太陽能空氣預處理分級溶液集熱再生系統(tǒng)特性

彭冬根，張小松

（1．南昌大學建筑工程學院，南昌 330031；2．東南大學能源與環(huán)境學院，南京 210096）

太陽能空氣預處理分級溶液集熱再生系統(tǒng)特性

彭冬根1，張小松2

（1．南昌大學建筑工程學院，南昌 330031；2．東南大學能源與環(huán)境學院，南京 210096）

為了提高太陽能溶液集熱再生器的效率，該文提出太陽能空氣預處理分級溶液集熱再生方法。通過定義蒸發(fā)率的品質(zhì)系數(shù)和有效溶液比將一、二級太陽能集熱再生模型和預除濕模型進行聯(lián)接，建立系統(tǒng)數(shù)學模型。模擬結(jié)果表明，溶液預除濕的熱交換效率為0.69時，有效蓄能密度SCe達到最大；室外空氣相對濕度和太陽輻射強度存在一個臨界值，用于判斷該溶液再生方法和直接溶液集熱再生的優(yōu)劣。研究結(jié)果顯示室外相對濕度越大，太陽輻射強度越弱，分級集熱再生的方法越能體現(xiàn)其優(yōu)勢。

太陽能；模型；分級集熱再生；品質(zhì)系數(shù)；臨界值；相對濕度

彭冬根，張小松.太陽能空氣預處理分級溶液集熱再生系統(tǒng)特性[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2016，32（6）：242-247. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.06.033 http://www.tcsae.org

Peng Donggen,Zhang Xiaosong.Characteristics of solar air-pretreatment solution grading thermal regeneration system[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE）,2016,32(6):242－247.(in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.06.033 http://www.tcsae.org

0 引言

太陽能溶液再生裝置[1-2]是太陽能溶液除濕蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的最重要部件。國內(nèi)外學者將太陽能集熱和溶液再生相結(jié)合構(gòu)建太陽能溶液集熱/再生裝置[3]。太陽能集熱再生裝置分為自然和強迫對流2種，最早是采用自然對流方式對溶液進行集熱/再生，并且是直接采用斜屋頂對溶液進行集熱/再生[4]。自然對流太陽能溶液集熱/再生裝置依據(jù)其與室外環(huán)境的接觸程度分為敞開式[5]、部分敞開式[6-7]及帶玻璃蓋板封閉式[8-9]3種。由于自然對流太陽能集熱再生器再生效率較低[10]，因此國內(nèi)外學者紛紛構(gòu)建強迫對流太陽能溶液集熱/再生器，Yang等在20世紀90年代至21世紀初對強迫對流太陽能溶液集熱/再生裝置進行大量理論和實驗研究[11-15]。左遠志等對強迫對流太陽能溶液集熱/再生器進行了結(jié)構(gòu)改進和系統(tǒng)創(chuàng)新[16-17]。Alizadeh等對順流太陽能溶液集熱再生過程進行理論和試驗研究，得到溶液再生效率最大可達0.8～0.9左右[18-19]。Li等在對太陽能溶液集熱/再生過程進行理論建模時考慮了溶液對玻璃蓋板輻射換熱影響[20]。Peng等構(gòu)建了一種（單級）空氣預處理太陽能集熱再生裝置，并進行相關(guān)理論研究，但是該裝置采用和再生溶液等濃度的溶液對再生用空氣進行預除濕，不利于系統(tǒng)性能改善[21-22]。因此，本文設計一種新型太陽能溶液再生系統(tǒng)[23]——太陽能空氣預處理分級溶液集熱再生系統(tǒng)，并建立理論模型對系統(tǒng)性能分析。

