Перейти до вмісту
Наукові вісті КПІ
ISSN 2617-5509 · e‑ISSN 2663-7472 Відкритий доступ · CC BY 4.0
Т. 135 · № 1-2 · 2022 чер 1, 2020 статті

КОНСТРУКЦІЇ ТЕПЛООБМІННИХ АПАРАТІВ НА ДВОФАЗНИХ ТЕПЛОПЕРЕДАВАЛЬНИХ ЕЛЕМЕНТАХ ДЛЯ УТИЛІЗАЦІЇ ТЕПЛОТИ ПОВІТРЯ У ВЕНТИЛЯЦІЙНИХ СИСТЕМАХ: ОГЛЯД

ЄА
Євгеній Алексеїк Відповідальний КПІ ім. Ігоря Сікорського, НН ІАТЕ, Науково-дослідна (експериментальна) лабораторія процесів в енергетичному обладнанні, Ukraine Україна
ОА
Ольга Алексеїк Igor Sikorsky KPI, Educational and Scientific Institute of Atomic and Thermal Energy, Atomic Energy Department, Ukraine Україна
Опублікованочер 1, 2020
PDF
НВКПІ 1-2 ТОМ 135 · 1-2
ТОМ 135 · № 1-2 · 2022 Переглянути випуск

Анотація

Проблематика. Теплообмінники-утилізатори теплоти викидного вентиляційного повітря набули широкого вжитку для підвищення енергоефективності будівель. Для підвищення ефективності передачі теплоти від гарячого повітря до холодного в таких теплообмінниках в якості основних теплопередавальних елементів використовують двофазні пристрої, зокрема: термосифони, теплові труби та пульсаційні теплові труби. Проте такі теплообмінники повинні мати високу температурну, ентальпійну та енергетичну ефективність при низькому аеродинамічному опорі. Крім того, специфіка роботи у вентиляційних системах, зокрема, відносно низькі робочі температури та малі перепади температур гарячого та холодного повітря, створює певні складнощі при виборі теплоносіїв для двофазних елементів. Таким чином, для створення ефективних теплообмінників-утилізаторів на двофазних елементах необхідно вирішити ряд складних задач. Мета дослідження. Виявити невирішені та мало досліджених питання в конструюванні теплообмінників-утилізаторів на двофазних теплопередавальних елементах для вентиляційних систем. Методика реалізації. Аналіз описаних в літературі конструкцій, їх характеристик та результатів досліджень. Результати дослідження. В результаті аналізу літературних джерел було виявлено як загальні риси конструкцій теплообмінників-утилізаторів на двофазних теплопередавальних пристроях, так і ряд питань, що потребують подальших досліджень. Висновки. Теплообмінні апарати на двофазних теплопередавальних елементах мають широкі перспективи використання та забезпечують повну теплову ефективність до 85%. При цьому існує ряд невирішених питань, що стосуються оптимізації конструкції двофазних пристроїв та теплообмінників в цілому, оптимізації оребрення, дослідження коефіцієнтів тепловіддачі та теплопередачі, втрат тиску, відводу конденсату.

Ключові слова

#утилізація теплоти #вентиляційні системи #теплообмінник #термосифон #теплова труба #пульсаційна теплова труба

