图6可以看出,含湿量差对换热效率的影响比较明显,随着含湿量差的增大,全热交换器的显热效率和全热效率都会增大,当含湿量差从3 g/kg增大到11 g/kg时,全热效率增大的幅度为11.8%,而显热效率仅为6.3%,由此可见全热效率的增大幅度要明显大于显热效率。这一结论对板式全热交换器地区适用性有一定的指导作用。由该结论可知,在室内外温度差相同时,室内外含湿量差较大的地区,板式全热交换器的热回收效率较高。另外,显热效率和全热效率随含湿量差的变化也近似成线性关系。
产生以上结果的原因在于新风和排风入口的绝对湿度差增大,交换纸表面空气的湿度势增大,水蒸气在交换纸内质量扩散系数随之增大,强化了传质。因此,一定风量和温度差条件下,板式全热交换器的潜热效率随新风和排风之间的绝对湿度差增大而增加。板式全热交换器的交换纸材料与一些多孔介质材料的热物理性能变化趋势相近,此类材料的导热系数会随着湿度的增加而增大[7]。所以一定处理风量和温度差条件下,板式全热交换器运行期间,随着新风和排风之间的含湿量差值增大,使交换材质导热系数增加,最终导致透过交换纸的传热量增加,显热效率增大。
4.5 换热效率计算经验公式
根据上文对风量、温度差、含湿量差与换热效率的关系进行的实验测试与分析,发现这三个因素对换热效率的影响都近似成线性关系,因此我们可以采用多元线性回归的方法拟合一个经验公式。对于实际工程应用来说,本文的拟合只是要得到一个能够比较准确的反映换热效率变化规律的经验公式,从而为全年工况的计算提供依据。
为了排除读数误差对实验结果带来的影响,将全部15组工况测试实验的数据,分别进行数学平均处理,风量、温度差、含湿量差和换热效率值都进行数学平均。
对含湿量差系列实验测试结果进行延拓和插值,得到低于标准工况含湿量差(3 g/kg)下全热交换器的换热效率。对实验数据进行多元线性回归时,含湿量差系列实验的拟合数据取含湿量差值从1～5 g/kg,间隔取1 g/kg,更加符合实际运行情况。
拟合得到显热效率的经验公式见式(3),其相关系数0.944。
ηwd=0.70271+0.00550a+0.00673b-0.00029c (3)
全热效率的经验公式见式(4),其相关系数为0.991。
ηh=0.64880+0.00509a+0.00988b-0.00045c (4)
式中 ηwd,ηh——全热交换器的显热交换效率和全热交换效率;
a,b,c——温度差,含湿量差和风量。
从拟合的经验公式温度差和含湿量差的系数也可以看出,温度差和含湿量差对于显热效率的影响作用大小基本上相同,而含湿量差对全热效率的影响作用比温度差要大许多。从风量的系数来看,风量对全热效率的影响要大于对显热效率的影响。
5 结论
通过对逆流-叉流板式全热交换器的实测和分析,得到了在测试条件下,冬季标准工况时逆流-叉流板式全热交换器的换热效率,分析得出了运行工况(风量、温度差、含湿量差)对其换热效率的影响规律,并得出了显热效率和全热效率的回归经验公式,结论如下。
(1)该逆流-叉流板式全热交换器在冬季标准工况下的显热换热效率可达76.5%,全热效率可达69.6%,比《空气-空气能量回收装置》标准要求的显热效率65%高11.5%,全热效率55%高14.6%。
(2)对逆流-叉流板式全热交换器,显热和全热效率与风量成反比的线性关系,且全热效率比显热效率受到风量的影响更大。
(3)随着温度差的增大,逆流-叉流板式全热交换器的显热效率和全热效率都会增大,两者增大的幅度基本相同,可以认为温度差对显热效率和全热效率的影响作用相当。
(4)含湿量差对换热效率的影响比较明显,随着含湿量差的增大,全热交换器的显热效率和全热效率都会增大,且全热效率比显热效率受含湿量差的影响更大。
参考文献
(1)张荣荣,周亚素.空调系统中全热回收设备的节能分析(J).建筑热能通风空调,2000,4:22-24.
(2)殷平.新型板式全热交换器研制——产品研制及实验(J).暖通空调,2005,35(11):56-62.
(3)汪妇欢,次晋芳.板翅式全热交换器运行条件对性能影响的研究(J).制冷空调与电力机械,2004,26(5):29-32.
(4)吴晓非.典型建筑使用静止型板翅式全热交换器的节能研究(D).上海:同济大学,2007.
(5)GB/T 21087-2007空气-空气能量回收装置(S).中国标准出版社,2007.