1 太陽能空氣預處理分級溶液集熱再生原理

太陽能空氣預處理分級溶液集熱再生系統(tǒng)（見圖1）包括空氣循環(huán)回路與溶液循環(huán)回路。

在空氣循環(huán)回路中，室外空氣直接進入一級集熱/再生器與其中的低濃度溶液（預除濕溶液）進行傳熱傳質(zhì)，吸收低濃度溶液中水分后排到室外環(huán)境，構(gòu)成一級再生空氣回路。二級再生空氣分別來自空氣預處理器和室外環(huán)境，兩者混合后進入二級集熱/再生器吸收其中高濃度溶液（目的溶液）內(nèi)水分后排到室外。

溶液循環(huán)回路分為一級再生溶液回路、二級再生溶液回路和預除濕溶液回路。一級再生溶液回路的溶液在一級集熱/再生器、空氣預處理器、（一級）溶液熱交換器及一級再生溶液管路之中流動。一級再生溶液屬于裝置內(nèi)循環(huán)溶液，它相對于二級再生溶液（目的溶液）是一種低濃度溶液，其再生和除濕循環(huán)只是為目的溶液再生提供相對干燥再生用空氣，提高目的溶液（高濃度溶液）再生效果。二級再生溶液回路是一個外接管回路，從外部再生溶液槽出來的需再生目的溶液（高濃度溶液）先經(jīng)二級溶液熱交換器預熱升溫后進入二級集熱/再生器中，與其中的空氣進行熱、質(zhì)交換濃縮后經(jīng)由二級溶液熱交換器預冷，回到外部除濕溶液槽中。除濕溶液槽中儲存的溶液可以用于對除濕空調(diào)系統(tǒng)中的空調(diào)用空氣進行除濕，稀釋后的溶液進入再生溶液槽。預除濕溶液回路也是一種裝置內(nèi)循環(huán)，它是在空氣預處理器內(nèi)部循環(huán)，從空氣預處理器的下部儲液槽中出來的預除濕溶液經(jīng)過防腐溶液泵加壓進入溶液—水熱交換器降溫，之后流入預處理器上部布液槽中，布液槽中溶液靠自身重力下行流動與其中預除濕空氣進行接觸，吸收預除濕空氣中水分。

圖1 太陽能空氣預處理分級溶液再生原理圖Fig.1 Schematic diagram of solar air-pretreatment solution grading collector/regenerator

空氣預處理分級溶液集熱/再生系統(tǒng)采用較稀溶液對室外空氣進行預除濕以達到對更高濃度溶液進行更有效再生目的，它實現(xiàn)了不同濃度溶液分級再生和能源分級利用，有效提高能源利用效率，達到節(jié)能目的。

2 太陽能空氣預處理分級溶液再生模型

2.1 太陽能集熱再生模型

文獻[24]已提出一種太陽能集熱再生理論模型，在此基礎上文獻[25]進一步提出一種改進型太陽能集熱再生過程的數(shù)值模型，并結(jié)合實驗數(shù)據(jù)對模型進行驗證。文中一、二級太陽能集熱/再生器采用文獻[25]提出的模型。

2.2 預除濕模型

圖1中作為預處理器的填料除濕器采用文獻[26]提出的濕度效率和等焓率擬合方程預測空氣出口參數(shù)變化。2.3 其它參數(shù)模型

1）蓄能能力（密度）SC（MJ/m3）

對于溶液再生器,可用單位體積的稀溶液蒸發(fā)水分變?yōu)橐欢舛葷馊芤簳r所需的能量表示其蓄能能力。在忽略水蒸汽的顯熱，以再生器入口稀溶液定義單位體積再生溶液的蓄能能力（密度）（MJ/m3）為：式中ma為二級再生器內(nèi)空氣質(zhì)量流量，kg/s；Y為空氣含濕量，g/kg；hfg為水的蒸發(fā)潛熱，kJ/kg；X為溶液中單位質(zhì)量鹽分所含水量，kg/kg；ξin為再生器入口溶液含鹽分濃度，kg/kg；ρs,in為稀溶液密度，kg/m3；Vs,in為稀溶液的體積流量，m3/s；Δ為進出口差值。

2）流量因子?