Посилання

  1. . V.I. Deshko, I.O. Sukhodub, Efficiency of heat utilization in ventilation systems, Kyiv, Ukraine: IESEM NTUU “KPI” (in Ukrainian), 2016.
  2. . S.K. Kusakov, “Low potential heat sources and requirements for heat exchange equipment for energy efficient utilization of such heat”, (in Ukrainian), Intehrovani tekhnolohii ta enerhozberezhennia, no. 4, pp. 79–90, 2019, doi: 10.20998/2078-5364.2019.4.10.
  3. . L.V. Didyk and M.V. Stepanov, “Calculation method of heat exchanger with elastic heat transfer surface for utilization of exhaust air heat”, (in Ukrainian), Ventyliatsiia, osvitlennia ta teplohazopostachannia, iss. 16, pp. 94–100, 2012.
  4. . М. Kordyukov, V. Deshko, I. Sukhodub, “ Heat and mass transfer processes in air-to-air membrane recuperative heat exchanger in summer”, (in Ukrainian), Kholodylna tekhnika ta tekhnolohiia, vol. 50, no. 1, pp. 24–31, Mar. 2014, doi: 10.15673/0453-8307.1/2014.32643.
  5. . V.I. Deshko, I.O. Sukhodub, A.V. Popkov, “Energy balance of ventilation systems with utilization”, (in Ukrainian), Budivelni konstruktsii, iss. 80, pp. 73–77, 2014.
  6. . M.V. Stepanov, V.H. Dziubenko, M.V. Shynkarenko, “Heat exchanger”, (in Ukrainian), UA Patent 65348 А, Mar. 15, 2004.
  7. . M.V. Stepanov, L.V. Didyk, P.H. Berehova, “Investigation of heat transfer between air and elastic surface”, (in Ukrainian), Ventyliatsiia, osvitlennia ta teplohazopostachannia, iss. 11, pp. 67–71, 2007.
  8. . S.Z. Polishhuk, E.G. Kushnir, I.Ju Lesnikova, V.O. Petrenko, Ju.D. Vasil’eva, E.A. Homenko, “Utilization of industrial exhaust heat and quality of air environment”, (in Russian), Stroitel’stvo. Materialovedenie. Mashinostroenie. Serija: Jenergetika, jekologija, komp'juternye tehnologii v stroitel'stve, iss. 76, pp. 212–220, 2014.
  9. . Qi Xu, Saffa Riffat, Shihao Zhang, “Review of Heat Recovery Technologies for Building Applications”, Energies, vol. 12, iss. 7, Apr. 2019, Art. no. 1285, doi: 10.3390/en12071285.
  10. . A. Mardiana-Idayu, S.B. Riffat, “Review on heat recovery technologies for building applications”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 16, iss. 2, pp. 1241–1255, Feb. 2012, doi: 10.1016/j.rser.2011.09.026.
  11. . D. O’Connor, J.K. Calautit, B.R. Hughes, “A Review of Heat Recovery Technology for Passive Ventilation Applications”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 54, pp. 1481–1493, Feb. 2016, doi: 10.1016/j.rser.2015.10.039.
  12. . E.A. Zender-Swiercz, “Review of Heat Recovery in Ventilation”, Energies, vol. 14, iss. 6, Mar. 2021, Art. no. 1759, doi: 10.3390/en14061759.
  13. . P.M. Cuce, S. Riffat, “A comprehensive review of heat recovery systems for building applications”,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 47, pp. 665–682, Jul. 2015, doi: 10.1016/j.rser.2015.03.087.
  14. . W. Srimuang, P. Amatachaya, “A review of the applications of heat pipe heat exchangers for heat recovery”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 16, iss. 6, pp. 4303–4315, Aug. 2012, doi: 10.1016/j.rser.2012.03.030.
  15. . M. Muhsen, Yunting Ge, A. Karamallah, W. Mohammad, “Experimental Performance of R134a Filled Thermosyphon Heat Pipe Heat Exchanger using Plain and Rifled Tubes”,” Elixir Thermal Engineering, vol. 93, pp. 39348–39359, Apr. 2016.
  16. . Govinda Mahajan, Scott M. Thompson, Heejin Cho, “Experimental characterization of an n-pentane oscillating heat pipe for waste heat recovery in ventilation systems”, Heliyon, vol. 4, iss. 11, Nov. 2018, Art. no. e00922, doi: 10.1016/j.heliyon.2018.e00922.
  17. . J. Ramos, A. Chong, H. Jouhara, “Experimental and Numerical investigation of a cross flow air-to-water heat pipe-based heat exchanger used in waste heat recovery”, Int. J. Heat and Mass Transfer, vol. 102, pp. 1267–1281, Nov. 2016, doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.06.100.
  18. . H. Jouhara, R. Meskimmon, “An investigation into the use of water as working fluid in wraparound loop heat pipe heat exchanger for applications in energy efficient HVAC systems”, Energy, vol. 156, pp. 597–605, Aug. 2018, doi: 10.1016/j.energy.2018.05.134.
  19. . A. Burlacu et al., “Energy efficient heat pipe heat exchanger for waste heat recovery in buildings”,” Procedia Manufacturing, vol. 22, pp. 714–721, 2018, doi: 10.1016/j.promfg.2018.03.103.
  20. . Imansyah Ibnu Hakim, Nandy Putra, Ragil Sukarno, Muhammad Rifqi Audi, Fadhil Fuad Rachman, “Experimental Study on Utilization of Heat Pipe Heat Exchanger for Energy Conservation of Air Conditioning System in a Hospitals and its Techno-Economic Feasibility”, in AIP Conf. Proc. 2255, 2020, Paper no. 030067, doi: 10.1063/5.0014138.
