一種可回收余熱的自然通風(fēng)裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種可回收余熱的自然通風(fēng)裝置，包括：通風(fēng)窗框架，通風(fēng)窗框架內(nèi)安裝多個平行的換熱板，通風(fēng)窗框架前后、與換熱板垂直方向安裝有手動開閉的通風(fēng)門，整個自然通風(fēng)裝置安裝于小型建筑墻壁上開的通風(fēng)口內(nèi)，換熱板的材料采用鋁合金，形狀可選用矩形、帶溝槽的矩形及波浪形等，將排出室外的熱空氣將部分余熱傳遞給了進(jìn)入室內(nèi)的冷空氣，減少了室內(nèi)供暖和空調(diào)的負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能減排的目的，實(shí)現(xiàn)了小型空間中基于熱壓的自然通風(fēng)換氣；通過對具體尺寸的設(shè)計(jì)，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了高效的熱量交換和余熱回收。
【專利說明】
-種可回收余熱的自然通風(fēng)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型屬于小型辦公建筑W及普通住宅的自然通風(fēng)換熱裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其 設(shè)及一種可回收余熱的自然通風(fēng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)在大部分建筑裝配較高能源消耗率的空調(diào)系統(tǒng)，由此造成大量的建筑物能耗， 長期停留在空調(diào)建筑中，雖然免除了過高或過低環(huán)境帶來的熱不舒適性，但是封閉的室內(nèi) 空氣條件改變了人在自然環(huán)境中長期形成的熱適應(yīng)性，由此產(chǎn)生了病態(tài)建筑綜合癥，從而 影響了人體健康。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的要求，現(xiàn)代建筑往往通過增加其結(jié)構(gòu)的氣密性W提 高其保溫性能，從而導(dǎo)致空氣交換次數(shù)減少，室內(nèi)空氣質(zhì)量惡化。
[0003] 因此，營造健康舒適的建筑室內(nèi)環(huán)境日漸成為人們所關(guān)注的焦點(diǎn)，建筑通風(fēng)是保 證室內(nèi)空氣環(huán)境品質(zhì)的重要方式。現(xiàn)有的建筑通風(fēng)技術(shù)主要有W下兩點(diǎn)：一是雙層通風(fēng)玻 璃幕墻，二是熱回收通風(fēng)換氣機(jī)。但是雙層通風(fēng)玻璃幕墻應(yīng)用到小面積建筑中有很多困難： 要求建筑為多層而且多層用戶將使用同一個通風(fēng)通道，存在安全隱患；其通風(fēng)通道一般比 較寬，可能給治安帶來不便;結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高等。而熱回收通風(fēng)換氣機(jī)靠電能驅(qū)動，通風(fēng)量 大，小面積建筑所需新風(fēng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于熱回收通風(fēng)換氣機(jī)通風(fēng)量，造成資源的浪費(fèi)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型為了解決上述問題，提供一種可回收余熱的自然通風(fēng)裝置，適用于小 型辦公建筑W及普通住宅，利用冬季室內(nèi)外空氣穩(wěn)定的熱壓差實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，選用合適的 換熱材料，在自然通風(fēng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)熱量的有效回收，既能解決節(jié)能與室內(nèi)空氣品質(zhì)的矛 盾，又能突破現(xiàn)有技術(shù)的局限，提高余熱回收效率，降低能耗。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：