圖1中二級太陽能集熱/再生器入口空氣可分別來自填料除濕器和室外環(huán)境空氣，為衡量兩者比例，定義經(jīng)過預除濕后空氣流量和二級太陽能集熱/再生器內(nèi)空氣流量的比值為流量因子。

3）品質(zhì)系數(shù)ψ

在溶液再生或除濕過程可分別用蒸發(fā)率或除濕率來表征其性能特性，但是蒸發(fā)率或除濕率受溶液濃度影響較大，即蒸發(fā)率（除濕率）不僅有量大小問題，還存在品質(zhì)高低的問題。為此，文中取溶液（氯化鋰）濃度等于0.4 kg/kg時的蒸發(fā)率作為基準，提出體現(xiàn)濃度變化對蒸發(fā)率影響的品質(zhì)系數(shù)概念：

式中mev|ξ=0.4為濃度為0.4 kg/kg時溶液再生蒸發(fā)率，kg/s；mev|ξ為某濃度時溶液再生蒸發(fā)率，kg/s。

品質(zhì)系數(shù)定義為在0.4濃度下溶液再生蒸發(fā)率和在其它某種濃度（ξ）下蒸發(fā)率的比值，其物理含義為在其他相同條件下，不同濃度下蒸發(fā)率的換算關(guān)系。品質(zhì)系數(shù)越高說明蒸發(fā)率的品質(zhì)也就越好。

4）有效溶液比Rs

文獻[22]對（單級）太陽能空氣預處理集熱/再生裝置定義有效溶液比（%）：

本文所提出的太陽能空氣預處理分級溶液集熱/再生，采用2種不同濃度的溶液集熱再生器，也即空氣預處理溶液（也即一級集熱再生溶液）和二級集熱再生溶液濃度不同。因此不能僅采用公式（4）定義有效溶液比。引入蒸發(fā)率品質(zhì)系數(shù)分析方法對空氣預處理分級溶液集熱/再生系統(tǒng)進行建模分析，將不同濃度下的蒸發(fā)率（除濕率）轉(zhuǎn)換為基準濃度下的等效量值進行比較?？芍匦露x有效溶液比：

式中mde為填料除濕率，kg/s；mev為二級集熱再生蒸發(fā)率，kg/s。

二級再生蒸發(fā)率：

式中ms,in為二級集熱/再生器溶液入口質(zhì)量流量，kg/s；ξin，ξout為二級集熱/再生器溶液進出口濃度，kg/kg；Ya，in，Ya，out為二級集熱/再生器空氣進、出口含濕量,kg/kg。填料除濕率（也即一級集熱/再生蒸發(fā)率）：

式中ms，in為一級集熱/再生器溶液入口質(zhì)量流量，kg/s；為一級集熱/再生器溶液進出口濃度，kg/kg；Y0，為一級集熱/再生器空氣進、出口含濕量，kg/kg。

將公式（6）和公式（7）代入公式（5）得：

為和二級集熱/再生參數(shù)區(qū)別，圖1中一級集熱/再生器和填料除濕器參數(shù)采用下劃線表示。

公式（8）計算的有效溶液比Rs充分考慮再生品質(zhì)影響，即便在預除濕率量值上大于二級蒸發(fā)率時，由于預除濕率的品質(zhì)系數(shù)要遠低于二級蒸發(fā)率的品質(zhì)系數(shù)，因此有效溶液比仍然非?？捎^。

5）系統(tǒng)有效蓄能密度SCe（MJ/m3）

在分級集熱/再生系統(tǒng)中，為提高二級集熱/再生器蓄存的蓄能能力，犧牲了一級集熱/集熱再生器對目的溶液進行再生所產(chǎn)生的蓄能能力，為了真實反映該系統(tǒng)的蓄能能力，定義有效蓄能密度為二級集熱再生的蓄能密度SC和系統(tǒng)有效溶液比Rs乘積，即：