(6)埃克尔特ERG,德雷克RM,徐明德译.传热与传质(M).北京:科学出版社,1963.
(7)章熙民,任泽霈.传热学(M).北京:中国建筑工业出版社,2001.
空气-空气热交换器 篇2
一、教学目标：
1、知识与技能：
（1）知道空气是会流动的，空气的流动形成了风。（2）知道热空气上升，冷空气下降。（3）了解热气球和孔明灯的升空原理。
2、过程与方法：
通过实验学会冷热空气对流和风的形成。
3、情感态度与价值观：
（1）有兴趣研究空气的其他性质。（2）乐于亲近自然，有研究自然的欲望。
二、教学重、难点：
重点：认识冷热空气的流动规律。难点：理解风的成因。
三、教学准备：
蜡烛、火柴、纸蛇、玻璃片、孔明灯、纸套、香、集气瓶、透明水槽、热水、冷水、有关孔明灯视频、PPT课件。
四、教学流程：
（一）导入新课
1、出示准备好的孔明灯，提问：老师手拿的这个是什么？面装的是什么呢？
3、猜测，点燃孔明灯下面的蜡烛，会发生什么现象?
4、学生讨论、交流。
5、请两位同学帮助，点燃蜡烛，升起孔明灯。
6、谈话：你知道孔明灯为什么会上升吗？这节课我们就来研究一下，板书课题：热空气和冷空气。
（二）研究热空气是怎样流动的
谈话：请同学们说一说，什么是热空气，什么是冷空气。学生分组讨论并回答。
我们先来研究热空气（同时板书：热空气）是怎样流动的。同学们，你们知道空气受热后会怎样流动吗？
实验1：感觉热空气
让学生点燃蜡烛，用手分别放在蜡烛火焰的上面、四周、下方，感觉什么地方最热？（安全教育）
1.学生猜测。指名学生回答。
2.谈话：刚才，哪位同学说得对呢？下面我们用实验来验证。3.学生分组实验。4.学生汇报。
5.提问：热空气是向哪里流动的？ 6.学生回答。
7.小结：热空气是向上流动的。实验2：研究热空气的流动
1、讲述：把纸蛇放在蜡烛火焰上方，观察有什么现象发生。
2、提问：是什么力量使纸蛇转动的？实验说明了什么？
3、小结：空气受热会向上流动，热空气上升。（板书：上升↑）
（三）探究热空气上升的原因
谈话：空气受热为什么会上升呢？我们通过一个实验来解释。学生猜测、交流。
实验3：认识热空气比同体积的冷空气轻
在木棍两端各挂一只大小相同的纸套，使木棍保持平衡；用手扶住木棍的一端，用燃烧的火柴烤热另一端纸套内的空气；移开燃烧的火柴，同时松开扶住木棍的手，观察有什么现象发生。
1.提问：为什么底下点火柴的纸套会上翘？ 2.学生说出自己的想法。
3.小结：点燃火柴后，使纸套里的空气变热，热空气比同体积的冷空气轻，就会上升，上升的热空气就推着纸套往上升了。
实验4：观察冷热空气的对流
1、你想知道冷热空气是怎样对流吗？
2、让我们大家一起来完成一个实验，同学们要按老师的要求跟着一步步的做，不提前也不落后，小心热水伤到人。
3、完成实验后，学生交流讨论，汇报并填写实验表格。
4、教师小结：热瓶里装的是热空气，热空气会上升，冷瓶里的冷空气下沉流向热瓶补充热空气留下的空间，而热空气向上流动的过程中遇到冷又会下沉，这样就形成了冷热瓶中空气的循环流动。
在第二次试验中，热瓶在上面，热空气上升，我们就看不到对流的现象了。
（四）、研究冷空气是怎样流动的
1、提问：那冷空气又是怎样流动的呢？
（板书：冷空气）
2、提问：能通过一些事例证明冷空气下降吗？
3、启发回忆：夏天开空调的房间，冷气飘向哪里？打开冰箱时，“白气”向哪个方向流动？
4、小结：空气受冷向下流动，冷空气下降（板书：下降↓）
（五）热空气的利用
1、你知道“孔明灯”、“热气球”利用了什么原理制成的吗？
2、请学生介绍热气球和孔明灯的由来及升空原理。
3、播放孔明灯及热气球的视频资料。
（六）、模拟热气球上升实验
用准备好的塑料袋，蜡烛等做塑料袋上升实验，注意不要烧到塑料袋，不要烧到手，体验成功的快乐。
（七）、热空气及冷空气在生活中的应用
1、制冷空调及取暖器安装在房屋的什么位置比较好？为什么？
2、小组讨论并汇报。
（八）、课后作业
请根据本课所学，查找资料，知道“自然界的风是怎样形成的？”
板书设计：
2、热空气和冷空气
——→
热空气 上升 ↑ 冷空气 下降 ↓
←——
空气-空气热交换器 篇3
1 磁通变换器脱扣力的分析
