固體除濕材料的微波與熱風(fēng)再生性能及模型分析

楊晚生曾潔趙旭東

(1廣東工業(yè)大學(xué)土木與交通工程學(xué)院 廣州 510006;2赫爾大學(xué)工程學(xué)院 赫爾 HU6 7RX)

固體除濕材料的微波與熱風(fēng)再生性能及模型分析

楊晚生1曾潔1趙旭東2

(1廣東工業(yè)大學(xué)土木與交通工程學(xué)院 廣州 510006;2赫爾大學(xué)工程學(xué)院 赫爾 HU6 7RX)

空調(diào)系統(tǒng)濕負(fù)荷約占整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷的40% ～60%，利用固體除濕材料可有效降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。固體除濕材料的再生能耗是除濕系統(tǒng)的主要能耗，傳統(tǒng)的再生方式存在能耗大、再生效率低等缺點(diǎn)。本文采用微波和熱風(fēng)再生的方法對(duì)固體除濕材料的再生性能進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，從再生效果和再生能耗兩方面進(jìn)行了分析，并建立了模型。相同狀態(tài)下的固體除濕材料在熱風(fēng)再生工況50～90℃(功率857～1 204 W)與微波再生功率440～800 W進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明:當(dāng)達(dá)到相同的再生度時(shí)，熱風(fēng)最大再生速率是微波最大再生速率的49.89% ～86.23%，而微波能耗只有熱風(fēng)能耗的25.2% ～37.7%，且微波再生平均能源利用率為熱風(fēng)再生的2.51～3.21倍。

吸附劑;微波再生;熱風(fēng)再生;能源利用率

AbstractAs the humidity load of an air-conditioning system accounts for 40%-60%of the cooling load of the entire system，exploiting the advantages of solid desiccant can effectively reduce the energy consumption of the air-conditioning system.The major source of energy consumption for the desiccant system is the regeneration energy consumption of the solid desiccant，and the traditional regenerative mode is characterized by high energy consumption， low regenerative efficiency， etc.In this study， comparative tests were conducted on the regeneration performance of solid desiccant materials under application of the microwave and hot-air methods.Hence，a model was established，and analyses were conducted considering the regeneration effect and energy consumption.Solid desiccants in the same state were tested under hot-air regeneration modes of 50-90℃(power:857-1 204 W)and for microwave regeneration powers of 440-800 W.The test results indicate that the maximum regeneration rate for the hot-air method is 49.89%-86.23%of the microwave technique.However，the microwave energy consumption is only 25.2%-37.7%of the hot-air method.Thus，the average energy utilization of the microwave regeneration method is 2.51-3.21 times that of the hot-air technique.

Keywordssolid desiccant;microwave regeneration;hot air regeneration;energy utilization

除濕技術(shù)是溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵[1-2]。一個(gè)完整的吸附除濕循環(huán)由吸附過(guò)程、再生過(guò)程(或稱“脫附過(guò)程”)和冷卻過(guò)程組成。再生過(guò)程是整個(gè)循環(huán)的核心，它不僅影響除濕劑在吸附除濕過(guò)程中的除濕性能，還影響除濕系統(tǒng)的能效比(COP)[3]。在除濕供冷系統(tǒng)諸多環(huán)節(jié)中，除濕材料再生過(guò)程的能耗是系統(tǒng)的主要能耗，因此，再生過(guò)程的耗能形式和來(lái)源直接影響了除濕供冷技術(shù)的節(jié)能及運(yùn)行效果。目前，固體除濕材料常用的再生方法主要有加熱再生、電滲再生、超聲波再生和高壓電場(chǎng)再生等。