有效蓄能密度SCe真實反映了分級集熱/再生過程中以犧牲一級集熱/再生面積對二級集熱/再生性能提高的綜合效果。

3 理論性能及分析

文中理論模擬系統(tǒng)性能主要針對二級集熱再生裝置，其集熱板長2 m，寬度1 m，蓋板高度0.035 m。一級集熱再生裝置的板長、蓋板高度同二級集熱再生，但是其寬度假想是可變的，由其需要的再生蒸發(fā)率決定，該值等于填料除濕器的除濕率。一、二級集熱再生溶液入口溫度30℃，濃度分別為0.4 kg/kg（二級再生）和0.3 kg/kg（一級再生），冷卻水溫25℃，單位面積溶液流量15 kg/（m2.h），單位寬度空氣流量240 kg/（m.h）；預處理空氣流量因子1.0，預除濕器的氣液流量比1.5。下文性能分析中，有效蓄能密度SCe表示預處理二級再生扣除一級再生等品質(zhì)蒸發(fā)率的綜合性能，蓄能密度SC分預處理和直接再生2種工況，預處理SC為圖1中流量因子?=1.0時二級集熱再生性能，直接再生SC為流量因子?=0時二級集熱再生性能。

3.1 預除濕參數(shù)對系統(tǒng)性能影響

由文獻[26]提出的預測預除濕器出口參數(shù)的效率模型可知填料除濕器的結(jié)構(gòu)改變對濕度效率產(chǎn)生重大影響。它的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括比表面積a和填料高度Z乘積組成的復合變量（aZ），另外對濕度效率模型產(chǎn)生作用的還有冷卻水溫度及其熱交換效率εhe（該熱交換效率為圖1中一級溶液熱交換效率和溶液水熱交換效率綜合值）。下文分別改變熱交換器結(jié)構(gòu)（εhe）和填料結(jié)構(gòu)復合變量（aZ），分析它們對預處理分級集熱再生系統(tǒng)性能的影響。分析中一、二級集熱/再生器的室外空氣溫度25℃，濕度15 g/kg，太陽輻射強度800 W/m2。盡管一級集熱再生寬度可變，但由于溶液和空氣流量也會成比例變化，因此其再生效率不變，經(jīng)計算一級集熱/再生器在上述運行工況下的品質(zhì)系數(shù)Ψ為0.173，溶液出口溫度為43.2℃。

在保持aZ=110不變時，熱交換效率εhe從0.6提高到0.95，填料除濕溶液入口溫度從32℃下降到26℃，對預處理分級溶液集熱再生系統(tǒng)性能影響見圖2（a）所示。圖中顯示隨熱交換效率提高，二級集熱/再生蓄能能力從28.3 MJ/m3增加到36.5 MJ/m3，有效溶液比從77.5%下降到49%，有效蓄能密度先從21.9 MJ/m3上升到23.1 MJ/m3，之后下降到17.9 MJ/m3，在εhe=0.69時SCe達到最大值。圖2（a）表明當溶液熱交換效率變大時，預除濕量增加比例比溶液再生蒸發(fā)率提高比例大造成有效溶液比Rs下降，但是體現(xiàn)預除濕溶液再生系統(tǒng)性能的有效蓄能能力存在一個最大值。說明再生用空氣預除濕程度對系統(tǒng)性能影響存在一個最佳工況。在相同工況下二級溶液直接集熱/再生（再生用空氣完全來自室外環(huán)境）的蓄能密度為13.3 MJ/m3，預處理溶液分級集熱再生系統(tǒng)的有效蓄能密度最大提高73.7%，表明預除濕溶液再生性能要比直接再生提高非常顯著。