[0006] 本實(shí)用新型為一種可回收余熱的自然通風(fēng)裝置，包括:通風(fēng)窗框架，通風(fēng)窗框架內(nèi) 豎直安裝多個平行的換熱板，兩塊換熱板之間為氣體交換的通風(fēng)通道;通風(fēng)窗框架前后、與 換熱板垂直方向安裝有手動開閉的通風(fēng)口。
[0007] 換熱板的材料為侶合金。
[000引所述換熱板的厚度的范圍在0.6mm到0.9mm，寬度的范圍在160mm到750mm，高度的 范圍在500mm至Ij 1800mm，兩塊換熱板之間通風(fēng)通道的寬度的范圍在3.8mm到4.8mm;
[0009] 換熱板的形狀可為矩形薄板。
[0010] 優(yōu)選的，換熱板的形狀為帶有溝槽的矩形薄板，換熱板上半部分的溝槽與換熱板 成45°角，換熱板下半部分的溝槽與換熱板成135°角。
[0011] 優(yōu)選的，換熱板的形狀為波浪形。
[0012] 優(yōu)選的，換熱板的厚度為0.9mm，高度為500mm，寬度為400mm，兩塊換熱板之間通風(fēng) 通道的寬度為4.8mm，換熱板的個數(shù)為20個。
[0013] 本實(shí)用新型的整個工作過程為3部分:從熱流體到換熱板的熱量傳遞，從換熱板高 溫部分到低溫部分的熱量傳遞，從換熱板低溫部分到冷流體的熱量傳遞。
[0014] 具體的工作原理為:北方地區(qū)冬季室內(nèi)外存在較為穩(wěn)定的溫差，室內(nèi)的熱風(fēng)溫度 高，密度小，室外的新風(fēng)溫度低，密度大，可W提供平穩(wěn)且充足的熱壓；由于熱壓的作用，在 兩塊換熱板之間，熱空氣從上部流向室外，空氣與換熱板上半部分之間存在溫度差，熱空氣 將部分熱量傳遞給換熱板的上半部分，對于整個換熱板，上半部分溫度高，下半部分溫度 低，因此在換熱板內(nèi)部豎直方向上存在熱傳導(dǎo);冷空氣從下部流入室內(nèi)，冷空氣與換熱板的 下半部分存在溫差，熱量從換熱板下半部分傳遞給冷空氣。
[0015] 本實(shí)用新型的有益效果：
[0016] (1)實(shí)現(xiàn)了高效的熱量交換和余熱回收，通過本實(shí)用新型通過豎直安放的多個平 行的侶合金換熱板將排出室外的熱空氣的部分余熱傳遞給了進(jìn)入室內(nèi)的冷空氣，提高了冷 空氣的溫度，減少了熱量的損耗，降低了室內(nèi)供暖和空調(diào)的負(fù)荷，節(jié)約能源。
[0017] (2)可回收余熱的自然通風(fēng)裝置實(shí)現(xiàn)了小型空間的自然通風(fēng)換氣，避免了一般的 熱回收通風(fēng)換氣機(jī)的通風(fēng)換氣量遠(yuǎn)大于建筑中人均所需新風(fēng)量而不能滿負(fù)荷運(yùn)行的不良 現(xiàn)狀。
[0018] (3)基于熱壓原理的可回收余熱的自然通風(fēng)裝置可充分滿足空間中人所需的新風(fēng) 換氣量，具有充足、平穩(wěn)、持續(xù)的特點(diǎn)。
[0019] (4)可回收余熱的自然通風(fēng)裝置僅包括了通風(fēng)窗框架、換熱板與通風(fēng)口，結(jié)構(gòu)簡 單，易于生產(chǎn)制作，維護(hù)與修理相對簡便;采用侶合金作為換熱板材料，質(zhì)量輕便，造價(jià)較 低;體積較小，便于靈活安裝，使用簡單，在寒冷地區(qū)有很大的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0020] 圖1為可回收余熱的自然通風(fēng)裝置實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2為可回收余熱的自然通風(fēng)裝置實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖3為可回收余熱的自然通風(fēng)裝置實(shí)施例1原理示意圖；