  21. . H. Jouhara et al., “Experimental and theoretical investigation of the performance of an air to water multi-pass heat pipe-based heat exchanger”, Energy, vol. 219, Mar. 2021, Art. no. 119624, doi: 10.1016/j.energy.2020.119624.
  22. . Ragil Sukarno, Nandy Putra, Imansyah Ibnu Hakim, Fadhil Fuad Rachman, Teuku Meurah Indra Mahlia, “Multi-stage heat pipe heat exchanger for improving energy efficiency of the HVAC system in a hospital operating room”, Int. J. Low-Carbon Technologies, vol. 16, iss 2, pp. 259–267, May 2021, doi: 10.1093/ijlct/ctaa048.
  23. . Ragil Sukarno, Nandy Putra, Imansyah Ibnu Hakim, Fadhil Fuad Rachman, Teuku Meurah Indra Mahlia, “Utilizing heat pipe heat exchanger to reduce the energy consumption of airborne infection isolation room HVAC system”, J. Building Engineering, vol. 35, Mar. 2021, Art. no. 102116, doi: 10.1016/j.jobe.2020.102116.
  24. . Y.H. Diao, L. Liang, Y.M. Kang, Y.H. Zhao, Z.Y. Wang, T.T. Zhu “Experimental study on the heat recovery characteristic of a heat exchanger based on a flat micro-heat pipe array for the ventilation of residential buildings”,” Energy and Buildings, vol. 152, pp. 448–457, Oct. 2017, doi: 10.1016/j.enbuild.2017.07.045.
  25. . M.F. Remeli et al., “Experimental investigation of combined heat recovery and power generation using a heat pipe assisted thermoelectric generator system”, Energy Conversion and Management, vol. 111, pp. 147–157, Mar. 2016, doi: 10.1016/j.enconman.2015.12.032.
  26. . G. Mahajan, S.M. Thompson, H. Cho, “Energy and cost savings potential of oscillating heat pipes for waste heat recovery ventilation”, Energy Reports, vol. 3, pp. 46–53, Nov. 2017, doi: 10.1016/j.egyr.2016.12.002.
  27. . G. Mahajan, H. Cho, A. Smith, S.M Thompson, “Experimental Analysis of Atypically Long Finned Oscillating Heat Pipe for Ventilation Waste Heat Recovery Application”, J. Therm. Sci., iss. 29, pp. 667–675, Jun. 2020, doi: 10.1007/s11630-019-1178-5.
  28. . Honghai Yang, Jun Wang, Ning Wang, Fengchang Yang, “Experimental study on a pulsating heat pipe heat exchanger for energy saving in air-conditioning system in summer”, Energy & Buildings, vol. 197, pp. 1–6, Aug. 2019, doi: 10.1016/j.enbuild.2019.05.032.
  29. . Y.H. Yau, “Application of a heat pipe heat exchanger to dehumidification enhancement in a HVAC system for tropical climates – a baseline performance characteristic study”,” Int. J. Thermal Sciences, vol. 46, iss. 2, pp. 164–171, Feb. 2007, doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2006.02.006.
  30. . Y.H. Yau, M. Ahmadzadehtalatapeh, “A review on the application of horizontal heat pipe heat exchangers in air conditioning systems in tropics”, Applied Thermal Engineering, vol. 30, iss. 2–3, pp. 77–84, Feb. 2010, doi: 10.1016/j.applthermaleng.2009.07.011.
  31. . Ehsan Firouzfar, Mohammad Soltanieh, S. Hossien Noie, M. Hassan Saidi, “Application of heat pipe heat exchangers in heating, ventilation and air conditioning (HVAC) systems”, Scientific Research and Essays, vol. 6, no. 9, pp. 1900–1908, May 2011.
  32. . M.G. Semena, A.N. Gershuni, V.K. Zaripov, Heat pipes with felt-metal capillary structures, Kyiv, USSR: Vyshcha shkola (in Russian), 1984.
  33. . D.A. Reay, P.A. Kew, R.J. McGlen, Heat Pipes. Theory, Design and Applications, 6th ed. Oxford, U.K.: Butterworth-Heinemann, 2014.
  34. . Hongbin Ma Oscillating Heat Pipes, New York, NY, USA: Springer, 2015.
  35. . V.Yu. Kravets, Heat transfer processes in miniature evaporation-condensation cooling systems, Kharkiv, Ukraine: FOP Brovin O.V. (in Ukrainian), 2018.
  36. . M.K. Bezrodnyj, I.L. Pioro, T.O. Kostjuk, Transfer processes in two phase thermosyphon systems. Theory and practice, 2nd ed. Kyiv, Ukraine: Fakt (in Russian), 2005.
  37. . E.S. Alekseik, “Influence of regime and geometric factors on heat-transfer characteristics of pulsating heat pipes”, Ph.D. dissertation, Dept. Nucl. Power Plants and Eng. Thermal Phys., NTUU “KPI”, Kyiv, Ukraine, 2015.
  38. . B. Kutnyi, B. Novakh, “Regenerative latent heat energy storage device for air supply ventilation unit”, (in Ukrainian), Zbirnyk naukovykh prats PoltNTU. Seriia: Haluzeve mashynobuduvannia, budivnytstvo, iss. 1, pp. 232–238, 2016.
  39. . Ali Koç, Hüseyin Yağli, Hasan Huseyin Bilgic, Yıldız Koç, Ayşenur Özdemir, “Performance analysis of a novel organic fluid filled regenerative heat exchanger used heat recovery ventilation (OHeX-HRV) system”, Sustainable Energy Technologies and Assessments, vol. 41, Oct. 2020, Art. no 100787, doi: 10.1016/j.seta.2020.100787.
§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.
Усі випуски