在填料除濕器中，比表面積a大小表征填料布置疏密程度，而填料除濕長度Z越大說明空氣和溶液接觸距離越長除濕效果越好，因此aZ值大小能反映空氣預除濕程度，其值從100增加大200對系統(tǒng)性能作用見圖2（b）所示，其它條件同上。圖2（b）顯示aZ隨值增大，溶液二級集熱再生蓄能能力SC呈增加趨勢，有效溶液比Rs呈下降趨勢，兩者綜合表現(xiàn)為有效蓄能密度SCe隨aZ增加而增加。另外，圖中比較3種熱交換效率εhe下再生性能，表明熱交換效率越高，溶液再生蓄能密度SC相應也越高，有效溶液比Rs下降，但是有效蓄能密度SCe在熱交換效率εhe= 0.69時達最大，這和圖2（a）表現(xiàn)的規(guī)律相同。無論是提高溶液熱交換效率εhe，還是增加aZ值都會提高再生用空氣預除濕程度，但是兩者在系統(tǒng)性能SCe上表現(xiàn)的規(guī)律不盡相同，熱交換效率εhe存在一個最佳值，而aZ值提高卻會一直提高系統(tǒng)性能。這種不同變化是由于空氣除濕后溫度變化不同，熱交換效率εhe使空氣預除濕出口濕度降低的同時也會造成溫度下降，再生用空氣濕度下降會提高溶液再生性能，溫度下降會減弱溶液再生性能，因而εhe變化存在一個最佳工況。但是，只是aZ變化時，再生用空氣濕度下降同時溫度也會提高，因而aZ增大對溶液再生只起正面作用。

圖2 預除濕參數(shù)對再生性能影響Fig.2 Effect of pre-dehumidification parameters on regeneration performance

3.2 室外環(huán)境狀態(tài)對系統(tǒng)性能影響

除了空氣預處理器的結(jié)構(gòu)參數(shù)外，室外環(huán)境也都會對系統(tǒng)性能產(chǎn)生作用。本節(jié)分別對環(huán)境空氣溫度、濕度及太陽輻射強度對系統(tǒng)性能影響進行分析。計算參數(shù)為：填料比表面積和高度乘積（aZ）110，熱交換效率（εhe）0.7，室外空氣溫度30℃，其它參數(shù)同上。但是一級集熱/再生器的品質(zhì)系數(shù)Ψ會隨環(huán)境參數(shù)變化。

圖3（a）為環(huán)境濕度從10 g/kg提高至20 g/kg，一級集熱再生蒸發(fā)率的品質(zhì)系數(shù)及系統(tǒng)性能變化。隨環(huán)境濕度增加，一級集熱/再生器的品質(zhì)系數(shù)Ψ從0.44下降到0.057，說明環(huán)境濕度增加，濃、稀濃度之間的蒸發(fā)率差值加大。當Y0為20 g/kg時濃度為0.4的蒸發(fā)率為0.3濃度時的5.6%，室外濕度增加嚴重阻礙了高濃度溶液再生。當Y0小于11.5 g/kg時，有效溶液比Rs大于100%，預處理分級集熱再生的有效蓄能能力SCe不僅高于預處理二級集熱再生蓄能能力SC，并且預處理二級集熱再生SC小于直接再生蓄能密度SC，這些都是由于在這些工況下室外濕度要低于除濕溶液（0.3濃度）的平衡濕度，也就是說填料器不僅沒起到對再生用空氣預除濕的作用，反而使再生用空氣濕度增大，溶液再生性能降低，因此在該工況下有效蓄能密度SCe并不是真實值。

另外，有效溶液比Rs隨環(huán)境濕度增加呈現(xiàn)先減后增變化，在Y0=17 g/kg時達到最小值。同樣，空氣預除濕再生的有效蓄能密度SCe也表現(xiàn)為先降后升，在Y0＞16 g/kg時有效蓄能密度SCe要明顯高于直接再生的蓄能密度SC。說明只有當環(huán)境濕度Y0達到一定值時，預處理分級再生系統(tǒng)性能才具備優(yōu)勢；當室外空氣相對干燥時預處理再生并不如溶液直接集熱/再生。其實這也正是空氣預處理再生的本意，如果室外空氣干燥自然不需要預除濕過程。

