蒸發(fā)冷卻冷凝除濕復(fù)合新風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

查小波 張 倫 張小松

(東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院, 南京 210096)

傳統(tǒng)熱泵驅(qū)動的蒸發(fā)冷卻冷凝除濕新風(fēng)系統(tǒng)將室外新風(fēng)溫度降到露點以下,使空氣中的水蒸氣凝結(jié)并排出,達(dá)到對新風(fēng)降溫除濕的目的.該除濕方式系統(tǒng)簡單,但為達(dá)到除濕要求,需將空氣溫度降到露點以下,且需要對送風(fēng)再加熱,造成冷熱抵消,浪費能量.

蒸發(fā)冷卻技術(shù)利用空氣與水的熱濕傳遞獲得冷量,被視為一種節(jié)能、經(jīng)濟(jì)且綠色環(huán)保的制冷方式.該空氣處理方式越來越受到重視,研究人員提出了許多相關(guān)系統(tǒng)流程,包括直接蒸發(fā)冷卻、間接蒸發(fā)冷卻以及將二者相結(jié)合的技術(shù)[1].黃翔[2-3]總結(jié)了國內(nèi)外直接蒸發(fā)冷卻器、間接蒸發(fā)冷卻器、多級蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)和除濕與蒸發(fā)冷卻相結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)的理論與應(yīng)用研究成果,提出了蒸發(fā)冷卻新風(fēng)空調(diào)集成系統(tǒng),并做了詳細(xì)設(shè)計與方案構(gòu)想,認(rèn)為蒸發(fā)冷卻(除濕)技術(shù)與機械制冷、能量回收、空氣過濾、吸收(附)分離及變風(fēng)量控制等所集成的空調(diào)系統(tǒng)將在新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中發(fā)揮明顯的優(yōu)勢.最近實驗研究顯示蒸發(fā)冷卻技術(shù)可制取比環(huán)境絕熱飽和溫度高3 K的冷水,可為風(fēng)機盤管、冷輻射頂板等顯熱制冷系統(tǒng)提供有效的冷源[4].Heidarinejad等[5]構(gòu)建了兩級間接/直接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng),實驗結(jié)果顯示該系統(tǒng)具有在各種空氣狀態(tài)下提供舒適條件的潛力,系統(tǒng)能耗只有機械蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的33%.Delfani等[6]采用間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)(IEC)預(yù)冷機械制冷系統(tǒng)入口空氣,結(jié)果顯示該技術(shù)在幾個主要城市的供冷季節(jié)可承擔(dān)75%的冷負(fù)荷,減少55%的電能消耗.Hajidavalloo等[7]提出一種將蒸發(fā)冷卻技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)冷凝器的新系統(tǒng),并進(jìn)行了實驗研究,結(jié)果表明空氣進(jìn)入冷凝器前溫度已明顯降低,新系統(tǒng)功耗降低了約16%,性能系數(shù)提高了約55%,熱力學(xué)性能得到顯著改善.

上述研究表明蒸發(fā)冷卻技術(shù)具有較大節(jié)能潛力,與其他制冷系統(tǒng)設(shè)備相結(jié)合可顯著減少整個系統(tǒng)的能耗.孫鐵柱等[8]在總結(jié)幾種蒸發(fā)冷卻式冷水機組的優(yōu)缺點后,認(rèn)為蒸發(fā)冷卻與機械制冷復(fù)合高溫冷水機組可利用室外空氣也可利用室內(nèi)排風(fēng),應(yīng)根據(jù)建筑物特點及室外氣候條件確定.本文根據(jù)傳統(tǒng)熱泵驅(qū)動的蒸發(fā)冷卻冷凝除濕新風(fēng)系統(tǒng)除濕負(fù)荷大、室內(nèi)回風(fēng)能量利用率低等特點,提出系統(tǒng)流程的改進(jìn)方式,建立改進(jìn)流程的系統(tǒng)仿真模型,并對模型進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)驗證.

