基于內(nèi)冷式干燥劑換熱器的固體除濕空調(diào)技術(shù)研究進展

(1 浙江理工大學建筑工程學院 杭州 310018； 2 天津大學 中低溫熱能高效利用教育部重點實驗室 天津 300350； 3 上海交通大學制冷與低溫工程研究所 上海 200240)

化石能源逐漸緊缺，能源危機是當今世界所面臨的嚴峻問題。我國成為全球最大能源消費國，節(jié)能減排已成為我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的一項戰(zhàn)略方針[1]?！丁笆濉惫?jié)能減排綜合工作方案》提出，要加強工業(yè)、建筑、交通運輸、農(nóng)業(yè)農(nóng)村等領域節(jié)能[2]。目前，我國工業(yè)領域能源消耗量約占全國能源消耗總量的70%，由于工業(yè)生產(chǎn)工藝相對落后、余熱利用率較低，至少50%的能量最終以不同類型的余熱被廢棄。其中包括大量略高于環(huán)境溫度的廢熱(30～60 ℃)，如工業(yè)沖渣水、火電廠冷卻水、油田廢水和低溫煙氣等[3]。如果充分利用此類低品位余熱資源，對解決我國能源問題具有重要戰(zhàn)略意義。

可利用低品位熱能驅(qū)動的固體除濕空調(diào)循環(huán)[4-5]通常采用附著有干燥劑的轉(zhuǎn)輪吸附水蒸氣處理潛熱負荷(濕負荷)，采用水作為制冷劑，然后通過蒸發(fā)冷卻等方式處理空氣中的顯熱負荷(熱負荷)。由于轉(zhuǎn)輪除濕循環(huán)構(gòu)造的局限性，系統(tǒng)無法完全克服干燥劑除濕過程中釋放吸附熱的影響，引起干燥劑和處理空氣溫度升高，增大了傳熱傳質(zhì)過程的不可逆損失，降低了系統(tǒng)的吸濕能力，也對再生熱源溫度提出了更高要求[6]。目前，在標準ARI (air-conditioning and refrigeration institute)夏季和潮濕工況下，轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)循環(huán)驅(qū)動熱源溫度通常在70～140 ℃，對應系統(tǒng)熱力性能系數(shù)COPth(coefficient of performance)在0.8～1.0[7-8]。

為解決這一技術(shù)瓶頸，有學者提出了一種基于新型內(nèi)冷式固體除濕部件(干燥劑換熱器)的固體除濕空調(diào)循環(huán)[9-11]。這類部件將干燥劑附著在緊湊型換熱器的表面，在待處理空氣流經(jīng)換熱器表面進行除濕的過程中，換熱器管內(nèi)通入制冷劑，冷卻干燥劑和處理空氣，實現(xiàn)獨立的冷卻除濕過程。再生過程通過管內(nèi)流動的熱媒介質(zhì)提供附著在換熱器金屬基表面干燥劑所需的解吸熱，實現(xiàn)再生。通過換熱器管內(nèi)制冷劑實時帶走干燥劑釋放的吸附熱，基于內(nèi)冷式干燥劑換熱器的固體除濕空調(diào)技術(shù)可以克服轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)升溫除濕的不足，實現(xiàn)近似等溫除濕過程，既提升干燥劑除濕效果，又為實現(xiàn)30～60 ℃工業(yè)廢熱的應用提供了可能性。近年來，該技術(shù)獲得了越來越多國內(nèi)外學者的關(guān)注，相關(guān)的研究報道較多，包括干燥劑材料、熱濕傳遞過程和系統(tǒng)設計等各方面的優(yōu)化。

本文基于內(nèi)冷式干燥劑換熱器的固體除濕空調(diào)技術(shù)，總結(jié)了該技術(shù)所取得的一些重要進展，重點討論遇到的問題和挑戰(zhàn)，并基于制冷空調(diào)或材料學科的發(fā)展趨勢，提出可能的解決路徑和未來發(fā)展方向。