要想确定磁通变换器的脱扣力,首先要知道磁通变换器的工作原理和作用,磁通变换器的工作原理和作用是:正常情况下依靠永磁铁吸合铁心,处于闭合状态。当控制器的电子部件发出动作指令时,电流通过线圈产生反向激磁,克服永磁铁圈原有磁通,依靠反力弹簧使动铁心释放,然后克服连接传动部分的摩擦力和操作机构的脱扣力达到推动断路器脱扣而断开的目的。由此可以看出磁通变换器的脱扣力与操作机构的脱扣力和连接传动部分的摩擦力密切相关。
1.1 操作机构的脱扣力
磁通变换器脱扣力的大小首先是根据断路器操作机构脱扣力的大小来初步确定范围值的。稳定的操作机构脱扣力是确定磁通变换器脱扣力的关键和基础,因此我们首先要测量操作机构的脱扣力,在实际测量一批操作机构脱扣力时,每台操作机构的脱扣力是一个值,得到的操作机构脱扣力范围值跨度偏较大,但在磁通变换器脱扣力设计中应采用最大值为设计原始值。
1.2 连接传动部分的摩擦力
1)磁通变换器脱扣动作后使得操作机构动作,继而使得断路器断开,这个过程一般都是通过磁通变换器与操作机构中间的连接传动部分来完成的,因此要想准确的确定磁通变换器的脱扣力,就必须考虑到连接传动部分的影响因素,最主要的就是这部分的摩擦力因素。
2)如图1所示可以看出连接传动的过程,首先是磁通变换器6脱扣,释放出的铁心向上顶起勾形件2,勾形件2带动连接件5在孔1、3、4中旋转,从而使得与连接件5相连的操作机构脱扣。
1—孔1 2—勾形件3—孔2 4—孔35—连接件6—磁通变换器
如图2所示,假设磁通变换器的脱扣力为P,操作机构的脱扣力力矩为T,连接传动部分的摩擦力为f,它们三者之间的关系[1]:PL≥T+fr。
图2中,L为磁通变换器脱扣力P的力臂,r为摩擦力的力臂,N为孔对连接件的正压力,μ为摩擦力系数。
2 优化方案
通过第一部分对磁通变换器脱扣力的分析,可以看出磁通变换器的脱扣力与操作机构的脱扣力和连接传动部分的摩擦力有关,而实际上一批操作机构的脱扣力并不是一个相对稳定的数值,范围值较大,这个范围值存在缩小的可能;连接传动部分的摩擦力也存在减小的可能。因此下面重点介绍如何稳定操作机构的脱扣力,缩小脱扣力的范围值,和减小连接传动部分的摩擦力,对它们进行优化。
2.1 操作机构的脱扣力的优化
通过对操作机构的分析发现,由于操作机构的零部件数量较多,相关联动部件较复杂,在零件材料的选择,零部件的加工和装配中都会对操作机构的脱扣力产生不稳定的因素。因此必须从零件材料的选择,零部件的加工和装配上来解决一部分操作机构脱扣力不稳定和范围值大的问题。
1)在零件材料的选择方面,特别是脱扣部位零件材料的选择要特别注意,因为分合闸脱扣件和脱扣旋轴的材料会直接影响到操作机构脱扣力的大小。
2)在零部件加工方面尽量做到模具化加工,确保零件的一致性,特别是关键的零部件的关键部位要精加工精处理,如脱扣板和脱扣旋轴的扣面进行切削打磨处理,局部高频淬火处理,以降低扣面的粗糙度,减小摩擦力,提高扣面的硬度。
3)在零部件的装配方面要设计相应的工装夹具,确保装配的准确性和统一性。
通过上述的优化,操作机构的脱扣力就趋于稳定在一个范围值内,这就对确定磁通变换器的脱扣力奠定了基础。华鹏集团公司生产的USE系列的框架断路器的操作机构,经过上述方案的优化以后,我们测量了其中的几批操作机构脱扣力,测量的结果是这几批操作机构的脱扣力全部都在5～7 N范围内。这个范围值相对于优化前测量的操作机构的脱扣力范围值缩小了许多,这样就可以选择7 N作为设计磁通变换器脱扣力的原始值,从而也为磁通变换器结构小型化、简单化和有效节约空间的设计要求创造了条件。
2.2 连接传动部分的摩擦力的优化
在理想状态下f可以忽略不计,但实际上,f是客观存在的。在操作机构脱扣力稳定不变的情况下,如何降低f的值,这对正确合理的确定磁通变换器的脱扣力显得十分重要。要想降低f的值,首先要搞清f是如何产生的,通过分析发现f主要是连接传动部分的连接轴与连接轴安装孔之间相互摩擦而产生的,而f=μN,其中公式中的N是一定的,因此要想降低摩擦力,就必须降低零件表面的摩擦力系数μ,降低μ的方法有:
(1)从零件的加工制造上下工夫,原先公司生产连接轴安装底座材料为浇铸铝制品,在浇铸过程中内孔表面粗糙度高,摩擦力大,从而使接轴在内孔中旋转困难。后来对内孔进行了精铰加工,以此后续加工来降低内孔表面粗糙度,减小摩擦力。