1 傳熱傳質(zhì)模型

圖1為一個常規(guī)熱泵驅(qū)動的蒸發(fā)冷卻冷凝除濕新風(fēng)系統(tǒng)工作原理圖,該新風(fēng)系統(tǒng)由熱泵循環(huán)和噴淋填料組成.室外新風(fēng)經(jīng)過表冷器降溫除濕后送入室內(nèi),室內(nèi)回風(fēng)進(jìn)入噴淋填料經(jīng)蒸發(fā)冷卻制取冷水進(jìn)入冷凝器降低冷凝溫度,后排至室外.噴淋填料中空氣與水采用叉流的熱質(zhì)交換方式.圖中,Fin,Fout,Rin,Rout分別表示新風(fēng)、送風(fēng)、回風(fēng)、排風(fēng)狀態(tài)點；Win,Wout分別表示進(jìn)、出口水狀態(tài)點.

圖1 基礎(chǔ)流程系統(tǒng)原理圖

采用性能系數(shù)COP評價該系統(tǒng),計算式如下:

(1)

(2)

(3)

式中,Wpump為水泵功耗,kW.

1.1 叉流噴淋填料模型

在分析空氣與水直接接觸的熱質(zhì)交換過程中,本文采用如下假設(shè)[9]:① 水與空氣的熱質(zhì)交換過程是穩(wěn)態(tài)的,與環(huán)境之間不存在熱質(zhì)交換；② 過程絕熱,傳熱阻力集中在空氣側(cè)；③ 水均勻噴灑,傳熱與傳質(zhì)界面相同；④ 不考慮軸向的熱濕傳遞.基于以上假設(shè),叉流填料裝置可以簡化為二維傳熱傳質(zhì)問題.將叉流噴淋填料沿空氣與水流方向劃分為多個微元控制體,控制體內(nèi)熱質(zhì)交換遵守能量守恒和質(zhì)量守恒,計算式分別為[10]

(4)

(5)

熱質(zhì)傳遞方程分別為

(6)

(7)

方程(4)～(7)描述了每一個微元控制體內(nèi)空氣與水的熱質(zhì)交換過程,其數(shù)值求解過程是將這些控制方程離散,根據(jù)邊界條件逐步求出每一個微元體中空氣與水的進(jìn)出口參數(shù)[11].

1.2 表冷器模型

干工況時空氣側(cè)的換熱系數(shù)采用j因子法計算,Webb[12]給出了不少于四排管的j因子表達(dá)式,對于少于四排管也給出了建議計算式.濕工況時空氣側(cè)換熱系數(shù)與干工況時非常接近.水側(cè)換熱系數(shù)采用Gnielinski[13]提出的關(guān)聯(lián)式計算時與實驗數(shù)據(jù)較為吻合.

將表冷器盤管沿空氣流動方向離散化為多個微元控制體,假定一個出水溫度,根據(jù)空氣和盤管參數(shù)計算沿空氣流方向的每個控制體的傳熱量.將最后計算得到的進(jìn)口水溫與已知值比較,如果誤差超過允許范圍，重新設(shè)定出水溫度進(jìn)行迭代計算,直至誤差達(dá)到允許范圍[14].

在表冷器模型的計算與求解過程中,近似認(rèn)為肋片內(nèi)的熱流是一維的,只在肋片的伸展方向,即肋片的溫度沿肋片伸展方向一維分布.當(dāng)表冷器管排數(shù)超過3排時,管外空氣與管內(nèi)水的流動可以認(rèn)為是逆流的.基于以上簡化和假設(shè),表冷器干工況時翅片導(dǎo)熱微分方程為

(9)

表冷器濕工況時,翅片導(dǎo)熱微分方程為

(10)

式中,tf和ta分別為翅片和空氣的溫度,℃；ωf為翅片表面水膜的等效含濕量,kg/kg；αa為顯熱換熱系數(shù),W/(m2·K)；P為翅片橫截面周長,m；Kf為翅片導(dǎo)熱系數(shù),W/(m·K)；A0為翅片橫截面積,m2；αD為空氣與水之間的質(zhì)交換系數(shù),kg/(m2·s)；i0為水的汽化潛熱,J/kg.