在相同環(huán)境含濕量下，不同環(huán)境溫度對應不同相對濕度也會對系統(tǒng)性能產(chǎn)生作用，見圖3（b）所示。在環(huán)境濕度Y0為15 g/kg時，當環(huán)境溫度T0從25℃上升到35℃，相對濕度φ0從75%下降到42%，一級集熱/再生器的蒸發(fā)率品質(zhì)系數(shù)ψ從0.2提高到0.35，說明相對濕度越高，濃度變化對蒸發(fā)率值影響越大；預處理再生的有效溶液比Rs從0.65下降到0.61后有所上升；預除濕再生比直接再生的蓄能密度SC提高12～18 MJ/m3，相對濕度越高兩者相差越大；當T0＜29℃（φ0≥60%）時有效蓄能密度SCe高于直接再生的蓄能密度SC，反之則低于，說明當相對濕度φ0高于60%時預處理分級再生性能要高于直接再生，在φ0=75%時，預處理再生的有效蓄能密度提高了近40%。綜合環(huán)境溫、濕度變化對系統(tǒng)性能作用可知，60%相對濕度為預處理分級再生和直接再生性能比較的臨界值，濕度高于臨界值的環(huán)境狀態(tài)才能體現(xiàn)預處理再生的優(yōu)勢。當然相對濕度的臨界值隨溶液入口參數(shù)及太陽輻射強度等參數(shù)改變。

圖3（c）為太陽輻射強度從650至1 100 W/m2變化對預處理分級再生系統(tǒng)性能影響，圖中顯示一級集熱/再生器的蒸發(fā)率品質(zhì)系數(shù)Ψ隨太陽輻射強度提高，從0.076上升到0.5左右，說明太陽輻射越低，濃度改變對蒸發(fā)率值影響越大?？諝忸A除濕再生比直接再生的蓄能密度SC提高11.5～15.8 MJ/m3，預處理再生的有效溶液比Rs隨太陽輻射增加呈現(xiàn)先降后升變化。預除濕再生的系統(tǒng)性能表現(xiàn)為當太陽輻射Ic小于780 W/m2時，預除濕再生的有效蓄能密度SCe要高于直接再生的蓄能密度SC，反之，則預處理再生性能不如直接再生。上述分析可知預處理再生的性能在太陽輻射較弱時才具有明顯優(yōu)勢，其實如果環(huán)境濕度較大，太陽輻射受大氣云層的阻擋，直射到地面上的輻射強度勢必相對要弱，這就為預處理再生系統(tǒng)的應用提供了條件。另外可根據(jù)太陽輻射強度的變化，改變流量因子?1值可使系統(tǒng)在預處理再生和直接再生2種工況之間轉(zhuǎn)換使得系統(tǒng)性能達到最優(yōu)。

圖3 室外環(huán)境對再生性能影響Fig.3 Effect of surrounding conditions on regeneration performance

4 結(jié)論

1）通過定義體現(xiàn)濃度變化對水分蒸發(fā)率影響的品質(zhì)系數(shù)，構(gòu)建反映太陽能空氣預處理分級溶液集熱再生性能的參數(shù)模型。

2）通過分析預除濕參數(shù)對系統(tǒng)性能影響，發(fā)現(xiàn)溶液預除濕的熱交換效率存在一個佳值（SCe=0.69），使系統(tǒng)有效蓄能密度SCe達到最大；并且溶液有效蓄能密度SCe隨aZ增加而上升。

3）室外環(huán)境溫濕度都空氣預處理分級集熱再生影響表現(xiàn)為存在一個臨界相對濕度（60%），當室外環(huán)境濕度高于臨界值時，預處理分級再生性能優(yōu)于直接集熱再生；并且太陽輻射強度對系統(tǒng)性能影響也存在臨界值（780W/m2）,太陽輻射強度低于臨界值時，預處理分級再生性能優(yōu)于直接集熱再生。

