一种太阳能溶液除湿空调系统模型验证及实验研究.pdfVIP

m o d e lv a l i d a t i o na n de x p e r j m e n t a l i n v e s t i g a t i o no fa n do fl i q u i d d e s i c c a n ta i rc o n d i t i o n i n gs y s t e m d r i v e nb ys o l a re n e r g y 黜 ad i s s e r t a t i o ns u b m i r e dt o s o u t h e a s tu n i v e r s i t y f o rt h ea c a d e m i cd e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g b y q i a nj u n - f e i s u p e r v i s e db y p r o f z h a n gx i a o s o n g a s s o c i a t ep r o f y i ny o n g g a o s c h o o lo fe n e r g ya n de n v i r o n m e n t s o u t h e a s tu n i v e r s i t y a p r i l2 0 1 4 万方数据 东南大学学位论文独创性声明 本人声叫所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 j s j 它哪i 知，除j 文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他入已经发表或撰写过 + 门研宄成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 _ 1 i _ il ：作的忠对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示，谢意。 研究生签铄一缝丝址日期：j 础丛业 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中围科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 什和电了文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电予文档的内容和纸质 沦艾的内窬棚一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 以电了信息形式刊登) 论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布( 包括以电 _ j 7 信息形式刊鲞) 授权东南大学研究生院办理。 研究生妣躺妞导师签尴日期型幽乡 万方数据 摘要 摘要 一种太阳能溶液除湿空调系统模型验证及实验研究 研究生：钱俊飞 导师：张小松教授，殷勇高副教授 学校学院：东南大学能源与环境学院 太阳能溶液除湿通风与辐射供冷空调系统将空调房间的显热负荷和潜热负荷独立分开处 理，并采用太阳能、余热、废热等低品位热源作为驱动能源，利用空气与水作为制冷介质， 故其具有节能、环保、健康等特点，在未来的空调领域具有很好的应用前景。本文采用理论 与实验相结合的方式对系统的性能进行了探讨，主要研究内容与成果如下： 根据当前能源与环境问题以及传统空调所存在的问题，综述了溶液除湿空调系统的研究 进展，包括溶液除湿技术以及溶液除湿空调系统性能理论与实验研究进展。 阐述太阳能溶液除湿通风与辐射供冷空调系统工作原理，并构建了太阳能溶液除湿通风 与辐射供冷空调系统实验测试平台，对系统中的主要部件，包括除湿器再生器以及直接蒸发 冷却器的外型与结构尺寸进行了描述，并对系统中典型工况下的实验数据误差进行分析，结 果显示系统各个性能参数的最大相对误差均在2 以内，表明实验数据具有很强的准确性和可 靠性。 在太阳能溶液集热再生实验平台上，对太阳能溶液集热性能和太阳能溶液再生性能进行 了实验研究，获得了重要运行参数如空气流量、溶液流量、溶液浓度、溶液进口温度、室外 空气温度以及太阳辐射值等对太阳能溶液集热性能以及太阳能溶液再生性能的影响，并对太 阳能溶液集热过程运行参数的动态调节进行了分析。该实验结果为后续如何充分利用太阳能 和系统输入能量，优化太阳能溶液集热再生性能提供了参考依据。 建立系统中主要设备的数学计算模型，并通过实验研究不同部件的运行参数对其性能的 影响情况，从而为各部件的优化运行提供实验依据，同时利用实验数据的拟合得到除湿器再 生器以及直接蒸发冷却器的传热传质经验关联式，并将实验数据与通过模型和经验关联式计 算得到的模拟结果进行对比来对各部件的数学模型进行验证。 最后，通过验证准确的各个部件的数学模型得到的程序进行人为的对接，从而对系统进 行模拟，研究不同的运行工况，如溶液流量、空气流量、循环水流量、除湿器和再生器溶液 入口温度、溶液浓度、室外环境空气状态、空调房间送风比以及换热器效率等对系统性能的 影响。并通过实验进一步验证系统主要运行参数对系统性能的影响情况，从而对模拟结果进 行验证。然后对不同季节( 包括夏季和过渡季节) 情况下系统制冷量以及系统性能系数c 。p 进行了对比，并对不同季节下系统空调房问的送风含湿量以及辐射吊顶冷媒水进口温度随时 间的变化情况进行了分析和对比，为后续系统的优化运行和负荷变化时参数控制策略的实施 提供理论和实验依据。 关键词：溶液除湿：耦合传热传质；实验研究；太阳能集热；动态调节：系统模拟 万方数据 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t m o d e lv a l i d a t i o na n de x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o no fak i n d o fl i q u i d d e s i c c a n ta i rc o n d i t i o n i n gs y s t e md r i v e nb ys o l a re n e r g y b y q i a nj u n - f e i a d v i s o r ：p r o f z h a n gx i a o s o n g ，a s s o c i a t ep r o f y i ny o n g g a o m a j o rd e p a r t m e n t ：s c h o o lo fe n e r g ya n de n v i r o n m e n t ，s o u t h e a s tu n i v e r s i t y t h el i q u i dd e s i c c a n t a i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e md r i v e nb ys o l a re n e r g yc a nc o n t r o lt h e t e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t yi n d e p e n d e n t l ya n du s el o w g r a d eh e a ts o u r c es u c ha ss o l a r , e x h a u s th e a t ， w a s t eh e a ta sd r i v i n ge n e r g y , a n di tu s et h ew a t e ra n da i ra st h ec o o l i n ga g e n t s oi th a sag o