2 基礎(chǔ)流程性能分析

2.1 叉流噴淋填料的性能評價

文獻(xiàn)[15]提出對于傳遞過程,存在顯熱傳遞溫差或傳質(zhì)含濕量差,即存在傳遞損失,因此空氣干球和露點溫差越小,蒸發(fā)冷卻過程的性能越好.作為全熱回收模塊的核心組成部分,噴淋填料傳熱傳質(zhì)性能直接影響整個系統(tǒng)熱回收的效率.本文采用熱學(xué)參數(shù)評價模塊性能,在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下濕空氣與水的值采用文獻(xiàn)[15]中的公式計算.空氣值Ea和水值Ew計算式分別為

(11)

(12)

(13)

(14)

式中,cp,h為空氣比定壓熱容,kJ/(kg·℃)；Ra為空氣的氣體常數(shù)；熱計算的參考溫度TR取周圍環(huán)境溫度,K；濕計算的參考含濕量ωR取環(huán)境溫度TR對應(yīng)的飽和空氣含濕量,kg/kg；cp,w為水的比定壓熱容,kJ/(kg·℃)；Ew,in和Ew,out分別為水的進(jìn)出口值,kJ/kg；Ea,in和Ea,out分別為空氣的進(jìn)出口值,kJ/kg;T,Tw分別為空氣和水的溫度；ω為空氣含濕量.

表1是當(dāng)噴淋填料的傳質(zhì)單元數(shù)NTUm為2時,不同進(jìn)口空氣溫度下的模擬結(jié)果.進(jìn)口空氣含濕量為12.6 g/kg,進(jìn)口水溫為22.0 ℃,空氣與水的流量均為1 kg/s,參考狀態(tài)選擇TR=30 ℃,ωR=27.2 g/kg.

根據(jù)表1中的空氣進(jìn)出口參數(shù),由式(11)～(14)計算得到濕空氣與水的進(jìn)出口值、損失和效率,得到圖2所示的空氣與水熱質(zhì)交換過程性能曲線.由圖可知，空氣與水在噴淋填料中進(jìn)行熱質(zhì)交換,在其他參數(shù)保持不變的情況下,空氣投入和水得到隨空氣干球溫度降低而增加,過程的損失先下降后有所增加.顯熱損失由空氣與水的溫差及顯熱換熱量決定,濕損失由濕空氣露點與水的濕差及傳濕量決定,隨著濕空氣干球溫度不斷降低,噴淋塔中空氣與水的溫差先減少后增加,顯熱換熱量同樣先減少后增加,導(dǎo)致顯熱損失先減少后增加.空氣與水濕差及傳濕量隨著濕空氣干球溫度的降低而減少,傳濕量減少導(dǎo)致濕損失減少,顯熱損失較濕損失變化量要大,總損失先減少后增加.當(dāng)進(jìn)口空氣溫度由26 ℃降到18 ℃(飽和狀態(tài))時,過程的利用效率由0.55增加到0.84,而增速不斷降低直至接近零.因此,可適當(dāng)降低進(jìn)口濕空氣干球溫度來提高空氣與水熱質(zhì)交換過程的利用效率.

