一種可回收余熱的自然通風裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可回收余熱的自然通風裝置，包括：通風窗框架，通風窗框架內安裝多個平行的換熱板，通風窗框架前后、與換熱板垂直方向安裝有手動開閉的通風門，整個自然通風裝置安裝于小型建筑墻壁上開的通風口內，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入室內的冷空氣，減少了室內供暖和空調的負荷，達到節能減排的目的，實現了小型空間中基于熱壓的自然通風換氣；通過對具體尺寸的設計，本實用新型實現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裝置
技術領域
[0001] 本實用新型屬于小型辦公建筑W及普通住宅的自然通風換熱裝置技術領域，尤其 設及一種可回收余熱的自然通風裝置。
【背景技術】
[0002] 現在大部分建筑裝配較高能源消耗率的空調系統，由此造成大量的建筑物能耗， 長期停留在空調建筑中，雖然免除了過高或過低環境帶來的熱不舒適性，但是封閉的室內 空氣條件改變了人在自然環境中長期形成的熱適應性，由此產生了病態建筑綜合癥，從而 影響了人體健康。為了實現節能減排的要求，現代建筑往往通過增加其結構的氣密性W提 高其保溫性能，從而導致空氣交換次數減少，室內空氣質量惡化。
[0003] 因此，營造健康舒適的建筑室內環境日漸成為人們所關注的焦點，建筑通風是保 證室內空氣環境品質的重要方式。現有的建筑通風技術主要有W下兩點：一是雙層通風玻 璃幕墻，二是熱回收通風換氣機。但是雙層通風玻璃幕墻應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通道，存在安全隱患；其通風通道一般比 較寬，可能給治安帶來不便;結構復雜、造價高等。而熱回收通風換氣機靠電能驅動，通風量 大，小面積建筑所需新風量遠遠小于熱回收通風換氣機通風量，造成資源的浪費。 【實用新型內容】
[0004] 本實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裝置，適用于小 型辦公建筑W及普通住宅，利用冬季室內外空氣穩定的熱壓差實現自然通風，選用合適的 換熱材料，在自然通風的基礎上實現熱量的有效回收，既能解決節能與室內空氣品質的矛 盾，又能突破現有技術的局限，提高余熱回收效率，降低能耗。
[0005] 為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：
[0006] 本實用新型為一種可回收余熱的自然通風裝置，包括:通風窗框架，通風窗框架內 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通道;通風窗框架前后、與 換熱板垂直方向安裝有手動開閉的通風口。
[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] 優選的，換熱板的形狀為波浪形。
[0012] 優選的，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 通道的寬度為4.8mm，換熱板的個數為20個。
[0013] 本實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:北方地區冬季室內外存在較為穩定的溫差，室內的熱風溫度 高，密度小，室外的新風溫度低，密度大，可W提供平穩且充足的熱壓；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，因此在換熱板內部豎直方向上存在熱傳導;冷空氣從下部流入室內，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] 本實用新型的有益效果：
[0016] (1)實現了高效的熱量交換和余熱回收，通過本實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入室內的冷空氣，提高了冷 空氣的溫度，減少了熱量的損耗，降低了室內供暖和空調的負荷，節約能源。
[0017] (2)可回收余熱的自然通風裝置實現了小型空間的自然通風換氣，避免了一般的 熱回收通風換氣機的通風換氣量遠大于建筑中人均所需新風量而不能滿負荷運行的不良 現狀。
[0018] (3)基于熱壓原理的可回收余熱的自然通風裝置可充分滿足空間中人所需的新風 換氣量，具有充足、平穩、持續的特點。
[0019] (4)可回收余熱的自然通風裝置僅包括了通風窗框架、換熱板與通風口，結構簡 單，易于生產制作，維護與修理相對簡便;采用侶合金作為換熱板材料，質量輕便，造價較 低;體積較小，便于靈活安裝，使用簡單，在寒冷地區有很大的應用前景。
【附圖說明】
[0020] 圖1為可回收余熱的自然通風裝置實施例1結構示意圖；
[0021] 圖2為可回收余熱的自然通風裝置實施例1結構示意圖；
[0022] 圖3為可回收余熱的自然通風裝置實施例1原理示意圖；
[0023] 圖4為可回收余熱的自然通風裝置熱傳遞過程；
[0024] 圖5為可回收余熱的自然通風裝置實施例2結構示意圖；
[0025] 圖6為可回收余熱的自然通風裝置實施例3結構示意圖；
[00%] 其中，1-通風窗框架，2-換熱板，3-通風通道，4-通風口。
【具體實施方式】：
[0027]下面結合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。
[002引實施例1:
[0029] -種可回收余熱的自然通風裝置，如圖1、圖2所示，包括:通風窗框架1，通風窗框 架1內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通道3;通風窗框架1前 后、與換熱板2垂直方向安裝有手動開閉的通風口 4。
[0030] 整個自然通風裝置安裝于小型建筑墻壁上開的通風口內。
[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新風換氣量，考慮到人的舒適度和節能的要求，換氣量通常 不能低于30m3/化?人）。北方的氣候特點決定了冬季室內外空氣溫度能夠保持一個基本穩 定的差值，因此室內外空氣密度差值也基本穩定，所W我們通過設計合適的自然通風裝置 的豎直高度來控制熱壓達到一個合理的值。一種可回收余熱的自然通風裝置的原理如圖3 所示，室內的熱風溫度高，密度小，室外的新風溫度低，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，冷熱空氣的 交界面，即熱壓中和面大致位于板的中間位置。運相當于同一平面上的兩個通風口完成自 然通風的過程。通過設計換熱板2高度，兩塊換熱板2之間為氣體交換的通風通道3的寬度W 及換熱板2的數量，使整個自然通風裝置的尺寸滿足室內外空氣熱壓差的要求，從而實現平 穩的自然通風。
[0033] -種可回收余熱的自然通風裝置的原理是利用建筑物內外空氣熱壓差來實現通 風換氣的。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量可 由下式計算：