加熱再生是利用熱空氣或熱水對(duì)除濕材料進(jìn)行脫濕再生的一種方式，包括熱空氣再生和內(nèi)熱型再生。熱空氣再生包括利用太陽(yáng)能集熱器加熱空氣對(duì)固體除濕材料進(jìn)行再生。Y.Saito等[4-5]對(duì)一體化除濕集熱器進(jìn)行了研究，結(jié)果表明:在濕熱氣候條件下，固體除濕材料可以通過(guò)太陽(yáng)能空氣集熱器進(jìn)行再生。J.Y.San等[6]對(duì)硅膠除濕床熱空氣再生的時(shí)間和溫度的關(guān)系進(jìn)行了研究，研究表明:單純依靠提高再生空氣溫度降低再生時(shí)間的效果不顯著。J.Taweekun等[7]對(duì)多層除濕床熱空氣的再生溫度和流速進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在一定的測(cè)試工況下，除濕床在空氣溫度52℃和風(fēng)速0.175 m/s時(shí)再生能耗最小。為提高硅膠除濕床的再生效率，S.Pramuang等[8]采用復(fù)合拋物線型太陽(yáng)能空氣集熱器對(duì)硅膠固體除濕床進(jìn)行了再生實(shí)驗(yàn)研究。內(nèi)熱型再生的主要方式之一是在除濕床內(nèi)部設(shè)置換熱裝置并通以熱水或其他介質(zhì)，以提高除濕材料溫度，實(shí)現(xiàn)再生。通過(guò)除濕床內(nèi)部換熱裝置的熱水可以是余熱產(chǎn)生的熱水，也可以是太陽(yáng)能集熱器產(chǎn)生的熱水。陳霈林等[9]研究了利用汽車(chē)缸套冷卻熱水實(shí)現(xiàn)再生的固體除濕空調(diào)系統(tǒng)。彭作戰(zhàn)等[10]研制了“太陽(yáng)能再生式除濕換熱器”，在管內(nèi)通冷卻水來(lái)解決吸濕劑的吸附熱問(wèn)題，并在吸濕完成后的除濕換熱器管內(nèi)通太陽(yáng)能熱水以實(shí)現(xiàn)快速再生。呂寧等[11]提出了一種內(nèi)熱再生式固體除濕器，除濕器在不采用內(nèi)冷措施的情況下，對(duì)夏季室內(nèi)的高濕氣體或微環(huán)境內(nèi)的低濕氣體均具有較高的除濕效率，再生時(shí)間遠(yuǎn)小于有效除濕時(shí)間，吸附床壓降小，對(duì)室內(nèi)小型空間的除濕需求具有很好的適用性。

采用加熱再生方法對(duì)固體除濕材料進(jìn)行再生，如果降低再生溫度，除濕材料的除濕性能隨之降低，系統(tǒng)不能滿足實(shí)際除濕要求;如果提高再生溫度，則除濕材料再生能耗升高，不利于系統(tǒng)節(jié)能，為降低能耗，提高再生效率，新再生技術(shù)不斷被提出，主要包括電滲再生、超聲波再生和高壓電場(chǎng)再生等。

2004年E.Mina等[12]首次提出除濕劑電滲再生的概念，利用高嶺土薄膜作為實(shí)驗(yàn)材料，外加電壓為10 V時(shí)得到1.3×10-6g/(m2·s)的電滲流。張桂英等[13]分析了電滲效應(yīng)再生固體除濕劑的可能性，發(fā)現(xiàn)當(dāng)大孔硅膠的初始含水率為95%，電壓為60 V時(shí)，不存在電滲效應(yīng);當(dāng)大孔硅膠的初始含水率為105%，電壓分別為40 V、50 V和60 V時(shí)，存在電滲效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)大孔硅膠一定程度的再生，說(shuō)明硅膠的初始含水率對(duì)電滲效應(yīng)有較大影響。

姚曄等[14-25]提出了超聲波強(qiáng)化除濕劑再生的技術(shù)，并進(jìn)行了大量研究。核心思想是利用功率超聲波的“機(jī)械效應(yīng)”和“熱效應(yīng)”對(duì)除濕劑進(jìn)行強(qiáng)化再生，以改善除濕材料在再生過(guò)程中利用低品位熱源再生的應(yīng)用效果，提高低品位能源在除濕材料再生中的能量利用率。與加熱再生相比，超聲波再生的節(jié)能潛力主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:1)為低溫?zé)嵩丛诠腆w除濕材料再生過(guò)程中的有效利用提供了可能;2)超聲波能量傳遞方式和熱空氣能量傳遞方式有著本質(zhì)區(qū)別，前者是隨聲波進(jìn)行傳遞，后者則是依靠熱傳導(dǎo)傳遞，因此，超聲波能量傳遞速度快，能迅速滲入材料內(nèi)部轉(zhuǎn)化為有利于除濕劑再生的內(nèi)能，能量利用率提高。