1 干燥劑材料

基于內(nèi)冷式干燥劑換熱器的固體除濕空調(diào)，通過干燥劑換熱器表面涂覆的固體干燥劑材料實現(xiàn)潛熱處理，因而干燥劑的吸附和再生性能對整個系統(tǒng)的除濕性能有重要影響。常規(guī)干燥劑如硅膠、分子篩和活性炭等性能穩(wěn)定，但吸附量不高，所需再生溫度通常大于80 ℃[12]。關(guān)于國內(nèi)外各類新型固體除濕干燥劑材料的研究較多，主要集中于以下3個方面：1)向各類多孔干燥劑(硅膠基[13-19]，活性炭基[20-21]、巖石基[22-23])中添加吸濕性無機鹽制備高吸附性能的復合吸附劑；2)通過改變沸石分子篩腔體、通道、陽離子位點等框架結(jié)構(gòu)得到再生性能優(yōu)異的沸石衍生物[24-25]；3)通過在聚合物鏈節(jié)單元引入有機親水性官能團、陽離子置換等方式獲得高達自身質(zhì)量80%的吸水能力的改性聚合物電解質(zhì)[26-28]。

現(xiàn)有干燥劑的平衡吸附量和再生性能如圖1所示，吸附溫度為20～30 ℃，相對壓力為0.4～0.7。根據(jù)平衡吸附量大小和所需再生熱源溫度的高低將干燥劑材料劃分至Ⅰ～Ⅳ區(qū)間。可以發(fā)現(xiàn)，硅膠、分子篩和活性炭等常規(guī)干燥劑吸附量較低，所需再生熱源溫度高于60 ℃，落于第Ⅳ區(qū)間。而隨著材料科學的飛速發(fā)展，各類新型固體除濕干燥劑不斷被研發(fā)合成，其吸附性能和再生性能均有著不同程度的提升，分布于Ⅰ～Ⅲ區(qū)域。雖然在干燥劑性能提升方面已經(jīng)取得了很大的進步，現(xiàn)有干燥劑仍存在多種不足：1)類沸石分子篩可實現(xiàn)40～60 ℃低熱源溫度下的再生，但穩(wěn)態(tài)吸附量<0.3 g/g，落于第Ⅲ區(qū)域；2)聚合物干燥劑吸濕性能優(yōu)異，但仍需要70 ℃以上熱源驅(qū)動再生(第Ⅱ區(qū)域)；3)吸濕性鹽改性的多孔復合干燥劑吸附量高，但除了巖石基(第Ⅰ區(qū)域)，其它基質(zhì)復合干燥劑所需再生溫度仍較高(第Ⅱ區(qū)域)，此外存在鹽溶液溢出腐蝕換熱器的隱患。

因此，對30～60 ℃工業(yè)余熱資源的充分利用，實現(xiàn)高吸附、40 ℃低熱源溫度再生且無腐蝕的干燥劑(第Ⅰ區(qū)域)是提升基于內(nèi)冷式干燥劑換熱器的固體除濕空調(diào)性能的前提。

圖2 溫度對溫敏材料形態(tài)影響[29]Fig.2 The influence of temperature on thermosensitive materials