[0034]
[00對式中，Pv為空氣體積流量，即新風通氣量;y為開口流量系數;F為開口面積；AP為 開口兩側的壓力差，即熱壓;P為室外空氣密度；其中，熱壓公式為AP =曲Ap,h為進風口 與出風口的豎直距離，g為重力加速度，Ap為室外與室內空氣密度差。為滿足小型空間內人 的舒適度的要求，新風通氣量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。取山東省濟南市冬季室內溫度22°C，此時空氣密度為1.19化g/m3;山東省濟南 市冬季室外溫度-3.2°C，密度為1.30化g/m3。根據一般通風裝置的尺寸，設通風口尺寸為 500mm X 150mm。對開口流量系數的取值，一般均采用流體力學中孔口出流原理，取為0.6。經 計算，新風通氣量Pv = 0. 029m^s，即104.9nrVh，對與每一個人，貝為52.5mVh，滿足新風通 氣量大于30mV化?人）的舒適度要求，因此，利用熱壓進行自然通風是完全可W滿足人均 需求的。
[0036] 換熱板2的換熱介質為侶合金矩形薄板，其寬度為Y(mm)，高度為Z(Him)，板厚度為X (mm)，侶合金的熱傳導系數為h。一個完整的自然通風裝置有n塊換熱板2縱向排列組成，兩 塊換熱板2之間通風通道3的寬度為L(mm)。現在取由一塊換熱板2與其兩側氣體組成的基本 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，從換熱板低溫側到冷流體的熱量傳遞運=部分，如圖4可回收余熱的自 然通風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)為表面傳熱系數，A(W ? Hfi ? ITi)為侶合金的導熱系數， Al換熱板的側面積，A2為換熱板的底面積，聯立W上整理得熱阻
[0041]
[0042] 對于指定材料，在某一溫度下表面傳熱系數h和導熱系數A為定值，通過對熱阻的 表達式進行分析可知: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，在規定范圍內，盡量增大X和Y的值，Z值盡量接近最小值點時，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)為室內空氣溫度。
[0045] 對于整個自然通風裝置而言，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] 通風通道3總體積V為 [004引 v=(n-l 化 XYXZ [0049]新風通氣量Pv公式為
[(K)加]
[0化1 ] 根據單位時間熱流量
巧整理得到Q與各個參數的多元函數為
[0化2]
[0053] 根據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）。
[0054] 其中自然通風對流系數(空氣與金屬表面的自然通風化= 20W/(m2 ? K);
[0055] 侶合金換熱板2傳熱系數(考慮到工作溫度變化范圍的不大，故可W采用293.15K 下的數值）A=158W/(m*K)。
[0056] 采用Lingol4.0對裝置單位時間熱流量Q進行了全局最優求解，得到：單位時間熱 流量的最大值Qmax = 474.9858J/S。
[0057] 最優解中各個參數數值為:X = 0.9mm; Z = 500mm;考慮建筑物外墻厚度和裝置尺寸 的合理性，我們取￥ = 40〇111111，1^ = 4.8111111，11 = 20。考慮到換熱板2與冷熱空氣熱交換的效率，取 效率11 = 30%。則根據公式q = cm At可計算出空氣從室外進入室內經余熱加熱后溫度升高 3.74°C。
[005引 W標準燃煤計算該裝置的節能效用：一千克標準煤燃燒產生的熱量為qO = 29310kJ。濟南城市人口大約為471.5萬，假設裝置普及率為70%，每個家庭每天使用該裝置 通風化，每戶安裝兩個裝置，由于裝置基于熱壓實現，僅適用于冬季，所W使用時間按100天 計，共節省能量
[0059] qs = 474.9858X 10-3kWX(3600X5X100)sX(471.5X10シ4)戶X2X70%X30% = 4.23X1〇i1kJ.
[0060] 可節省的燃煤質量
[0061]
[0062] 故一年內僅在濟南市區內，通過該裝置的使用共可節省標準燃煤1.44X104t。按 一噸標準煤為700元，總計可節省1080萬人民幣，節能效果非常可觀！
[0063] 實施例2:
[0064] -種可回收余熱的自然通風裝置，如圖5所示，包括:通風窗框架1，通風窗框架1內 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通道3;通風窗框架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增大了換熱面積，提高了 換熱效率。
[0067] 實施例3:
[0068] -種可回收余熱的自然通風裝置，如圖6所示，包括:通風窗框架1，通風窗框架1內 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通道3;通風窗框架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] 上述雖然結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本實用新 型保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領 域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范 圍W內。
【主權項】
1. 一種可回收余熱的自然通風裝置，包括:通風窗框架、多個換熱板與通風門，其特征 是:通風窗框架內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通道;通 風窗框架前后、與換熱板垂直方向安裝有手動開閉的通風門。2. 如權利要求1所述的一種可回收余熱的自然通風裝置，其特征是:所述換熱板的材料 為鋁合金。3. 如權利要求1所述的一種可回收余熱的自然通風裝置，其特征是:所述換熱板的形狀 為矩形薄板。4. 如權利要求1所述的一種可回收余熱的自然通風裝置，其特征是:所述換熱板的形狀 為波浪形薄板。5. 如權利要求1所述的一種可回收余熱的自然通風裝置，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. 如權利要求1-5任一所述的一種可回收余熱的自然通風裝置，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通道的寬度為4.8mm，換 熱板的個數為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
【發明人】藺海洋, 朱鈺笛, 周曉偉, 婁佳慧, 于洋
【申請人】藺海洋