МЕТОДИ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЦІЛІСНОСТІ ОБРОБКИ ТА ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ У ПРОМИСЛОВИХ СИСТЕМАХ АВТОМАТИЗАЦІЇ

Ярослав Корпань, Євген Федоров, Ольга Нечипоренко

Проблематика. Сучасні промислові системи контролю характеризуються високим рівнем інтеграції інформаційних і фізичних процесів та використанням розподілених…

#промислові системи автоматизації #SCADA-системи #цілісність даних #кібербезпека ICS
10.20535/kpisn.2026.3.361520

МЕТОДИКА ПАРАМЕТРИЧНОГО СИНТЕЗУ ЗУМ-АФОКАЛЬНИХ СИСТЕМ НА ОСНОВІ НЕРУХОМИХ ВАРІОЛІНЗ

Ігор Г. Чиж

Проблематика Зум-оптичні системи, в яких використовуються механічно нерухомі електрично керовані варіолінзи, не можуть вважатися такими, що мають нерухомі оптичні…

#зум-афокальні системи #головні точки варіолінз #синтез зум-афокальних систем #стабільна афокальність зум-системи
10.20535/kpisn.2026.3.351645

МОДИФІКАЦІЯ НЕЙРОМЕРЕЖЕВОГО МЕТОДУ SPINN ДЛЯ НАБЛИЖЕНОГО РОЗВ'ЯЗАННЯ МІШАНОЇ ЗАДАЧІ ДЛЯ РІВНЯННЯ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ В ЕЛІПТИЧНІЙ ОБЛАСТІ

Валерій Лось, Олександр Ряхін

Проблематика. Параболічні диференціальні рівняння є математичними моделями інженерії, призначеними для дослідження широкого кола прикладних задач. Це приводить до…

#рівняння теплопровідності #мішана параболічна задача #еліптична область #фізико-інформативна нейронна мережа
10.20535/kpisn.2026.3.367316

Схожі статті

1-10 з 44

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.