(2)从零件材料的选择上入手,选择摩擦力因数较低的材料。公司是将连接轴安装底座的材料由浇铸铝改为塑料制品,采用模具注塑成型加工,采用此工艺加工,保证了生产产品一致性和零件表面的低粗糙度。
(3)在装配的时候在两个零件接触的面上涂抹润滑油,这样也可以降低两者之间的摩擦力。通过以上几点的优化措施优化后,发现f的值相对优化前降低许多。
3 结语
在空气断路器设计中,磁通变换器脱扣力的确定是设计磁通变换器的前提,本文对影响磁通变换器脱扣力的各因素进行了分析和优化,从而为正确合理的确定磁通变换器的脱扣力奠定了基础,在设计磁通变换器的过程中使用了上述方法,设计出的磁通变换器能将断路器及时可靠地分断,对空气断路器电气保护性能的可靠性提供了保证。
参考文献
空气品质与空气净化 篇4
目前状况下,一方面如何提升研究水平,揭示室内污染产生、传播和治理中的规律;另一方面把已经认识到的室内空气污染问题,通过控制污染源、通风和净化等技术手段加以改善和解决,是需要我们在实践中不断探索和研究的。
为了反映这一领域的发展,本刊特地组织了部分空气净化领域研究成果和应用技术的文章,形成这一专栏。这些文章涉及室内空气污染和室外空气污染的关系,医院空气质量调查状况,颗粒物的物理特性和机理等,我们希望通过技术的交流与沟通,共同促进行业的健康发展。
家庭空气智能管家——空气盒子 篇5
1 家庭空气智能管家
除室外大气中的PM2.5外, 室内空气与人们的生活联系更为紧密, 影响也更为深重。除最为基础的防护措施口罩外, 室内空气质量检测、净化设备有着更为广阔的市场前景。目前行业一款可检测室内包括PM2.5并可连接空调、空气净化器的智能操控终端———空气盒子 (见图1) 也因此“被迫”加快上市节奏。
据有关方面透露, 该款智能产品不仅能够通过手机终端APP进行检查、去除等远程终端控制, 鉴定室内空气质量等级, 通过五大等级分析空气质量好坏, 同时在人和物互动基础上实现了物与物交互沟通的突破, 开辟了家居智能化新局面。
2 物与物交互沟通的智能控制新模式
目前智能家电发展基本处于物与人沟通的阶段, 也就是消费者日常使用的APP远程控制。用户仍然需要了解APP的使用方式, 对于年纪偏大的消费者而言, 智能和互联网便成为负担, 而不是促进生活改善的手段。
物与物沟通的智能方式则改变了上述情况。作为智慧空气生态圈的重要组成部分, 空气盒子实现了与空调、空气净化器的物物联动。这意味着, 不需要根据空调反馈的数据人工决定是否开启除湿功能, 空气盒子会根据数据反馈对空调下达指令。在上述过程中, “智能”成为“零存在”, 用户只需享受其带来的最佳室内空气质量。这改变了市面上在售的大多数智能家电只解决了“人”和“物”的沟通问题, 实现了“物”和“物”之间的信息交互。
海尔空气盒子除了可以将家中的空调、空气净化器等多款家电进行互联和控制外, 还可以智能检测空气质量, 及时告知用户天气状况等人性化贴心的服务, 让消费者通过这个“空气盒子”, 无限、智能、便捷地联动家中的空气设备, 让用户可以实现利用手机等移动终端进行远程遥控。
海尔研发人员称, 单独智能产品不是最终的目标, 在空气净化领域将继续加入除湿器、加湿器等系列产品, 建立相互关联的智慧圈子, 打破智能家电碎片化发展的现状。
有业内专家分析, 智慧家庭轮廓的呈现在为用户带来全新体验的同时, 也为未来智能家电的发展引领一个全新的方向。物与物之间互联互通、充分解放人力的“智慧理念”在行业内具有领先优势, 从“智能到智慧”的转变将为智能行业树立新的标杆。
3 智慧家庭战略
空气盒子这个拥有对家庭空气甚至所有家电“管控权”和“互联互通”功能的新兴产品的问世, 标志着智慧家庭战略实施的进一步升级和加速。而在智慧家庭战略中打造的“智慧空气生态圈”, 除了空气盒子、智能空调外, 还将包括智能空气净化器、除湿器、加湿器等涉及家庭空气的所有设备终端。
轻质油藏注空气最小空气流量研究 篇6
注空气是提高原油采收率的方法之一。空气作为一种廉价而常见的介质, 将其注入到稠油油藏中的工艺技术称为火驱或火烧油层。
