Створення теплофізичних засад проектування теплообмінних пристроїв на двофазних теплопередавальних елементах для енергозбереження у вентиляційних системах будівель

Розроблено та створено дослідні зразки плоско-овальних термосифонів (ТС) з неповним поперечним прямокутним та гофрованим оребренням, а також зразки круглих ТС з внутрішніми інтенсифікаторами теплообміну в зоні нагріву (ЗН). Вони призначені для роботи в теплообмінних пристроях (ТОП) утилізаторах теплоти вентиляційного повітря. Було показано, що найбільш оптимальним теплоносієм для ТС, що працюють в умовах, характерних для вентиляційних систем, з точки зору температури кипіння та безпечності використання є фреон R134a. При цьому найбільш оптимальними параметрами зовнішнього оребрення з точки зору поєднання високих теплоаеродинамічних характеристик та мінімальної маси поверхні теплообміну є: довжина ребра – 50 мм, висота ребра – 20 мм, товщина ребра – 0,3 мм, крок ребер – 3 мм. Експериментальні дослідження показали, що створені ТС здатні передавати до 200…220 Вт теплової енергії та мають термічний опір 0,05…0,07 К/Вт. При цьому термічний опір запропонованих ТС на 35…92% нижче, а переданий тепловий потік на 29…46% вищий, ніж у описаних в літературі аналогів. Ці ТС можуть використовуватись в діапазоні швидкостей потоків набігаючого повітря від 1,8 м/с до 20 м/с при перепаді температур між припливним та витяжним повітрям 10…28°С, а також при від’ємних температурах припливного повітря. Отримані характеристики роблять запропоновані ТС привабливими для використання в якості основним теплопередавальних елементів ТОП-утилізаторів. Було експериментально показано, що збільшення довжини ЗН в 3 рази із одночасним зменшення коефіцієнта заправки (КЗ) теж в 3 рази призводить до зниження його термічного опору в 1,3…2 рази. Тому для використання в ТОП-утилізаторах рекомендується застосовувати ТС із довжиною ЗН 150 мм (співвідношення довжин ЗН та зони конденсації 1:1) та КЗ 58%. Також було з’ясовано, що застосування внутрішніх інтенсифікаторів теплообміну в ЗН у вигляді різьби призводить до збільшення переданого теплового потоку в 2 рази в порівнянні із гладкою поверхнею. Це відкриває можливість до збільшення теплової потужності ТОП-утилізаторів без збільшення кількості ТС. Було отримано емпіричні залежності для розрахунку інтенсивності тепловіддачі в ЗН плоско-овальних ТС з фреоном R134a в якості теплоносія. Також було модифіковано існуючу методику розрахунку термічного опору ТС з метою її пристосування до визначення термічного опору запропонованих ТС, призначених для застосування в ТОП-утилізаторах теплоти вентиляційного повітря. Було розроблено та створено експериментальний макет ТОП-утилізатора, який має: високу ефективність в широкому діапазоні перепаду температур між витяжним та припливним повітрям 10…28°С та при від’ємних температурах припливного повітря; високий ступінь розвинення зовнішньої поверхні та високу компактність; у 2,0…2,5 рази менший аеродинамічний опір, ніж у зразків з круглих оребрених труб; практично ідеальний термічний контакт між оребренням та несучою трубою; високу корозійну стійкість; відрізняється простотою технології виготовлення та може використовуватись в широкому діапазоні теплових потужностей. На основі результатів експериментальних досліджень теплоаеродинамічних характеристик макета було запропоновано емпіричні залежності в безрозмірному вигляді, що дозволяють розрахувати інтенсивність його зовнішньої тепловіддачі та аеродинамічний опір. За результатами досліджень було розроблено та запропоновано рекомендації щодо проектування ТОП-утилізаторів на плоско-овальних ТС з неповним поперечним оребренням.