2008年顧平道等[26]將高壓電場(chǎng)脫除物料水分技術(shù)應(yīng)用到轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的再生系統(tǒng)中，研究結(jié)果表明:相同條件下，采用高壓電場(chǎng)脫除物料水分技術(shù)比采用常規(guī)電加熱器系統(tǒng)節(jié)能30% ～40%，具有降低再生空氣溫度(40～50℃)、縮短再生時(shí)間及提高再生速率的效果，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

新的再生方法可以在一定程度上降低除濕材料的再生溫度，加快再生速率。但在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)電滲再生方法再生速率低，穩(wěn)定性差，工作時(shí)間短;超聲波再生技術(shù)應(yīng)用時(shí)吸附過(guò)程和再生過(guò)程難以結(jié)合;高壓電場(chǎng)再生法存在設(shè)備復(fù)雜、危險(xiǎn)性大等問(wèn)題。針對(duì)上述各除濕材料的再生方法存在的優(yōu)缺點(diǎn)，本文提出一種采用微波和太陽(yáng)輻射聯(lián)合再生固體除濕材料的方法。微波在干燥領(lǐng)域具有顯著節(jié)能效果，相同裝載量，微波干燥的能耗不及電熱再生能耗的10%[27]。此外，微波干燥還具有干燥速率大、干燥均勻及環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[28-30]，微波干燥還能使樣品的孔隙度等物理化學(xué)特性發(fā)生改變[31-33]，從而提高裂解過(guò)程中生物油的產(chǎn)率[34-35]。然而，國(guó)內(nèi)外對(duì)微波干燥的研究主要集中在食品、農(nóng)產(chǎn)品等方面，對(duì)固體除濕材料的微波再生研究鮮有報(bào)道，因此，有必要對(duì)固體除濕材料的微波再生進(jìn)行更深入的研究。

本文對(duì)固體除濕材料熱風(fēng)和微波兩種再生方式進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究，以探討熱風(fēng)和微波對(duì)固體除濕材料的再生效果和節(jié)能效應(yīng)。

1 熱風(fēng)與微波再生機(jī)理

熱風(fēng)再生是利用熱空氣對(duì)固體除濕材料進(jìn)行由表及里的加熱，熱量由硅膠表面進(jìn)入硅膠內(nèi)部使硅膠吸收水分脫除達(dá)到再生的目的。在熱風(fēng)再生過(guò)程中除濕材料表面溫度先升高，此時(shí)附著在除濕材料表面的自由水分子首先進(jìn)行脫除，隨后除濕材料內(nèi)部溫度升高，除濕材料內(nèi)部的結(jié)合水開(kāi)始進(jìn)行脫除。熱風(fēng)再生的熱傳導(dǎo)方向與水分?jǐn)U散方向相反，不利于水分脫除，因此，熱風(fēng)再生的效果較差。

微波再生是將固體除濕材料置于頻率高達(dá)每秒數(shù)億次的高頻交變電磁場(chǎng)中，使除濕材料中形成的偶極子或已有的偶極子重新排列并隨交變電磁場(chǎng)擺動(dòng)，同時(shí)，由于電場(chǎng)方向不斷變化，分子也不斷重新排列，該過(guò)程中因克服分子熱運(yùn)動(dòng)和分子間相互摩擦而產(chǎn)生大量的熱，由此引起除濕材料內(nèi)部和外部溫度同時(shí)升高，使除濕材料整體幾乎同時(shí)加熱升溫，材料本身相當(dāng)于一個(gè)熱源，且在加熱過(guò)程中材料內(nèi)部溫度較高，熱傳導(dǎo)方向與水分?jǐn)U散方向一致，有利于水分的擴(kuò)散。微波對(duì)固體除濕材料的再生與材料的介電常數(shù)有密切關(guān)系，材料對(duì)微波的吸收，表現(xiàn)為材料對(duì)電場(chǎng)的損耗。材料的介電常數(shù)越大，對(duì)電場(chǎng)的介電損耗越大，對(duì)微波的吸收也就越強(qiáng)。一般來(lái)說(shuō)，水的介電常數(shù)為78.54，而硅膠的介電常數(shù)一般不超過(guò)10。所以，在對(duì)含水硅膠進(jìn)行微波再生的過(guò)程中，水分能充分地加熱去除。