由于注空气包含了燃烧过程, 所以在研究注空气时, 不仅要考虑相态的变化, 还要考虑化学反应。为此, 需要做多项实验以满足火烧油层技术的需要, 例如加速速率量热仪 (ARC) 实验、热重压差扫描量热仪 (TG/PDSC) 实验和燃烧管 (CT) 实验。ARC实验是为了确定在高温和低温下, 化学反应的激烈程度以及持续性;TG/PDSC实验是为了确定原油与氧气反应时的温度范围;而CT实验的目的主要有三点:①评价原油的燃烧性质 (如燃点) ;②测量增加吨油空气和燃料的消耗量以及其他相关属性;③测量产出气的组分, 产出油和水的性质, 为以后的现场应用提供参考。
2 ARC及CT实验参数及结果
ARC实验表明, Minami-Aga原油在170～300 ℃之间能够发生持续的化学反应, 此时, 其点燃温度超过了103 ℃。这说明在Minami-Aga实施注空气必须考虑点火方式, 因此在ARC实验中, 还评价了氧气段塞和亚麻籽油的点燃效果。
分别在低含水饱和度下和高含水饱和度下做了CT实验, 在两种情况下都有稳定的燃烧过程、原油产出量、氧气消耗量。还做了Minami-Aga原油的三维模型烟道气岩心驱替, 在水驱之后的烟道气驱采不出任何原油。此时, 采用了数值模拟方法来理解驱油机理, 结果显示, 热效应对Minami-Aga原油的驱替影响较大。为了提高原油采收率, 必须维持一个稳定的燃烧前缘, 这就需要确定能够维持稳定燃烧前缘的最小注气速度。
3 高压变温氧化实验
HP-RTO实验是等热产出气组分分析的一种, HP-RTO实验设备包括一个长49 cm、直径2.54 cm的圆柱型反应器。注空气之前, 反应器中充满岩屑和原油。注气结束后, 测量反应器的温度、产出气的组分、产出液体的体积。等热产出气组分分析可以获得模拟所需的火烧参数。实验压力为250 KSCG, 温度分别为103、120、140 ℃, 注气通量为3 STm3/m2h。各个温度下的实验初期都是等热过程, 但在实验温度为103 ℃时, 反应器温度先升至170 ℃, 后又升至360 ℃;实验温度为120 ℃时, 反应器温度直接升至360 ℃;实验温度为140 ℃时, 反应器温度升至450 ℃。
4 实验结果
实验温度为103 ℃和120 ℃时, 产出气的组分大致相同。实验温度为120 ℃时, 在温度高达360 ℃的高温区域形成之前, 气相色谱 (GC) 就失败了;实验温度为140 ℃时, 在44～88 h后, 温度升高了6 ℃, 产生了摩尔体积为10%的CO2, 尽管随后CO2含量大体保持稳定, 甚至有所降低, 但由于燃烧只发生了一次, 所以CO2驱有可能是主要的驱油机理。
分子量的断裂和燃烧极有可能是发生在温度为170 ℃和360 ℃的高温区域。当气相产生时, 170 ℃区域会发生移动, 而360 ℃区域有可能随气相移动而移动, 也有可能停留在固体残渣区域。
实验温度为103 ℃和120 ℃时, 产出气的组分有所变化。在这两种实验方案中, 都没有放热反应发生, 因此氧气的消耗量和CO2的产出量都微乎其微。尽管如此, 为了理解低温下的化学反应过程, 必须做一些分析:由于CO2的产出量很少, 所以即使是微小的体积变化, 都会影响分析结果。为此, 设定了如下的注入气组分和每个实验剩余时间的标准:
由于低温下HP-RTO的实验结果显示组分只有微小的变化, 因此注入气的初始组分对结果的影响很大。在HP-RTO实验设备中, 气相色谱和反应器出口之间有大片的不流动区域。由于不流动区域的存在, 使得气相色谱开始形成时间的组分分析延迟了数小时, 因为此次研究注入速度较慢, 延迟的时间影响就较大。故在分析中, 必须考虑延迟时间。假设加热反应器时反应开始, 接着气体组分变化, 此时气相色谱仪测得的组分变化时间称为GC开始时间, 103 ℃、120 ℃、140 ℃下的GC开始时间分别为7.38 h、7.05 h、6.61 h。可以假设在实验开始和GC开始之间的时间段内气体组分保持不变。遵照以上定律, 就可以确定各个实验的注入气组分, 表1给出了注入气的初始组分。