表1 空氣與水的進(jìn)出口參數(shù)

圖2 空氣與熱濕交換過程性能曲線

2.2 基礎(chǔ)流程典型狀態(tài)下性能分析

由圖1所示基礎(chǔ)流程系統(tǒng)原理圖可知，室外新風(fēng)直接進(jìn)入熱泵表冷器(蒸發(fā)器)，經(jīng)冷凝除濕后送入室內(nèi),表冷器承擔(dān)全部顯熱和潛熱量,因此新風(fēng)系統(tǒng)表冷器負(fù)荷較大,降低了系統(tǒng)整體能效.以典型室外空氣狀態(tài)為例,當(dāng)室外新風(fēng)溫度、含濕量、流量分別為36 ℃,24.7 g/kg,5 000 m3/h,室內(nèi)回風(fēng)溫度、含濕量、流量分別為26 ℃,12.6 g/kg,5 000 m3/h,表冷器換熱能力為5.5 kW/K,與熱泵機組冷凝器相連的噴淋填料循環(huán)水流量為3.5 kg/s,噴淋填料傳質(zhì)單元數(shù)NTUm=5時,模擬得到新風(fēng)經(jīng)過表冷器后的出口溫度、含濕量分別為12 ℃,9 g/kg,熱泵機組冷凝溫度為38.9 ℃,蒸發(fā)溫度為3.8 ℃.圖3為空氣處理過程焓濕圖.可知新風(fēng)進(jìn)入表冷器前相對濕度為65%,新風(fēng)與送風(fēng)的焓差達(dá)到64.5 kJ/kg,全都由表冷器承擔(dān)；回風(fēng)在進(jìn)入噴淋填料前的相對濕度為60%,遠(yuǎn)離飽和狀態(tài),冷凝器回水溫度36.5 ℃,噴淋填料進(jìn)口處空氣與水傳熱溫差達(dá)10.5 ℃,含濕量差達(dá)27.3 g/kg,由2.1節(jié)可知,過程的回風(fēng)利用率低.由式(1)～(3)計算得熱泵機組壓縮機性能系數(shù)COP為4.89,新風(fēng)系統(tǒng)總性能系數(shù)COP為3.96.

圖3 基礎(chǔ)流程空氣處理過程焓濕圖

3 系統(tǒng)優(yōu)化

3.1 流程Ⅰ:增加回風(fēng)全熱回收模塊

由2.2節(jié)可知基礎(chǔ)流程的表冷器負(fù)荷大,室內(nèi)回風(fēng)能量利用率低.蒸發(fā)冷卻全熱回收技術(shù)節(jié)能潛力大,設(shè)備簡單可靠,考慮在該新風(fēng)系統(tǒng)基礎(chǔ)流程的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化,增加基于室內(nèi)回風(fēng)的單級全熱回收模塊,構(gòu)建蒸發(fā)冷卻冷凝除濕復(fù)合新風(fēng)處理系統(tǒng),如圖4所示,單級全熱回收模塊由表冷器1和噴淋填料1組成,通過循環(huán)水相連.圖中R1為噴淋填料1出口空氣狀態(tài)點；F1為表冷器1出口空氣狀態(tài)點；W1,in,W1,out為表冷器進(jìn)、出口水狀態(tài)點；W2,in,W2,out為冷凝器進(jìn)、出口水狀態(tài)點.

在圖4所示改進(jìn)流程Ⅰ系統(tǒng)原理圖中，保持噴淋填料總傳質(zhì)單元數(shù)NTUm及表冷器總換熱能力不變,提升全熱回收模塊的傳熱傳質(zhì)能力,得到不同占比下系統(tǒng)的各性能參數(shù),如表2所示.表中模塊全熱回收效率和排風(fēng)效率是采用文獻(xiàn)[16]中的公式計算得到.

圖4 改進(jìn)流程Ⅰ系統(tǒng)原理圖

全熱回收傳熱傳質(zhì)性能所占比例/%020304060表冷器1全熱回收量/kW017.422.426.131.3模塊全熱回收效率00.250.330.380.46排風(fēng)效率00.300.380.440.52表冷器2制冷量/kW107.790.285.381.476.3蒸發(fā)溫度/℃3.853.603.142.44-0.51冷凝溫度/℃38.8740.4941.0841.6743.22壓縮機功耗/kW21.919.519.018.820.1壓縮機COP4.904.634.494.333.80系統(tǒng)COP3.964.204.304.294.09