[0023] 圖4為可回收余熱的自然通風(fēng)裝置熱傳遞過程；
[0024] 圖5為可回收余熱的自然通風(fēng)裝置實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖6為可回收余熱的自然通風(fēng)裝置實(shí)施例3結(jié)構(gòu)示意圖；
[00%] 其中，1-通風(fēng)窗框架，2-換熱板，3-通風(fēng)通道，4-通風(fēng)口。
【具體實(shí)施方式】：
[0027]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[002引實(shí)施例1:
[0029] -種可回收余熱的自然通風(fēng)裝置，如圖1、圖2所示，包括:通風(fēng)窗框架1，通風(fēng)窗框 架1內(nèi)安裝多個平行的換熱板2,兩塊換熱板2之間為氣體交換的通風(fēng)通道3;通風(fēng)窗框架1前 后、與換熱板2垂直方向安裝有手動開閉的通風(fēng)口 4。
[0030] 整個自然通風(fēng)裝置安裝于小型建筑墻壁上開的通風(fēng)口內(nèi)。
[0031] 換熱板2的材料為侶合金，形狀為矩形薄板。
[0032] 為了保證充足的室內(nèi)新風(fēng)換氣量，考慮到人的舒適度和節(jié)能的要求，換氣量通常 不能低于30m3/化?人）。北方的氣候特點(diǎn)決定了冬季室內(nèi)外空氣溫度能夠保持一個基本穩(wěn) 定的差值，因此室內(nèi)外空氣密度差值也基本穩(wěn)定，所W我們通過設(shè)計(jì)合適的自然通風(fēng)裝置 的豎直高度來控制熱壓達(dá)到一個合理的值。一種可回收余熱的自然通風(fēng)裝置的原理如圖3 所示，室內(nèi)的熱風(fēng)溫度高，密度小，室外的新風(fēng)溫度低，密度大，因此，由于熱壓的作用，兩塊 換熱板2間，熱空氣從換熱板2上部流向室外，冷空氣從換熱板2下部流入室內(nèi)，冷熱空氣的 交界面，即熱壓中和面大致位于板的中間位置。運(yùn)相當(dāng)于同一平面上的兩個通風(fēng)口完成自 然通風(fēng)的過程。通過設(shè)計(jì)換熱板2高度，兩塊換熱板2之間為氣體交換的通風(fēng)通道3的寬度W 及換熱板2的數(shù)量，使整個自然通風(fēng)裝置的尺寸滿足室內(nèi)外空氣熱壓差的要求，從而實(shí)現(xiàn)平 穩(wěn)的自然通風(fēng)。
[0033] -種可回收余熱的自然通風(fēng)裝置的原理是利用建筑物內(nèi)外空氣熱壓差來實(shí)現(xiàn)通 風(fēng)換氣的。針對單層建筑或多層建筑的每一層來說，通過建筑物某一開口的自然通風(fēng)量可 由下式計(jì)算：
[0034]
[00對式中，Pv為空氣體積流量，即新風(fēng)通氣量;y為開口流量系數(shù);F為開口面積；AP為 開口兩側(cè)的壓力差，即熱壓;P為室外空氣密度；其中，熱壓公式為AP =曲Ap,h為進(jìn)風(fēng)口 與出風(fēng)口的豎直距離，g為重力加速度，Ap為室外與室內(nèi)空氣密度差。為滿足小型空間內(nèi)人 的舒適度的要求，新風(fēng)通氣量Pv不得小于30mV化?人）。假定某小型空間面積為SOnf，其中 有2人生活。取山東省濟(jì)南市冬季室內(nèi)溫度22°C，此時空氣密度為1.19化g/m3;山東省濟(jì)南 市冬季室外溫度-3.2°C，密度為1.30化g/m3。根據(jù)一般通風(fēng)裝置的尺寸，設(shè)通風(fēng)口尺寸為 500mm X 150mm。對開口流量系數(shù)的取值，一般均采用流體力學(xué)中孔口出流原理，取為0.6。經(jīng) 計(jì)算，新風(fēng)通氣量Pv = 0. 029m^s，即104.9nrVh，對與每一個人，貝為52.5mVh，滿足新風(fēng)通 氣量大于30mV化?人）的舒適度要求，因此，利用熱壓進(jìn)行自然通風(fēng)是完全可W滿足人均 需求的。