在化工和能源材料領域，在外界溫度刺激下，自身的某些物理或化學性質(zhì)會發(fā)生可逆轉(zhuǎn)變的智能溫度響應材料，受到國內(nèi)外研究者青睞。溫度響應材料在吸附領域應用的研究越來越多，將具有溫敏性質(zhì)的高分子復合在磁性粒子、納米二氧化硅和高分子聚合物等材料上制備成復合吸附劑是溫敏材料研究熱點之一，吸附對象主要包括染料、蛋白質(zhì)、重金屬離子等[29-31]。H. Kanazawa等[32]采用表面接枝法將聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)溫敏高分子接枝到納米二氧化硅表面，并對蛋白質(zhì)和核苷酸等生物分子的吸附性能進行研究。K. Murakami等[33]通過將PNIPAM負載到有序介孔硅酸鹽MCM-41表面合成陰離子交換劑，研究表明合成物的吸附和脫附性能受制備過程溫度和酸堿度因素的影響。有部分學者對溫敏材料在織物透濕性和空氣濕度調(diào)節(jié)領域進行了研究[34-36]。這類溫敏型濕度控制材料內(nèi)具有一定比例的親水和疏水基團，在低臨界溶解溫度(lower critical solution temperature，LCST)下會發(fā)生相變(如圖2所示)：當外界溫度低于LCST時，分子鏈溶于水，溫敏高分子表現(xiàn)為伸展的線團結(jié)構(gòu)；當外界溫度從低溫經(jīng)過LCST升至高溫時，氫鍵被破壞，疏水基團的締合作用增強，體系由疏松線團變?yōu)榫o密的膠粒狀結(jié)構(gòu)，把預先吸附在活性位的水分子擠出體系，實現(xiàn)異位脫附，脫附時不需克服較大的吸附力場，從而大幅降低脫附能耗。李鑫等[36]對具有不同LCST (32、75、80 ℃)的溫敏調(diào)濕材料進行間歇式吸附、脫附以及熱重分析實驗，研究表明LCST越低，調(diào)濕材料的脫附速率越快。馬曉梅等[37]通過將疏水單體甲基丙烯酸異丙酯(iPMA)與N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)共聚，制得LCST可調(diào)的溫敏性微凝膠，研究表明增大iPMA摩爾百分比可實現(xiàn)微凝膠LCST的線性遞減。

如何實現(xiàn)LCST<40 ℃的溫敏功能層和多孔納米材料承載基質(zhì)的優(yōu)化匹配，得到吸附及再生性能優(yōu)異的溫敏復合干燥劑，既是基于內(nèi)冷式干燥劑換熱器的固體除濕空調(diào)技術(shù)面臨的重要挑戰(zhàn)，也是未來突破材料對內(nèi)冷式干燥劑系統(tǒng)制約的發(fā)展方向。

2 熱濕傳遞過程

干燥劑和空氣間的熱量和質(zhì)量傳遞特性是影響干燥劑換熱器性能的核心因素。國內(nèi)外學者通?；趥鳠醾髻|(zhì)理論和能量守恒定律，采用非線性偏微分控制方程描述干燥劑和空氣間的熱濕傳遞過程，并通過編制一維[28,38]或二維[9,39]動態(tài)數(shù)學模型來驗證實驗結(jié)果、輔助系統(tǒng)設計和優(yōu)化。建立控制方程的關(guān)鍵是干燥劑和空氣間傳熱傳質(zhì)過程阻力表達關(guān)系式的確定。對于固體除濕空調(diào)系統(tǒng)，干燥劑和空氣間的熱濕交換過程阻力分為氣側(cè)和固側(cè)兩部分。氣側(cè)阻力發(fā)生在空氣與干燥劑之間的對流換熱、傳質(zhì)過程以及空氣內(nèi)部的能量和質(zhì)量擴散過程中，固側(cè)阻力則發(fā)生在干燥劑內(nèi)的熱質(zhì)擴散過程中[28]。根據(jù)對阻力的考慮情況，現(xiàn)有內(nèi)冷式干燥劑換熱器模型主要劃分為氣側(cè)模型[9]、偽氣側(cè)模型[28,40-42]和氣固模型[43]。氣側(cè)模型忽略了干燥劑側(cè)溫度和濃度的變化，形式簡單但精度較低。偽氣側(cè)模型采用集總參數(shù)法推導出包含氣側(cè)和固側(cè)阻力的復合熱質(zhì)傳遞系數(shù)，一定程度上提高了模型精度。氣固模型直接將干燥劑側(cè)熱量傳導項和質(zhì)量擴散項加入控制方程，能真實描述空氣側(cè)及干燥劑側(cè)的熱量和質(zhì)量傳遞過程?，F(xiàn)有內(nèi)冷式干燥劑換熱器傳熱傳質(zhì)模型中采用的干燥劑材料和重要假設匯總于表1。可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有模型往往只考慮濃度梯度對質(zhì)量擴散的影響，忽略了多孔干燥劑內(nèi)熱質(zhì)交叉耦合擴散引起的熱附加擴散效應(Soret效應)，擴散附加熱效應(Dufour效應)，以及干燥劑顆粒間的導熱過程。