開始階段，隨著全熱回收模塊傳熱傳質(zhì)能力所占比例的增加,室外新風(fēng)進(jìn)入熱泵表冷器2前先經(jīng)過表冷器1的預(yù)冷,表冷器1承擔(dān)新風(fēng)的顯熱負(fù)荷,表冷器2的負(fù)荷量減少,進(jìn)而降低壓縮機功耗.表冷器2換熱面積減少導(dǎo)致蒸發(fā)溫度下降,回風(fēng)經(jīng)過噴淋填料1后已進(jìn)行熱回收,進(jìn)入噴淋填料2后可回收的能量減少,冷凝溫度上升.蒸發(fā)溫度的下降及冷凝溫度的上升都會降低壓縮機能效,此時二者變化量較小,系統(tǒng)總COP受表冷器負(fù)荷減少的影響更大,因此開始階段系統(tǒng)COP是逐漸增加的.當(dāng)全熱回收模塊傳熱傳質(zhì)能力所占比例繼續(xù)增加時,壓縮機蒸發(fā)溫度加速下降,冷凝溫度也有加速上升的趨勢,造成壓縮機功耗迅速上升,超過表冷器負(fù)荷減少的影響,系統(tǒng)COP又開始減少，如圖5所示.因此,該復(fù)合新風(fēng)系統(tǒng)COP總體呈現(xiàn)先上升后下降趨勢,最優(yōu)COP值約在全熱回收模塊所占比例為30%時.此時，全熱回收量為26.1 kW,占系統(tǒng)總制冷量的24.3%.相比于圖1基礎(chǔ)流程新風(fēng)系統(tǒng),表冷器2蒸發(fā)溫度降低0.71 ℃,冷凝溫度上升2.21 ℃,壓縮機功耗降低2.9 kW,COP減少0.41,系統(tǒng)總功耗降低1.9 kW,COP提升0.33.圖6為此時新回風(fēng)空氣處理過程焓濕圖,可看出新風(fēng)經(jīng)過表冷器1預(yù)冷后溫度降低8.8 ℃,相對濕度由65%增加到90%,因此全熱回收模塊承擔(dān)了新風(fēng)幾乎所有顯熱負(fù)荷,熱泵表冷器2主要承擔(dān)新風(fēng)濕負(fù)荷.

圖5 系統(tǒng)各參數(shù)變化曲線

圖6 改進(jìn)流程Ⅰ空氣處理過程焓濕圖

3.2 流程Ⅱ:增加送風(fēng)顯熱回收模塊

由2.1節(jié)可知,在空氣與水直接接觸的熱質(zhì)交換過程中,空氣越接近飽和狀態(tài),全熱回收過程利用效率越高.對于改進(jìn)流程Ⅰ,室內(nèi)回風(fēng)直接進(jìn)入全熱回收模塊噴淋填料1,回風(fēng)溫度26 ℃,相對濕度為60%,與水熱質(zhì)交換過程中的損失較大；新風(fēng)經(jīng)過表冷器2的降溫除濕后只有12.4 ℃,低于18 ℃的送風(fēng)溫度要求,不宜直接送入室內(nèi).因此,考慮在改進(jìn)流程Ⅰ的基礎(chǔ)上再增加送風(fēng)顯熱回收裝置,得到如圖7所示改進(jìn)流程Ⅱ,該顯熱回收裝置由2個表冷器組成,通過水循環(huán)連接.新風(fēng)經(jīng)過表冷器3的顯熱回收后溫度升高,可直接送入室內(nèi).室內(nèi)回風(fēng)在進(jìn)入噴淋塔1之前,先經(jīng)過表冷器4的降溫過程,此時回風(fēng)與水的熱質(zhì)傳遞過程更貼近于飽和線,提高系統(tǒng)全熱回收效率.該過程制備出的冷卻水極限溫度接近室內(nèi)回風(fēng)的露點溫度,進(jìn)一步增強全熱回收模塊表冷器1對新風(fēng)的預(yù)冷能力,表冷器2的負(fù)荷減少,熱泵機組蒸發(fā)溫度上升.較低溫度的回風(fēng)進(jìn)入最后一級噴淋塔2可降低熱泵機組的冷凝溫度,使壓縮機處于更佳運行工況,功耗降低,進(jìn)而提高新風(fēng)系統(tǒng)總體能效.