[0036] 換熱板2的換熱介質(zhì)為侶合金矩形薄板，其寬度為Y(mm)，高度為Z(Him)，板厚度為X (mm)，侶合金的熱傳導(dǎo)系數(shù)為h。一個完整的自然通風(fēng)裝置有n塊換熱板2縱向排列組成，兩 塊換熱板2之間通風(fēng)通道3的寬度為L(mm)?，F(xiàn)在取由一塊換熱板2與其兩側(cè)氣體組成的基本 換熱單元，整個熱量傳遞過程分為從熱流體到換熱板的熱量傳遞，從換熱板高溫部分到低 溫部分的熱量傳遞，從換熱板低溫側(cè)到冷流體的熱量傳遞運(yùn)=部分，如圖4可回收余熱的自 然通風(fēng)裝置熱傳遞過程所示，其總熱阻R為：
[0037]
[00；3 引
[0039] As = XXY
[0040] 其中，h(J ? Hf2 ? ? ITi)為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，A(W ? Hfi ? ITi)為侶合金的導(dǎo)熱系數(shù)， Al換熱板的側(cè)面積，A2為換熱板的底面積，聯(lián)立W上整理得熱阻
[0041]
[0042] 對于指定材料，在某一溫度下表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h和導(dǎo)熱系數(shù)A為定值，通過對熱阻的 表達(dá)式進(jìn)行分析可知:所W熱阻R隨著X和Y的增大減小，隨著Z先減小后增大，有極小值，因 此，在規(guī)定范圍內(nèi)，盡量增大X和Y的值，Z值盡量接近最小值點(diǎn)時，可取得熱阻R的較小值，具 體取值將被后邊的體積與換氣方程所約束。單個基本換熱單元的總熱流量〇為：
[0043]
[0044] 其中，Tfi(C)為室外空氣溫度，Tf2(°C)為室內(nèi)空氣溫度。
[0045] 對于整個自然通風(fēng)裝置而言，可抽象成為n-1個基本換熱單元，所W整個裝置總熱 流量舶.為
[0046]
[0047] 通風(fēng)通道3總體積V為 [004引 v=(n-l 化 XYXZ [0049]新風(fēng)通氣量Pv公式為
[(K)加]
[0化1 ] 根據(jù)單位時間熱流量
巧整理得到Q與各個參數(shù)的多元函數(shù)為
[0化2]
[0053] 根據(jù)市面上的主流板式換熱器型號，我們逐個確定變量的變化范圍。其中：XG (0.6,0.9);YG (160,750) ;ZG (500,1800) ;LG (3.8,4.8)(長度單位均按mm計(jì)）。
[0054] 其中自然通風(fēng)對流系數(shù)(空氣與金屬表面的自然通風(fēng)化= 20W/(m2 ? K);
[0055] 侶合金換熱板2傳熱系數(shù)(考慮到工作溫度變化范圍的不大，故可W采用293.15K 下的數(shù)值）A=158W/(m*K)。
[0056] 采用Lingol4.0對裝置單位時間熱流量Q進(jìn)行了全局最優(yōu)求解，得到：單位時間熱 流量的最大值Qmax = 474.9858J/S。
[0057] 最優(yōu)解中各個參數(shù)數(shù)值為:X = 0.9mm; Z = 500mm;考慮建筑物外墻厚度和裝置尺寸 的合理性，我們?nèi)。?= 40〇111111，1^ = 4.8111111，11 = 20?？紤]到換熱板2與冷熱空氣熱交換的效率，取 效率11 = 30%。則根據(jù)公式q = cm At可計(jì)算出空氣從室外進(jìn)入室內(nèi)經(jīng)余熱加熱后溫度升高 3.74°C。
[005引 W標(biāo)準(zhǔn)燃煤計(jì)算該裝置的節(jié)能效用：一千克標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒產(chǎn)生的熱量為qO = 29310kJ。濟(jì)南城市人口大約為471.5萬，假設(shè)裝置普及率為70%，每個家庭每天使用該裝置 通風(fēng)化，每戶安裝兩個裝置，由于裝置基于熱壓實(shí)現(xiàn)，僅適用于冬季，所W使用時間按100天 計(jì)，共節(jié)省能量
[0059] qs = 474.9858X 10-3kWX(3600X5X100)sX(471.5X10シ4)戶X2X70%X30% = 4.23X1〇i1kJ.