表1 內(nèi)冷式干燥劑換熱器傳熱傳質(zhì)模型研究總結(jié)Tab.1 Summary of heat and mass transfer models for internal cooled desiccant coated heat exchangers

模型阻力表達關(guān)系式中尤為重要的是空氣與干燥劑間對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與傳質(zhì)系數(shù)的確定。目前，內(nèi)冷式干燥劑換熱器系統(tǒng)中干燥劑與空氣間顯熱對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的求解主要采用理論模型加實驗的間接測量方法。對流傳質(zhì)系數(shù)則基于傳熱傳質(zhì)相似理論通過對傳熱過程的分析和求解來預測傳質(zhì)過程中傳質(zhì)行為。S. Shimooka等[44-45]通過實驗測量空氣進出口的焓差和含濕量差得到顯熱換熱量，然后根據(jù)對數(shù)平均溫差法求得顯熱對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。這種方法簡單，但不能反映吸附過程的熱質(zhì)耦合傳遞特征。 Zhang L.等[46]和Zhao Yao等[47]分別提出了一種基于熱阻網(wǎng)絡的模型用來替換對數(shù)平均溫差法，并從實驗數(shù)據(jù)中回歸出傳熱努塞爾數(shù)(Nu)和傳質(zhì)舍伍德數(shù)(Sh)經(jīng)驗關(guān)系式，修正了熱質(zhì)傳遞滿足劉易斯數(shù)帶來的計算偏差，有效提高了求解計算精度。Tu Yaodong等[48]提出基于化學勢差驅(qū)動的干燥劑吸附動力模型，并在此基礎上根據(jù)第一性原理構(gòu)建了濕空氣與干燥劑表面間的熱質(zhì)耦合傳遞模型以及儲濕換熱器在冷熱交變過程中的動態(tài)響應模型。模型研究結(jié)果表明除濕換熱器空氣側(cè)的熱質(zhì)傳遞呈現(xiàn)弱關(guān)聯(lián)性，即濕空氣與換熱器之間的顯熱換熱能力取決于干燥劑涂層溫度，但潛熱換熱能力不僅和干燥劑涂層溫度有關(guān)，還和吸附過程持續(xù)時間有關(guān)。但是這些方法也忽略了干燥劑涂層引起的傳熱熱阻以及Soret效應和Dufour效應對Nu和Sh的影響。陳寶明等[49]對多孔介質(zhì)中交叉耦合擴散效應影響的研究指出，Soret效應主要對傳質(zhì)產(chǎn)生影響，對傳熱的影響不大；Dufour效應也主要對傳熱產(chǎn)生一定的影響。A. M. Salem[50]對多孔介質(zhì)中交叉耦合擴散效應的研究發(fā)現(xiàn)，隨著Soret效應的增強，Sh增大，而Nu減小。經(jīng)驗關(guān)系式依賴所研究內(nèi)冷式換熱器的實驗數(shù)據(jù)，一旦干燥劑涂層改變，結(jié)果可能不再成立。

因此，針對不同干燥劑種類考慮其與空氣間的熱濕傳遞過程機理，基于內(nèi)冷式干燥劑換熱器的固體除濕空調(diào)技術(shù)亟待解決的關(guān)鍵科學問題。