圖7 改進(jìn)流程Ⅱ系統(tǒng)原理圖

室外新風(fēng)溫度、含濕量為36 ℃,24.7 g/kg,室內(nèi)回風(fēng)溫度、含濕量為26 ℃,12.6 g/kg,噴淋塔1和塔2的循環(huán)水流量分別為1.5,3.5 kg/s,傳質(zhì)單元數(shù)NTUm分別為1.5,3.5,表冷器1,2的換熱能力分別為1.66,3.84 kW/K時,不同顯熱換熱能力下改進(jìn)流程Ⅱ系統(tǒng)各性能參數(shù)變化曲線如圖8所示.由圖可知,隨著顯熱換熱器換熱能力的增加,熱泵機組蒸發(fā)溫度上升,冷凝溫度下降,壓縮機和系統(tǒng)COP均上升.

圖8 系統(tǒng)性能隨顯熱換熱器換熱能力變化曲線

當(dāng)顯熱換熱器的換熱能力為1.18 kW/K時,即表3中工況3,得到如圖9所示空氣處理過程,新風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)溫度為18 ℃,含濕量量為9 g/kg,滿足送風(fēng)溫濕度要求.此時相比于不做顯熱回收的工況1,回收了9.68 kW的顯熱,熱泵表冷器2冷負(fù)荷減少3.6 kW,蒸發(fā)溫度升高0.24 ℃,冷凝溫度降低0.5 ℃,壓縮機COP相比于不做顯熱回收時提高0.09,新風(fēng)系統(tǒng)COP提高0.12.若繼續(xù)提升顯熱換熱器的換熱能力雖然可以進(jìn)一步提高全熱回收模塊的熱回收效率和新風(fēng)系統(tǒng)性能,但送風(fēng)溫度會上升,不滿足送風(fēng)溫度要求,因此換熱能力應(yīng)根據(jù)送風(fēng)溫濕度要求設(shè)定.

表3 系統(tǒng)各參數(shù)隨顯熱換熱器換熱能力變化

圖9 改進(jìn)流程Ⅱ空氣處理過程焓濕圖

3.3 采用多級全熱回收

對于全熱回收模塊,將模塊做成多級使得傳熱傳質(zhì)過程更加匹配,可提升全熱回收過程的效率.當(dāng)將圖9所示改進(jìn)流程Ⅱ系統(tǒng)全熱回收模塊做成兩級和三級時,得到圖10所示新風(fēng)系統(tǒng)COP隨全熱回收模塊傳熱傳質(zhì)占比變化曲線圖.由圖10(a)可知,當(dāng)不考慮增加的水泵功耗,系統(tǒng)COP隨模塊級數(shù)增加而增加,級數(shù)越多,最優(yōu)COP對應(yīng)的全熱回收占比越大.圖10(b)為考慮水泵功耗變化曲線,當(dāng)全熱回收模塊所占比例低于50%時,增加填料級數(shù)帶來的熱回收量增加不足以彌補水泵功耗的增加,系統(tǒng)COP略有下降,隨著所占比例增大,熱回收量增加,當(dāng)所占比例超過60%時,增加填料級數(shù)帶來的熱回收量增加超過水泵功耗,系統(tǒng)COP才有小幅提升,此時并不是新風(fēng)系統(tǒng)最優(yōu)COP對應(yīng)的全熱回收占比.在系統(tǒng)最優(yōu)COP處,將全熱回收模塊由單級做成兩級時COP降低0.4,由兩級做成三級再降低0.65.因此,考慮水泵功耗的增加,多級全熱回收帶來的效益難以提升系統(tǒng)COP,在實際機組的設(shè)計過程中,不宜將全熱回收模塊的級數(shù)設(shè)置過多,一般設(shè)兩級互為備用.