实验开始时, 反应器内已存在部分空气, 这些空气会通过加热的反应器到达出口。同实验开始后注入空气的反应时间相比, 已存在空气的反应时间很短, 因此如果注气速度很大, 这些“已存在空气”的影响就可以忽略不计。但是此次实验的注气速度很小:1 PV空气通过反应器的时间为10 h, 此时如果不考虑“已存在空气”的组分, 分析结果就会出错。因此把“已存在空气”在反应器中的流动时间称为“过渡时间”。“过渡时间”可以通过反应器的孔隙体积和注气速度来计算, “过渡时间”后气体组分的分析结果见表2。
5 反应速率的计算
为了确定产出气的体积, 假设N2的体积保持不变 (注入量=产出量) , 反应速率由以下公式计算:
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式中 k__m3/ (kg5h)
X__组分 (O2或CO2)
Q__注气速率 (m3/h)
[Xprd]、[N2prd]__产出气组分 (摩尔含量)
Wrock__岩石质量 (kg)
最后将反应速率的单位由m3 (O2) / (kg5h) 变为kg (O2) / (kg5h) 。
燃烧反应可由如下的化学反应方程式表示:
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此次研究没有考虑CO的产生, 因此方程右边的CO项可以忽略, 又因为N2的体积保持不变, 所以N2项也可以忽略。此时, 方程 (2) 变为:
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a、b、c、x、y可通过氧气的消耗量和CO2的产出量计算, 见表3。
方程 (3) 中的高H/C比表明将有大量的水产生, 而事实上实验温度为103 ℃时, 高H/C比是氧化反应的特征, 而不能表示有水产生。实验中也没有产生水, 在实验开始时也没有水。
根据Arrhenius方程:
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式中 k__反应速率, m3 (ST) /h
f__频率因子
E__活化能, J/g5mol
[CHx]、[O2]__摩尔分数
m、n__反应级数
R__气体阿伏伽德罗常数[8.314 47 J (k5g5mol) ]
T__温度, K
方程 (4) 也可改写为:
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方程 (5) 中的活化能E表示反应速率受温度影响的程度, 可以通过反应速率与温度的关系式求得E。HP-RTO实验结果显示了氧气消耗量和CO2产出量的另外一种变化趋势, 表4给出了相应的活化能, 基于氧气消耗量计算的活化能值很小。当温度由103 ℃变化到120 ℃时, CO2产出量增加, 氧气消耗量减少;当温度由120 ℃变化到140 ℃时, 氧气消耗量又有所增加。即, 氧气消耗量和温度之间没有线性关系。因此, 如果使用基于氧气消耗量计算的活化能来进行数值模拟, 就会出现误差。氧气消耗量和CO2产出量之间的差异表明温度由103 ℃变化到120 ℃时, 氧化反应占主导地位。
实验温度为140 ℃时的反应速率对基于CO2产出量计算的活化能影响很大, 140 ℃时的反应速率是根据上个反应算出的, 在实验初期会发生放热反应, 这会导致剩余油组分发生变化, 很难点燃。研究实验初始反应状态时发现, 在20～26 h之间产出气的组分保持稳定, 或者更为精确地说, 是CO2产出量缓慢升高, 从103 ℃、120 ℃、140 ℃所计算的活化能均为87.535 J/g5mol, 其值同基于103 ℃、120 ℃反应速率所计算的活化能值很接近。实验温度为140 ℃, 在44～48 h之间存在一个气相燃烧区域, 但在这个区域形成之前会发生残余油组分的燃烧, 因此在44～48 h之后, 氧气消耗和CO2产出机理就会有很大不同。在气相点燃之前, 还存在一个感应期。
6 数值模拟研究
使用热采模拟器是计算最小空气流量最好的方法之一。使用的热采模拟器为CMG公司的STARS。通常热采反应有三种计算方法:火焰面模型、Arrhenius方程模型、元素反应模型。