3 系統(tǒng)性能研究

3.1 系統(tǒng)性能評價指標

基于內(nèi)冷式干燥劑換熱器的固體除濕空調(diào)技術(shù)通常采用平均除濕量Davg和熱力性能系數(shù)COPth評價某系統(tǒng)的除濕能力和能量利用效率。

為了求得平均除濕量Davg，需要先定義有效除濕時間teff用于評判干燥劑涂層是否趨于吸附飽和。有效除濕時間與待處理空氣的進、出口含濕量有關(guān)。當teff-ts(ts為系統(tǒng)采樣時間)時刻及teff時刻，進、出口含濕量變化((da,in-da,out)/da,in)均不大于5%時，考慮實驗誤差，可認為干燥劑涂層吸附飽和。平均除濕量Davg可以采用式(1)計算：

(1)

式中：da,in和da,out分別為進口和出口空氣的含濕量，g/(kg干空氣)；teff為有效除濕時間，s。

熱力性能系數(shù)COPth通過計算有效除濕過程中待處理空氣側(cè)的平均制冷量Qa和再生過程中由熱能驅(qū)動的再生熱Qt的比值得到：

(2)

式中：ha,in和ha,out分別為進口和出口空氣的焓值，J/g；Tt,in和Tt,out分別為進口和出口再生熱媒的溫度，K；ma和mt分別為空氣和再生熱媒的質(zhì)量流量，g/s；cpt為再生熱媒的比熱容，J/(g·K)。

3.2 系統(tǒng)性能研究進展

國內(nèi)外學者在內(nèi)冷式干燥劑換熱器系統(tǒng)實驗方面開展了大量研究工作，并取得了一定的研究成果[11,51-52]。Ge Tianshu等[11]分別用硅膠和吸水樹脂制作了兩臺干燥劑換熱器并搭建了恒溫熱水浴驅(qū)動的性能測試實驗臺。結(jié)果表明，當進口空氣含濕量較低時，吸水樹脂換熱器的除濕性能比硅膠換熱器差。趙耀等[51]制備了兩臺硅膠換熱器，并搭建了太陽能驅(qū)動再生的干燥劑換熱器-水系統(tǒng)。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)能提供穩(wěn)定、連續(xù)的除濕能力，但在潮濕氣候條件下無法達到滿意的除濕要求。Jiang Yu等[45]制備了復合硅膠-氯化鋰和純硅膠涂覆的干燥劑換熱器，分析了冷卻水溫度、再生溫度、空氣進口溫濕度和空氣流速等運行參數(shù)對系統(tǒng)除濕性能和熱力性能系數(shù)的影響。結(jié)果顯示，復合硅膠換熱器的平均除濕量在2.1～3.8 g/(kg干空氣)之間，熱力性能系數(shù)為0.3～1.2，較純硅膠換熱器分別提升18%～39%和20%～87%。但在相同工況下，復合硅膠換熱器所需的解吸再生時間較長。Ge Tianshu等[52]采用有機弱酸鹽-甲酸鉀替代強氯化鋰等強吸濕性無機鹽，制備并搭建了硅膠-甲酸鉀復合干燥劑涂敷的除濕換熱器系統(tǒng)。結(jié)果表明，在相同實驗工況下，硅膠-甲酸鉀換熱器的平均除濕量和制冷量較硅膠換熱器分別提升20%和50%。A. Kumar等[53-54]先后對硅膠和纖維-氯化鈣干燥劑換熱器除濕空調(diào)循環(huán)吸附和再生過程速率的影響因素進行實驗研究，結(jié)果表明，再生溫度、進口空氣含濕量以及除濕過程前預冷對干燥劑吸附和再生速率有著正面影響，兩個系統(tǒng)在夏季工況下平均COPth可達0.45，纖維-氯化鈣換熱器可用更低的再生熱源驅(qū)動，但除濕效果弱于硅膠換熱器。三菱化學科學技術(shù)研究中心[24,27]通過對類沸石分子篩FAPO5和FAPO34涂覆的內(nèi)冷式換熱器的脫附性能和100 ℃以下的低品位廢熱源進行匹配研究，結(jié)果表明FAPO34涂覆換熱器的脫附性能更佳，可以實現(xiàn)40 ℃的再生，但其吸附性能不高。L. Bonaccorsi等[55]采用硅烷基膠和二次浸漬涂覆法將SAPO34平整地涂覆到金屬基材表面，并研究了硅烷基膠對涂層粘結(jié)性、機械性和吸濕穩(wěn)定性的影響。A. Freni等[56]后續(xù)對涂覆有SAPO34的吸附式熱泵展開90 ℃再生溫度下600次吸附循環(huán)的驗證。