(a) 不考慮水泵功耗

(b) 考慮水泵功耗

4 實驗對比

圖11為采用兩級全熱回收新風(fēng)系統(tǒng)原理圖.基于該原理圖搭建了圖12所示蒸發(fā)冷卻冷凝除濕復(fù)合新風(fēng)系統(tǒng)實驗裝置,實驗裝置包括新回風(fēng)、循環(huán)水程、數(shù)據(jù)測量及控制系統(tǒng)等4個部分.該新風(fēng)處理機組的額定新風(fēng)量為5 000 m3/h,回風(fēng)量為5 000 m3/h,機組尺寸為3 400 mm×3 000 mm×2 035 mm,新風(fēng)流程和回風(fēng)流程左右對稱布置,機組中設(shè)有金屬孔網(wǎng)初效過濾器、擋水板和補水箱等裝置.

為保證測量準(zhǔn)確及數(shù)據(jù)的完整性,實驗裝置中布置有溫濕度傳感器及測量儀表,用于測量回風(fēng)狀態(tài)點Rin,R2,R3,R3,Rout及送風(fēng)狀態(tài)點Fin,F1,F2,F3,Fout處的干濕球溫度、噴淋塔進(jìn)出口處循環(huán)水的溫度、循環(huán)水泵及壓縮機功耗.所有傳感器均接入數(shù)據(jù)采集儀中,用于數(shù)據(jù)處理與分析.

圖11 采用兩級全熱回收的新風(fēng)系統(tǒng)原理圖

圖12 蒸發(fā)冷卻冷凝除濕復(fù)合新風(fēng)系統(tǒng)實驗裝置圖

當(dāng)室外新風(fēng)溫度為34.7 ℃,含濕量為24.0 g/kg,回風(fēng)溫度為26.9 ℃,含濕量為11.7 g/kg時,實驗得到送風(fēng)溫度為20.4 ℃,含濕量為8.9 g/kg,排風(fēng)溫度為37.2 ℃,含濕量為39.3 g/kg.圖13為各狀態(tài)點模擬結(jié)果與實驗測試結(jié)果在焓濕圖上的對比,可知回風(fēng)溫濕度參數(shù)的模擬值與實驗值誤差較小,均在5%范圍內(nèi),新風(fēng)狀態(tài)點F1,F2溫濕度誤差稍大,但不超過15%.

圖13 實驗值與模擬值對比

5 結(jié)論

1) 傳統(tǒng)新風(fēng)系統(tǒng)的熱泵表冷器承擔(dān)室外新風(fēng)全部顯熱和潛熱量,具有負(fù)荷大、室內(nèi)回風(fēng)與水的熱質(zhì)傳遞過程遠(yuǎn)離飽和線、傳熱傳質(zhì)過程中不可逆損失大等問題.

2) 保持系統(tǒng)總傳熱傳質(zhì)能力不變,增加由表冷器和噴淋填料組成的單級全熱回收模塊,得到改進(jìn)流程Ⅰ,當(dāng)全熱回收模塊傳熱傳質(zhì)能力占系統(tǒng)總傳熱傳質(zhì)能力在30%附近時，系統(tǒng)性能最優(yōu).

3) 在改進(jìn)流程Ⅰ的基礎(chǔ)上增加一級送風(fēng)顯熱回收模塊,一方面可以提升送風(fēng)溫度,可直接送入室內(nèi),無需再熱,另一方面回(排)風(fēng)在進(jìn)入噴淋填料前接近飽和狀態(tài),提升熱質(zhì)傳遞過程利用效率,降低了壓縮機功耗,提高了新風(fēng)系統(tǒng)總體能效.

4) 采用多級全熱回收有利于提高全熱回收模塊傳熱傳質(zhì)性能,但會增加循環(huán)水泵功耗,基本不能提升新風(fēng)系統(tǒng)整體能效.