火焰面模型是最简单的模型, 而元素反应模型是最复杂的模型。元素反应方法要计算燃烧包含的所有元素反应, 这又不切合实际, 因为燃烧涉及到的反应极多, 而Arrhenius方程模型是根据方程 (4) 中的经验公式来计算反应速率。STARS使用了Arrhenius方程来计算化学反应, 能够维持燃烧前缘的最小空气流量应当考虑低温下的反应, 因此在使用模型计算最小空气流量时, 反应速率同温度应是线性关系。对于前面所估计的最小空气流量, 反过来检查了反应速率同温度之间的线性关系。
7 HP-RTO实验拟合
数值模拟使用的火烧参数来自HP-RTO实验结果。氧气和原油的频率因子和反应次序都根据HP-RTO实验结果做了调整, 在本次数值模拟中, 对原油使用了6个拟组分 (C1、C2-C3、C4-C6、C7-C11、C12-C17、C18+) , 各组分都使用相同的频率因子和反应次序。CT实验的模拟结果:高温下的火烧参数值太大, 导致温度剖面拟合不好, 所以根据CT实验拟合结果, 调整了C18+的参数。C1-C17使用了另一套值, 只使用了C18+的参数拟合结果, 尽管根据CT实验对参数进行了调整, 但由于C1-C17也使用了和C18+一样的参数, 所以拟合结果也不是很好。由于轻质组分的影响, 燃烧前缘的推进会越来越快, 从CO2产出速率模拟结果来看, 相对于实验结果, CO2的计算所得产出速率就太大。这是因为活化能受温度影响很大, 无法同时考虑低温下和高温下的所有反应, 所以拟合结果会出现偏差。
数值模拟研究总结如下:考虑到反应机理的变化, 除非有单独的气相燃烧方程以及氧化方程, 否则CT实验不可能拟合好。热采模拟器可以很好地评价模型的敏感性, 但由于缺乏180 ℃和360 ℃下的GC数据, 所以无法与RTO所有的实验结果很好地拟合。
8 结论
◇ HP-RTO实验所得的低温下的活化能与高温下的活化能有差别;
◇ 使用HP-RTO实验低温下的参数对CT实验进行拟合, 未得到较好的拟合结果;
空气-空气热交换器 篇7
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HEPA滤网放大示意图
空气-空气热交换器 篇8
一、室内空气污染的来源及其危害
室内空气污染物主要包括甲醛、氨、氡、苯系物、细颗粒物以及二氧化碳等,这些物质在空气中达到一定的含量,就会对人体产生较大的危害。而它们的产生则与建筑施工、室内装修以及人们的家居生活等关系密切,其来源包括呼吸废气、室内装修、厨房油烟、二手烟雾等。
1. 呼吸废气。
呼吸废气是室内空气污染中最为常见的。人在呼吸时需要吸入新鲜的空气,在体内经过一系列的代谢摄取后,排出含有高浓度二氧化碳以及其他一些有毒、有害物质的气体,从而使周围空气变得浑浊,而室内封闭环境下很容易造成空气中二氧化碳和有毒、有害气体的聚积和含量超标。长时间处在一个二氧化碳超标的环境中时,可使人的认知能力下降,易疲劳,感到呼吸困难和眩晕,甚至使人出现胸闷、恶心的症状。因此,人们将二氧化碳浓度作为衡量室内空气质量的重要指标,同时也为室内其他有毒、有害气体的聚积提供了参考。
2. 室内装修。
随着现代生活人们对居家环境质量要求的提高,居家装修已成为时尚。而与此同时,室内装修所带来的环境污染和安全健康问题却没有引起人们足够的重视。室内装修最常见的污染物就是甲醛,它是一种无色易溶的刺激性气体,当含量达到0.1毫克/立方米时,就会使人产生不适感,再高浓度可引起呕吐、胸闷等,长期接触还可引起各种呼吸系统和免疫系统疾病。因此,甲醛也被人们视为室内空气污染和健康的第一“隐形杀手”。
3. 二手烟雾。
烟草在燃烧时会产生大量的烟焦油、尼古丁和氰氢酸等有害物质,具有较强的致癌作用。一支燃烧的香烟就相当于一座小型的化工厂,室内封闭环境下,烟雾难以扩散,高浓度二手烟雾下对健康的危害可想而知。
4. 厨房油烟。
厨房烹调油烟污染近年来逐渐引起人们的重视。我们日常食用的植物油在炒菜时随着油温的提高,会产生各种复杂的有害的化学物质,如丙烯醛等,可使人感觉眼睛干涩、咽喉干痒,并引发各类慢性呼吸道炎症。
二、室内空气净化技术概述及其优缺点探讨