[0060] 可節(jié)省的燃煤質(zhì)量
[0061]
[0062] 故一年內(nèi)僅在濟(jì)南市區(qū)內(nèi)，通過該裝置的使用共可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)燃煤1.44X104t。按 一噸標(biāo)準(zhǔn)煤為700元，總計(jì)可節(jié)省1080萬人民幣，節(jié)能效果非常可觀！
[0063] 實(shí)施例2:
[0064] -種可回收余熱的自然通風(fēng)裝置，如圖5所示，包括:通風(fēng)窗框架1，通風(fēng)窗框架1內(nèi) 安裝多個平行的換熱板2,兩塊換熱板之間為氣體交換的通風(fēng)通道3;通風(fēng)窗框架1前后、與 換熱板2垂直方向安裝有手動開閉的通風(fēng)口 4。
[0065] 換熱板2的材料為侶合金，形狀為波浪形。
[0066] 波浪形的換熱板2與矩形的換熱板2相比在有限的空間內(nèi)增大了換熱面積，提高了 換熱效率。
[0067] 實(shí)施例3:
[0068] -種可回收余熱的自然通風(fēng)裝置，如圖6所示，包括:通風(fēng)窗框架1，通風(fēng)窗框架1內(nèi) 安裝多個平行的換熱板2,兩塊換熱板2之間為氣體交換的通風(fēng)通道3;通風(fēng)窗框架1前后、與 換熱板2垂直方向安裝有手動開閉的通風(fēng)口 4。
[0069] 換熱板2的材料為侶合金。
[0070] 換熱板2形狀為帶有溝槽的矩形，換熱板2上半部分的溝槽與換熱板成45°角，換熱 板2下半部分的溝槽與換熱板成135°角。
[0071] 帶有溝槽的矩形換熱板2減少了冷熱空氣之間的熱量交換，提高了余熱回收的效 率。
[0072] 上述雖然結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本實(shí)用新 型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng) 域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍W內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可回收余熱的自然通風(fēng)裝置，包括:通風(fēng)窗框架、多個換熱板與通風(fēng)門，其特征 是:通風(fēng)窗框架內(nèi)垂直安裝多個平行的換熱板，兩塊換熱板之間為氣體交換的通風(fēng)通道;通 風(fēng)窗框架前后、與換熱板垂直方向安裝有手動開閉的通風(fēng)門。2. 如權(quán)利要求1所述的一種可回收余熱的自然通風(fēng)裝置，其特征是:所述換熱板的材料 為鋁合金。3. 如權(quán)利要求1所述的一種可回收余熱的自然通風(fēng)裝置，其特征是:所述換熱板的形狀 為矩形薄板。4. 如權(quán)利要求1所述的一種可回收余熱的自然通風(fēng)裝置，其特征是:所述換熱板的形狀 為波浪形薄板。5. 如權(quán)利要求1所述的一種可回收余熱的自然通風(fēng)裝置，其特征是:所述換熱板為帶溝 槽的矩形薄板，換熱板上半部分的溝槽與換熱板成45°角，換熱板下半部分的溝槽與換熱板 成135°角。6. 如權(quán)利要求1-5任一所述的一種可回收余熱的自然通風(fēng)裝置，其特征是:所述換熱板 的厚度為〇. 9mm，高度為500mm，寬度為400mm，兩塊換熱板之間通風(fēng)通道的寬度為4.8mm，換 熱板的個數(shù)為20個。
【文檔編號】F24F12/00GK205641395SQ201620499216
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】藺海洋, 朱鈺笛, 周曉偉, 婁佳慧, 于洋
【申請人】藺海洋