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置與測(cè)試儀器

熱風(fēng)再生裝置如圖1所示，主要包括進(jìn)風(fēng)口、電加熱器加熱層、硅膠再生層和出風(fēng)口四個(gè)部分。進(jìn)風(fēng)口位于整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的底部，由長(zhǎng)和高均為20 cm的孔洞組成。加熱層由兩組電加熱器和均風(fēng)板組成，兩組加熱器能提供50～90℃的空氣。硅膠再生層放置飽和吸濕后的硅膠。出風(fēng)口由風(fēng)機(jī)和均風(fēng)板構(gòu)成，出風(fēng)口風(fēng)機(jī)可以使硅膠層經(jīng)加熱后脫出來(lái)的水分隨空氣流動(dòng)而排除，從而實(shí)現(xiàn)再生過(guò)程。整個(gè)裝置外部敷設(shè)聚塑聚苯乙烯板，可以減少外部環(huán)境的傳熱影響。微波再生裝置如圖2示，微波再生實(shí)驗(yàn)中采用的微波爐型號(hào)MM8234A6-PS，頻率2 450 MHz，最大輸出功率800 W，功率可調(diào)節(jié)為800、616、440 W三種。測(cè)試系統(tǒng):除濕材料含濕量測(cè)量采用高精度電子天平(型號(hào)TCS-TCSC，輸出電壓6 V，功率14 W，檢定分度值0.002 kg，最大稱量值75 kg);固體除濕材料內(nèi)部和空氣溫度測(cè)量采用K型熱電偶;能耗測(cè)量采用電力監(jiān)測(cè)儀(型號(hào)S400，精度1.0級(jí)，功耗小于0.4 W，工作電壓220 V，工作頻率50 Hz)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng):熱電偶、電力監(jiān)測(cè)儀分別與電腦連接，再生過(guò)程中會(huì)定時(shí)把所測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)采集，固體除濕材料在再生過(guò)程的質(zhì)量變化采用電子天平進(jìn)行測(cè)量。

1.2 測(cè)試工況

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中微波再生功率分別設(shè)置為800、616、440 W。熱風(fēng)再生裝置可提供50～90℃的熱風(fēng)，本實(shí)驗(yàn)選90、80、70、60、50 ℃五種溫度為實(shí)驗(yàn)工況，對(duì)應(yīng)的熱風(fēng)再生功率分別為 1 204、1 137、1 022、933、857 W。測(cè)試時(shí)，首先將裝有固體除濕材料(硅膠)的容器放入120℃鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)烘干8 h至完全烘干。鼓風(fēng)干燥箱型號(hào)HN101-2A，輸入電壓200 V，輸入功率2.2 kW，溫度波動(dòng)±1.0℃，控溫范圍10～300℃，工作室尺寸500 mm×550 mm×450 mm。稱得烘干后硅膠的干基質(zhì)量為mg;然后緩慢加水讓固體除濕材料充分吸濕，吸濕完全后晾干至無(wú)水滴時(shí)進(jìn)行稱量，該質(zhì)量為飽和吸濕狀態(tài)的固體除濕材料質(zhì)量，記為m;最后將飽和吸濕狀態(tài)和等質(zhì)量的固體除濕材料分別放入微波爐和熱風(fēng)再生裝置中進(jìn)行再生，每5 min稱量一次，并同時(shí)檢測(cè)再生耗電量。由于再生容器取出稱量時(shí)間較短，可認(rèn)為該再生過(guò)程是連續(xù)進(jìn)行的。