表2 系統(tǒng)性能實驗的相關(guān)參數(shù)Tab.2 Related parameters of system performance experiment

現(xiàn)有內(nèi)冷式干燥劑換熱器系統(tǒng)采用的干燥劑、再生熱源溫度、平均除濕量以及COPth等參數(shù)如表2所示。由表2可知，現(xiàn)有系統(tǒng)使用的干燥劑仍以常規(guī)的硅膠多孔干燥劑[11, 45,51,53,57-58]為主，復合多孔基質(zhì)-吸濕性鹽[45,54]也有使用。隨著系統(tǒng)再生熱源溫度的降低，硅膠、復合干燥劑系統(tǒng)的COPth有一定提升，但系統(tǒng)的平均除濕量明顯減小。要想充分利用30～60 ℃的工業(yè)廢熱，維持內(nèi)冷式干燥劑換熱器系統(tǒng)在低再生溫度下穩(wěn)定的除濕性能，亟需對溫敏復合干燥劑等新型智能復合材料，以及干燥劑與空氣間的熱濕傳遞強化機理進行研究。此外，同為硅膠類干燥劑，不同學者測試的實驗結(jié)果不相同。一方面，由于硅膠干燥劑種類繁多，比表面積、孔體積、吸水性能均不相同；另一方面，實驗結(jié)果受實驗臺尺寸、實驗流程以及儀器測量精度等因素有關(guān)。因此，有必要編寫內(nèi)冷式換熱器實驗測試平臺標準，進行統(tǒng)一、規(guī)范的量化研究，并且給出所用干燥劑材料的熱物性參數(shù)，客觀公正地比較各類干燥劑材料。

上述基于內(nèi)冷式干燥劑換熱器的固體除濕空調(diào)系統(tǒng)主要由熱力驅(qū)動?；诔凉駬Q熱器的直膨式制冷/空調(diào)系統(tǒng)也有報道[10,59-61]。N. Enteria等[59]將硅膠干燥劑涂覆到蒸發(fā)器和冷凝器的散熱片上，同時采用HCFC-22作為制冷劑，構(gòu)建了除濕熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)在不同工況下的COP維持在2.9～5.7。Jiang Yu等[60-61]對除濕換熱器新風處理系統(tǒng)與變制冷劑流量系統(tǒng)組合的復合制冷系統(tǒng)的全年運行工況進行了測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)復合系統(tǒng)COP較常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)提升20%以上。Hua Lingji等[62]采用兩個復合硅膠除濕換熱器分別替代R410A熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器和冷凝器，搭建了一個除濕熱泵系統(tǒng)測試臺。在進口空氣溫度36.3 ℃，含濕量為23 g/(kg干空氣)的夏季工況下，該系統(tǒng)COP高達7.0，并能提供26 ℃, 8.9 g/(kg干空氣)的干冷空氣。Tu Yaodong等[63]試制了一臺緊湊型干燥劑增強型直膨式熱泵空調(diào)器，采用兩個相同規(guī)格的復合硅膠換熱器分別用作蒸發(fā)器和冷凝器。結(jié)果表明，在典型夏季空調(diào)工況下，該新型空調(diào)器的系統(tǒng)能效比可達6.20，如不計入風機功耗，其能效比高達7.14，比普通熱泵系統(tǒng)(2.8～3.8)高得多。袁野等[64]基于表面涂覆吸附劑的除濕換熱器，也建立一個類似的新型一體式除濕熱泵空調(diào)循環(huán)實驗裝置。結(jié)果顯示，新型除濕熱泵空調(diào)循環(huán)除濕量約為7.9 g/(kg干空氣)，且系統(tǒng)COP能達到5.2以上。

