非常溫溶液除濕自主再生空調系統(tǒng)性能分析

張亮++施佳++陳玉君

摘 要本文提出一種新型的將溶液除濕與熱泵相結合的溫濕度獨立處理空調系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用低溫、低濃度的除濕溶液，在任何工況下冷凝熱都能滿足溶液再生的需求。建立了整個系統(tǒng)的數(shù)學模型，研究系統(tǒng)自身參數(shù)變化（溶液溫度、濃度）和環(huán)境參數(shù)變化（空氣溫度、濕度）對系統(tǒng)性能的影響；并對系統(tǒng)應對高溫、高濕度環(huán)境的調整方法進行了分析。結果表明，在夏季典型工況下，除濕溶液的理想溫度為17-19℃、相應的質量濃度為25.39%-26.88%；系統(tǒng)具有較高的能效，并且能夠在高溫潮濕地區(qū)發(fā)揮其節(jié)能潛力。

【關鍵詞】非常溫溶液 空調系統(tǒng) 性能

1 前言

隨著建筑功能的多元化和人員密度的不斷提升，建筑能耗占國民經(jīng)濟總能耗的比例將達到30%左右，空調系統(tǒng)能耗則占到建筑物總能耗的50%以上，因此降低空調系統(tǒng)的能耗對提高全社會能源使用效率具有重要意義。當前普遍使用的空調系統(tǒng)由于其自身結構和在空氣處理方式上的缺陷，消耗了大量的電能并造成了較嚴重的環(huán)境污染問題，因此開發(fā)節(jié)能環(huán)保的空調系統(tǒng)顯得越發(fā)緊迫和具有實際意義。

2 非常溫溶液除濕自主再生空調系統(tǒng)的性能分析

本文提出了一種基于非常溫溶液除濕的熱泵驅動自主再生復合型空調（HPLD-SR）系統(tǒng)，采用理論與實驗研究相結合的方法對溶液除濕與再生過程的傳熱傳質特性，以及系統(tǒng)整體的性能進行了深入分析。

2.1 完成了HPLD-SR系統(tǒng)的設計并搭建了其綜合性實驗測試平臺

HPLD-SR系統(tǒng)由溶液除濕/再生循環(huán)和熱泵循環(huán)耦合而成，應用低溫低濃度的溶液處理空氣，使用冷凝熱作為再生熱源。系統(tǒng)中溶液循環(huán)的特點為采用除濕/再生自循環(huán)和級間交換循環(huán)的設計模式，實現(xiàn)了溶液濃度的梯級利用；熱泵循環(huán)的特點為冷凝熱由串聯(lián)連接的溶液冷凝器和空氣冷凝器共同處理，實現(xiàn)了冷凝熱的高效利用。

2.2 對低溫低濃度溶液除濕過程進行了實驗和理論研究

通過實驗研究分析了進口空氣和溶液參數(shù)對該過程傳熱傳質性能的影響，利用實驗數(shù)據(jù)總結出了描述該過程熱質傳遞特性的經(jīng)驗關聯(lián)式。理論研究的內容包括：對描述空氣與溶液直接接觸過程的NTU-Le模型進行了推導與修正；提出了一種計算除濕/再生過程耦合傳熱傳質系數(shù)的新方法。

2.3 對冷凝熱利用溶液再生過程進行了實驗和理論研究

通過變工況實驗掌握了熱空氣/熱溶液這種再生方式的性能特點，總結了該過程的傳熱傳質經(jīng)驗關聯(lián)式，為后續(xù)理論分析奠定了基礎。提出了冷凝熱再生利用率的概念，并指出了HPLD-SR系統(tǒng)的冷凝熱再生利用率范圍。從冷凝熱再生利用率、平均傳質驅動力、可及處理區(qū)域等方面對比了三種不同的冷凝熱利用再生模式，總結出了冷凝熱再生的熱量優(yōu)化分配原則。另外，從溶液再生能級的角度分析了系統(tǒng)中除濕過程采用低濃度溶液的優(yōu)勢。

2.4 對HPLD-SR系統(tǒng)的整體性能和熱力學特性進行了實驗和理論分析，并利用有效能分析方法對系統(tǒng)進行了優(yōu)化

通過實驗研究，分析了自身可控制參數(shù)和環(huán)境參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，同時驗證了機組的環(huán)境適應性。建立了整個系統(tǒng)的數(shù)學模型，為理論分析計算提供了條件。隨后采用理論和實驗相結合的方式深入揭示了系統(tǒng)溶液濃度平衡和能量變化之間的匹配關系。通過與傳統(tǒng)空調系統(tǒng)和相關國家標準的比較，明確了HPLD-SR機組的節(jié)能特性。在此基礎上，提出了一種溶液計算的新方法，并建立了一套完整的系統(tǒng)有效能分析數(shù)學模型。隨后利用上述模型對空氣處理和溶液再生過程的流程，以及系統(tǒng)整體形式進行了優(yōu)化分析，并對機組中主要設備的節(jié)能潛力進行了探討。

3 結論

這篇文章設計了一個研究液體除濕空調里除濕器的試驗臺，建立一個適用于液體去濕空調系統(tǒng)中的填料塔除濕器的傳熱傳質模型，然后經(jīng)過試驗和模擬以后，對除濕器的入口參數(shù)分別對除濕效果性能的影響進行了分析，并且得出了結論：如果模型偏差在20%以內，并且建立的除濕模型適應性也比較好的話就能比較準確的運用這個除濕器模擬測試。

當空氣的質流密度范圍在1.179-2.359 kg/（m2·s），空氣溫度在25-40℃時，空氣的相對濕度為40%-95%，溶液的質流密度為1.68-8.40kg/（m2·s），溶液溫度在20-45℃，溶液濃度30-40%的范圍內對300mm直徑的除濕器，800mm高度的填料，然后以LiCI溶液作為除濕劑的除濕器進行試驗和模擬測試，得出的結論為：溶液溫度越低，溶液的濃度也就越低，相對應的除濕效果也就越好，當溶液的質流密度在一定的范圍以內里越大時，除濕量越好，如果質流密度超過那個范圍，則影響不大。而且得出空氣進口參數(shù)溫度、風速和含濕量對除濕的影響都比較小。所以想要提高除濕器的性能，需要重點考慮除濕溶液的質流密度和溫度，然后提高系統(tǒng)整體的性能

參考文獻

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作者單位

上海杰瑞兆新信息科技有限公司 上海市 201210endprint