圖1 熱風(fēng)再生裝置Fig.1 The hot air regeneration device

圖2 微波再生裝置原理Fig.2 The principle of microwave regeneration device

2 測(cè)試結(jié)果及分析

2.1 干基含水率

1)測(cè)試結(jié)果分析

固體除濕材料的再生性能常采用干基含水率、再生速率、單位能耗量和能源利用率等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。干基含水率是指在再生過(guò)程中某時(shí)刻除濕材料的質(zhì)量和除濕材料完全干燥狀態(tài)下的質(zhì)量之差與除濕材料完全干燥狀態(tài)下的質(zhì)量的比值，計(jì)算式為:

式中:Mτ為τ時(shí)刻除濕材料的干基含水率;mτ為τ時(shí)刻除濕材料的質(zhì)量，kg;mg為除濕材料完全干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，kg。

除濕材料在微波和熱風(fēng)再生工況下的干基含水率變化如圖3所示，分析可得:

1)在初始干基含水率相同的情況下，微波功率440～800 W時(shí)微波再生干基含水率的曲線斜率明顯大于熱風(fēng)溫度50～90℃(功率857～1 204 W)工況下的干基含水率的曲線斜率，說(shuō)明固體除濕材料在一定功率下微波再生過(guò)程中的水分脫除速率高于熱風(fēng)再生的水分脫除速率。

2)固體除濕材料在微波再生工況下，功率為800 W時(shí)微波再生時(shí)間經(jīng)過(guò)30 min后，干基含水率已經(jīng)接近于0;微波功率為440 W時(shí)，干基含水率趨近于0時(shí)的再生時(shí)長(zhǎng)為50 min，比90℃熱風(fēng)再生中的干基含水率趨近于0的時(shí)間縮短10 min，比50℃熱風(fēng)再生中的干基含水率趨近于0的時(shí)間縮短60 min。

圖3 不同再生工況下固體除濕材料的干基含水率變化Fig.3 Dry basis moisture content curves of silica gel in different conditions

2)計(jì)算模型

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果可知，固體除濕材料在微波和熱風(fēng)兩種再生工況下的干基含水率均隨時(shí)間呈指數(shù)遞減，假設(shè)干基含水率的數(shù)學(xué)模型如下:

式中:τ為再生時(shí)間，min;A、B、C為系數(shù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。

根據(jù)固體除濕材料干基含水率的物理變化過(guò)程可知:當(dāng)τ=0時(shí)，Mτ=M0(初始干基含水率)，則得，Mτ=M0=A+C;當(dāng)τ→∞ 時(shí)，Mτ=0，則得，C=0，固體除濕材料的干基含水率變化模型為:

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)得到不同再生工況下的模型參數(shù)和再生擬合曲線，分別如表1和圖4所示。從表1不同再生工況下的平均相對(duì)誤差和最大誤差可得:各工況下平均相對(duì)誤差小于5%，該干基含水率計(jì)算模型具有較好的實(shí)用性。圖4中實(shí)點(diǎn)表示實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件中不同工況下固體除濕材料在不同時(shí)刻的干基含水率變化，曲線表示利用固體除濕材料的干基含濕率變化模型擬合出固體除濕材料在不同工況下的理論變化值，由圖4可知，該模型變化曲線與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，說(shuō)明該模型變化曲線可以很好的反映實(shí)際變化趨勢(shì)。

表1 不同再生工況下的擬合結(jié)果Tab.1 Results of fitting in different regeneration conditions

圖4 不同再生工況下的擬合結(jié)果Fig.4 Results of fitting in different regeneration conditions

2.2 再生速率

再生速率是指再生過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)單位質(zhì)量干燥硅膠含水量的變化，計(jì)算式為:

式中:SR為再生速率，kg/(kg·min);mτ為τ時(shí)刻除濕材料的質(zhì)量，kg;mτ+Δτ為τ+Δτ時(shí)刻除濕材料的質(zhì)量，kg;mg為除濕材料完全干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，kg;Δτ為再生時(shí)間段，min。

固體除濕材料在微波和熱風(fēng)再生工況下的再生速率隨再生度的變化趨勢(shì)如圖5所示，分析測(cè)試結(jié)果可得:

1)開(kāi)始時(shí)固體除濕材料再生率隨再生度的增大而逐漸增大，當(dāng)固體除濕材料再生度約為0.5時(shí)，固體除濕材料再生速率達(dá)到最大值，其后隨著再生度的增大，再生速率逐漸減小。

圖5 不同再生工況下固體除濕材料在不同再生度時(shí)的再生速率變化Fig.5 Speed of regeneration curve for certain regeneration degree achieved of silica gel under different regeneration conditions

2)當(dāng)固體除濕材料在再生過(guò)程中達(dá)到相同再生度時(shí)，微波功率在440～800 W的微波再生速率比熱風(fēng)50～90℃的熱風(fēng)再生速率大。當(dāng)再生度為0.5時(shí)，功率為800 W的微波再生速率為0.014 13 kg/(kg·min)，功率為 440 W 的微波再生速率為0.007 60 kg/(kg·min);90℃高溫?zé)犸L(fēng)再生，當(dāng)固體除濕材料再生度為0.5時(shí)，再生速率為0.006 80 kg/(kg·min)，其再生速率是440 W微波再生速率的89.47%，800 W微波再生速率的48.22%;當(dāng)固體除濕材料再生度為1.0時(shí)，90℃高溫?zé)犸L(fēng)再生速率是440 W微波再生速率的33.33%，800 W微波再生速率的17.73%。

3)微波再生時(shí)，微波進(jìn)行加熱使固體除濕材料內(nèi)部溫度升高，固體除濕材料的熱傳導(dǎo)方向與水分?jǐn)U散方向一致，有利于水分的擴(kuò)散;熱風(fēng)再生是先從固體除濕材料的外部進(jìn)行加熱，熱傳方向與水分?jǐn)U散方向相反，不利于水分的擴(kuò)散。說(shuō)明在再生度相同條件下，微波再生的再生速率大于熱風(fēng)再生的再生速率。

2.3 再生能耗

單位除濕材料再生能耗是指單位質(zhì)量固體除濕材料在再生過(guò)程中達(dá)到一定的再生度時(shí)所消耗的電能。本實(shí)驗(yàn)單位質(zhì)量固體除濕材料在微波和熱風(fēng)再生工況下再生耗電量隨再生度的變化如圖6所示，分析測(cè)試結(jié)果可得:

1)當(dāng)固體除濕材料達(dá)到相同再生度時(shí)，微波再生能耗比熱風(fēng)再生能耗低，微波再生平均耗電量小于熱風(fēng)再生平均耗電量，說(shuō)明微波再生相對(duì)于熱風(fēng)再生具有較好的節(jié)能效果。

2)當(dāng)再生度為0.5時(shí)，800 W功率下微波再生能耗分別為 90、 80、70、60、50 ℃ 熱風(fēng)再生能耗的37.7%、36.1%、34.6%、33.1%、31.2%;當(dāng)再生度為1.0時(shí)，800 W功率下微波再生能耗分別為90、80、70、60、50℃ 熱風(fēng)再生能耗的 34.1%、32.2%、29.4% 、25.3% 、25.2% 。

3)固體除濕材料在微波再生和熱風(fēng)再生呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律，再生時(shí)的能耗均隨再生度呈增大趨勢(shì)。

圖6 不同再生工況下固體除濕材料再生達(dá)到一定再生度時(shí)耗電量的變化Fig.6 Regeneration electricity required curve for certain regeneration degree achieved of silica gel in different regeneration conditions

2.4 能源利用率

能源利用率是指固體除濕材料在再生過(guò)程中，水分脫除理論上需要的能量與再生過(guò)程中實(shí)際消耗的總能量之比，計(jì)算式為:

式中:ηr為能源利用率，%;Qr為固體除濕材料水分脫除理論上需要的能量，kJ;Qe為固體除濕材料再生過(guò)程中實(shí)際消耗的總能量，kJ;ΔH為水分解析吸附熱，取3 000 kJ/kg[36]。

本實(shí)驗(yàn)固體除濕材料采用熱風(fēng)和微波再生達(dá)到不同再生度時(shí)的能源利用率變化如圖7所示，由圖可得:

1)隨著再生度的增加，熱風(fēng)再生和微波再生在各種工況下的能源利用率先逐漸增大，當(dāng)再生度達(dá)到70%時(shí)，能源利用率開(kāi)始逐漸下降。

2)相同再生度時(shí)，微波再生在各種工況下的能源利用率均大于熱風(fēng)再生各工況下的能源利用率。

3)再生度在0.1～1.0范圍內(nèi)，微波再生在功率為800、616、440 W工況下的平均能源利用率分別為33.43%、32.94%、32.21%。熱風(fēng)再生在溫度為90、80、70、60、50℃工況下的平均能源利用率分別為12.81%、12.20%、11.62%、10.85%、10.40%，微波再生功率在三種工況下的平均能源利用率為熱風(fēng)再生五種工況下的平均能源利用率的2.51～3.21倍，說(shuō)明微波再生比熱風(fēng)再生的能源利用率高。

圖7 不同工況下固體除濕材料再生的能源利用率變化Fig.7 Energy utilization rate curves of silica gel regeneration in different conditions

3 結(jié)論

本文主要從再生效果和再生能耗兩方面對(duì)硅膠的微波再生和熱風(fēng)再生進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究，得出如下結(jié)論:

1)微波功率越大，固體除濕材料的干基含水率變化速率越大，再生時(shí)間越短;熱風(fēng)再生過(guò)程中固體除濕材料的干基含水率的變化速率隨再生溫度的升高逐漸增大。干基含水率計(jì)算模型可以很好地體現(xiàn)實(shí)際干基含水率的變化趨勢(shì)，具有較好的實(shí)用性。

2)微波再生比熱風(fēng)再生速率快，固體除濕材料達(dá)到相同再生度時(shí)，熱風(fēng)再生最大再生速率為微波功率440～800 W時(shí)微波再生最大再生速率的49.89%～86.23%。

3)微波再生節(jié)能效果顯著，在相同再生度下，微波再生消耗電能為熱風(fēng)再生消耗電能的25.2%～37.7%。

4)固體除濕劑再生達(dá)到相同再生度時(shí)，微波再生功率在三種工況下的平均能源利用率為熱風(fēng)再生五種工況下的平均能源利用率的2.51～3.21倍，說(shuō)明微波再生比熱風(fēng)再生的能源利用率高。

本文受廣東省2015年公益項(xiàng)目(第一批)(2014A010106031)，廣東省中國(guó)科學(xué)院全面戰(zhàn)略合作專(zhuān)項(xiàng)資金競(jìng)爭(zhēng)性分配項(xiàng)目(2013B091500094)及歐盟2020研究和創(chuàng)新基金項(xiàng)目(734340-DEW-COOL-4-CDC-MSCA-RIS)資助。(The project was supported by the first batch of Public Welfare Program in 2015 in Guangdong Province(No.2014A010106031)，the Competitive Allocation of Special Funds in Guangdong Province China Academy of Sciences Comprehensive Strategic(No.2013B091500094)and Orizon 2020-Research&Innovation Framework Programme(No.734340-DEW-COOL-4-CDC-MSCA-RIS).)

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Regeneration Performance and Model-based Analysis of Microwave and Hot-air Regeneration Modes for Solid Desiccant

Yang Wansheng1Zeng Jie1Zhao Xudong2
(1.School of Civil and Transportation Engineering， Guangdong University of Technology，Guangzhou， 510006， China;2.School of Engineering， University of Hull， Hull， HU6 7RX， UK)

TU834.9;TB61+1

A

2016年10月10日

0253-4339(2017)05-0099-08

10.3969/j.issn.0253-4339.2017.05.099

楊晚生，男，博士，教授，廣東工業(yè)大學(xué)土木與交通工程學(xué)院，13580343059，E-mail:gdyangwansh@126.com。 研究方向:暖通空調(diào)、建筑節(jié)能和綠色建筑。

About the corresponding authorYang Wansheng， male， Ph.D.， professor， School of Civil and Traffic Engineering， Guangdong University of Technology， +86 1358033059，E-mail:gdyangwansh@126.com.Research fields:heating ventilating&air conditioning，building energy conservation and green building.