綜上所述，由熱力或電力驅(qū)動的基于內(nèi)冷式干燥劑的除濕空調(diào)系統(tǒng)能在保證送風舒適性的前提下，有不錯的能量利用效率?，F(xiàn)有研究成果有望對未來空調(diào)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生革命性的影響。但是，如何進一步減小該新型除濕空調(diào)系統(tǒng)體積，實現(xiàn)在實際生產(chǎn)和生活中的應用，是該技術(shù)面臨的又一挑戰(zhàn)。

4 結(jié)論

本文從干燥劑材料、熱濕傳遞過程和系統(tǒng)性能研究3個方面，對降低驅(qū)動熱源溫度和提升系統(tǒng)性能的技術(shù)需求以及相關(guān)科學問題進行了總結(jié)和展望，以期推動該新型固體除濕空調(diào)技術(shù)在工業(yè)余熱利用、環(huán)境濕度處理、新風機組和空調(diào)等領域的應用，帶來可觀的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。盡管國內(nèi)外學者在干燥劑性能提高、熱濕傳遞過程分析和系統(tǒng)動態(tài)性能模擬與實驗研究等方面均取得了豐富的成果，但在以下方面仍存在諸多挑戰(zhàn)：

1) 現(xiàn)有干燥劑存在或吸附不高或再生性差或具有腐蝕性的問題，實現(xiàn)高吸附、40 ℃低熱源溫度再生且無腐蝕的干燥劑是提升基于內(nèi)冷式干燥劑換熱器的固體除濕空調(diào)性能的前提。如何實現(xiàn) LCST低于40 ℃的溫敏功能層和多孔納米材料承載基質(zhì)的優(yōu)化匹配，得到吸附及再生性能優(yōu)異的溫敏復合干燥劑，既是該新型固體除濕技術(shù)面臨的重要挑戰(zhàn)，也是未來突破材料對內(nèi)冷式干燥劑系統(tǒng)制約的發(fā)展方向。

2) 現(xiàn)有干燥劑換熱器模型忽略了多孔干燥劑內(nèi)熱質(zhì)交叉耦合擴散引起的熱附加擴散效應(Soret效應)，擴散附加熱效應(Dufour效應)以及干燥劑顆粒間的導熱過程，如何針對不同干燥劑種類考慮Soret效應和干燥劑顆粒間的導熱過程對相應干燥劑和空氣間的熱濕過程傳遞特性的影響，提升熱質(zhì)傳遞過程關(guān)鍵熱力學和熱化學特性參數(shù)精度，揭示干燥劑換熱器內(nèi)熱質(zhì)耦合傳遞機理，明確各部分傳熱傳質(zhì)阻力對內(nèi)冷除濕和內(nèi)熱解吸熱力學過程的影響，是該技術(shù)亟待解決的關(guān)鍵科學問題和關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

3) 結(jié)合高性能干燥劑及其與空氣間的熱濕傳遞過程，考慮基于內(nèi)冷式干燥劑換熱器的新型固體除濕空調(diào)系統(tǒng)具體的后續(xù)應用場景，有目的地改善該系統(tǒng)在具體應用場景中的除濕能力和熱力性能系數(shù)，實現(xiàn)該技術(shù)在30～60 ℃工業(yè)余熱利用、環(huán)境濕度處理等領域的應用，是該技術(shù)在應用方面的巨大挑戰(zhàn)。