从室内空气污染的来源来看,室内空气污染往往是与人们的居家生活密切相关的,或者可以说是难以避免的。因此,在开窗通风效果不佳的情况下,各种空气净化技术成为了人们对抗室内环境污染的主要手段。目前,常用的室内空气净化技术主要有以下:
1. 过滤吸附型净化技术。
过滤吸附型净化技术是将吸附技术与普通过滤技术相结合的一种空气净化技术。它主要是利用了各种吸附材料对气体良好的吸附性能,对环境中的有害气体进行吸附,从而达到净化室内空气的目的。常用的吸附材料有活性炭、氢氧化钙等等,可以吸附包括二氧化碳、甲醛等在内的室内各种常见污染气体,并且吸附效率高、对气体富集力强,是目前较为常用的室内空气净化技术。但这种方法存在着吸附饱和、再生困难方面的问题,而且对分子量较小的物质吸附效果较差,使其在实际应用中受到一定的局限性。未来还需在吸附材料方面加强研究,进一步提高其吸附容量和吸附效果。
2. 光催化净化技术。
光催化净化技术是基于N型半导体能带理论,利用光电转换中的氧化还原反应来分解清除空气中有机化合物和细菌、病毒的一种空气净化技术。空气和水经过光触媒材料时,通过氧化还原反应产生大量具有强氧化性的氢氧根离子,这些氢氧根离子散播在空气中可以杀菌消毒,分解空气中有机污染物,去除有害气体和异味,净化空气。光催化剂材料是该技术的关键,其光敏性和化学稳定性等对其使用效果有很大的影响。由于Ti O2的禁带宽度合适,化学性质较为稳定,来源充足,且对人体无害,因此常被用作光催化反应的催化剂。光催化净化技术具有使用时间长、氧化还原性强的特点,但当空气中污染物浓度较低时,光催化降解速率较慢,使其净化效果也较差。
3. 定量活性氧净化技术。
活性氧净化技术的发展已有一百多年的历史,其技术也较为成熟。活性氧技术是利用氧分子很强的氧化性,使其与空气中的甲醛、苯以及碳氢化合物发生反应,达到彻底清除空气中有害物质的目的。该技术具有净化速度快、净化彻底的优点,其反应生成物主要是H2O、CO2、O2等,因而也是公认的最为环保的空气净化方式之一。但需要注意的是,空气中的氧并不是越多越好,过多氧甚至还会造成氧中毒,因此,合理控制空气中氧的浓度成为该技术的关键。目前市场上的很多先进的活性氧净化设备都能够对氧产生频率进行调节,从而使其较为准确地控制空气中的氧浓度。
4. 负离子净化技术。
负离子技术又称单极离子流技术,其原理是利用负离子发生器产生带负电荷的离子,在环境中形成负离子流,并吸附于空气中带正电荷的悬浮颗粒污染物,使其不断积聚超重,最终沉降并脱离气溶状态的过程。负离子净化技术具有空气弥漫性,可以对整个房间每个角落都进行彻底的负离子清扫,对于清除室内环境中颗粒污染物具有较为明显的效果;同时,负离子还有一定的杀菌作用。负离子对人体健康大有裨益,负离子技术也是未来空气净化领域最值得人们关注的,最具有前途的。负离子技术也有其缺点和不足,它不能去除环境中的气体污染物,并且还容易产生臭氧,造成二次污染。在负离子净化技术应用中,与其他气体净化技术联合使用可以达到更理想的净化效果。
三、结语
除了上述技术外,目前常见的室内空气净化技术还包括嫁接高分子聚合技术、等离子净化技术、机械过滤式净化技术等等,这些技术都有各自的优点和局限性,应根据实际情况合理选用。随着科学技术的发展,目前的空气净化技术已日趋成熟和完善,但是在多种室内空气污染因素下,单独一种净化技术很难满足当前空气净化的要求。如果将两种或两种以上的净化技术结合在一起,使各技术间能够互补长短,则可以达到良好的净化效果,这种复合净化技术也是未来空气净化产品设备发展的方向。今后,我们应在这个方向上加强研究,加强创新,力争生产出净化效果更好的、更能适应当前家居空气环境净化要求的高科技空气净化产品。
摘要：空气净化技术是针对室内环境中由于装修残留、呼吸废气等造成的各种环境问题而采取的除霾降尘、消毒杀菌、去除有害气体和异味的技术手段,在降低室内空气环境污染、改善生活办公环境、增进身心健康等方面具有重要的作用。当前,我国的室内空气净化技术发展很快,市场上基于这些技术的各种空气净化产品设备也琳琅满目,使我们的家居环境有了很大的改善。本文主要对空气净化技术及其发展应用进行了探讨。
关键词：室内空气污染,空气净化技术,发展应用探讨
参考文献
[1]韩天香,王逢瑚.室内空气净化技术[J].家具与室内装饰,2004(10).