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Characteristics of solar air-pretreatment solution grading thermal regeneration system

Peng Donggen1,Zhang Xiaosong2
(1.School of Civil Engineering and Architecture,Nanchang University,Nanchang,330031,China;2.School of Energy and Environment, Southeast University,Nanjing,210096,China)

At present,the most widely used air-conditioner is vapor compression cooling systems driven by electrical power. The dehumidification method of vapor compression cooling systems is often to cool the air below its dew point,and so the approach consumes much electrical energy,particularly when the air should be reheated after the dehumidification process. Besides the traditional dehumidification method(cooling the air below its dew point),the air may also be dehumidified by liquid desiccant and the liquid may be regenerated by solar energy.As a result,solar energy-driven liquid desiccant cooling systems have emerged as a potential alternative to conventional vapor compression systems for cooling and air conditioning. Two important parts of the solar liquid desiccant air conditioning system are the regenerator in which the weak solution is concentrated,and the solar collector in which solar radiation is transformed into heat energy.The 2 components may achieve their own functions respectively.The weak desiccant solution flows into the solar collector and absorbs the solar thermal energy,leading to the increase in its temperature,and then the heated weak desiccant solution flows into the regenerator and contacts with the passing air stream.In the regenerator,moisture is evaporated from the hot weak solution and then removed by the passing air,and as a result the weak solution is concentrated.On the other hand,solar collector/ regenerators(C/Rs)are designed to achieve the dual functions of solar collector and solution regenerator for high regeneration efficiency.In order to increase the efficiency of solar solution C/R,a method of solar air-pretreatment solution grading C/R is put forward in this paper.The solar air-pretreatment solution grading C/R is chiefly made up of the first grade solar C/R,the second grade solar C/R and the packed bed dehumidifier.The first grade solar C/R adopts directly surrounding air for regenerating solution with low concentration that is used to dehumidify the regeneration air for regenerating solution with high concentration in the second grade solar C/R.Such design aims to increase regeneration efficiency of strong solution in the second grade solar C/R.A mathematical model on solar air-pretreatment solution grading C/R is built by defining quality factor of evaporation rate of water vapor that is used to show difference of regeneration performance of different concentration solutions under other same parameters.In that model,effective solution proportion and effective storage capacity are defined to describe the performance of solar air-pretreatment solution grading C/R.The simulation results show when the efficiency of heat exchange used for solution pre-dehumidification is equal to 0.69,the effective storage capacity reaches the maximum.Moreover,the effective storage capacity increases with the increasing of the product of specific surface area and tower length.There are critical values for relative humidity of surrounding air and solar radiation intensity that are used for judging if the new solution regeneration method is superior to direct solar solution C/R. Simulation results show the critical values for relative humidity and solar radiation intensity are 60%and 780 W/m2respectively under given simulation conditions in the paper.When the relative humidity of surrounding air is greater and the solar radiation intensity is weaker than its own critical value,solar air-pretreatment solution grading C/R has greater superiority compared with traditional solar C/R.Finally,it is concluded that the proposed solar air-pretreatment solution grading C/R performs satisfactorily for regenerating the solution with high concentration under the climates of high humidity and low solar radiation in southern China.

solar;models;grading collector/regenerator;quality factor;critical value;relative humidity

10.11975/j.issn.1002-6819.2016.06.033

TK511.3

A

1002-6819（2016）-06-0242-06

2015-08-07

2016-01-28

國家自然科學基金項目（51266010）；江西省科技支撐計劃項目（20123BBG70195）

彭冬根（1975-），男，博士，副教授，主要從事太陽能制冷空調(diào)研究。南昌 南昌大學建筑工程學院，330031。Email:ncu_hvac2013@163.com