o d a p p l i c a t i o nf o r e g r o u n di nt h ea i rc o n d i t i o n i n gf i e l db e c a u s eo fi t sa d v a n t a g e s ，s u c ha sc o m f o r t ， h e a l t h e n e r g y s a v i n ga n de n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l y 7 1 1 1 i st h e s i sm a i n l yp r e s e n t st h e o r e t i c a la n d e x p e r i m e n t a ls t u d yo nt h es y s t e mp e r f o r m a n c e t h er e l e v a n tb a c k g r o u n dk n o w l e d g eo ft h el i q u i dd e s i c c a n ta i rc o n d i t i o n i n gi si n t r o d u c e d a c c o r d i n gt ot h ee n e r g ya n de n v i r o n m e n t a lc o n c e r n sa n dt h et r a d i t i o n a la i rc o n d i t i o n i n gs y s t e m p r o b l e m i t sr e s e a r c h s t a t u sa r e r e v i e w e d ，i n c l u d i n gt h el i q u i d d e s i c c a n td e h u m i d i f i c a t i o n t e c h n o l o g ya n dt h et h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho ft h el i q u i dd e s i c c a n ta i r - c o n d i t i o n i n g s y s t e m t h eo p e r a t i n gp r i n c i p l eo ft h el i q u i dd e s i c c a n tw i t hr a d i a n tc o o l i n ga i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e m d r i v e nb ys o l a re n e r g yi se x p o u n d e d ，a n dt h ee x p e r i m e n t a lt e s tp l a t f o r mo ft h es y s t e mi sc o n s t r u c t e d i ti n t r o d u c e s t h es h a p ea n dd i m e n s i o no ft h ed e h u m i d i f y i n g r e g e n e r a t i o nd e v i c ea n dt h ed i r e c t e v a p o r a t i o nt a n k sp a c k i n g t h ee r r o ri nt h et y p i c a le x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n sd a t ai sa n a l y z e d a n d t h er e s u l ts h o w st h a tt h em a x i m u ma v e r a g ee r r o ro ft h es y s t e mp e r f o r m a n c ep a r a m e t e r si sw i t h i n 2 s ot h ee x p e r i m e n t a ld a t ah a sh i g ha c c u r a c ya n dr e l i a b i l i t y e x p e r i m e n t so ns o l a rl i q u i dd e s i c c a n tc o l l e c t o ra n dr e g e n e r a t o ra r ep e r f o r m e dt oi n v e s t i g a t e t h ee f f e c to fo p e r a t i o np a r a m e t e r s ，s u c ha sa i rm a s sf l o w 、s o l u t i o nm a s sf l o w 、s o l u t i o n c o n c e n t r a t i o n 、s o l u t i o ni n l e tt e m p e r a t u r e 、o u t d o o ra i rt e m p e r a t u r ea n ds o l a rr a d i a t i o nv a l u e 。o nt h e p e r f o r m a n c eo fs o l a rl i q u i dd e s i c c a n tc o l l e c t o ra n dr e g e n e r a t o r a n dt h ed y n a m i ca d j u s t m e n to ft h e o p e r a t i n gp a r a m e t e ra b o u t t h et h e r m a lp e r f o r m a n c eo ft h es o l u t i o ni ns o l a rc o l l e c t o ri sc a r r i e do u t t h i s r e s e a r c hi su s e f u lt oh o wt om a k ef u l lu s eo ft h es o l a re n e r g ya n dt h ei n p u te n e r g yo ft h e s y s t e m ，a n di ta l s op r o v i d e ss o m er e f e r e n c ef o rt h eo p t i m i z a t i o no f t h eo p e r a t i n gp e r f o r m a n c eo ft h e s o l a rl i q u i dd e s i c c a n tc o l l e c t o ra n d r e g e n e r a t o r t h em a t h e m a t i c a lm o d e lo fm a j o re q u i p m e n t si nt h es y s t e mi ss e tu p a n dt h e nt h ee f f e c to f o p e r a t i o np a r a m e t e r so nt h ep e r f o r m a n c ei si n v e s t i g a t e de x p e r i m e n t a l l y t h ee m p i r i c a lc o r r e l a t i o n s o ft h ec o u p l e dh e a ta n dm a s st r a n s f e rc o e f f i c i e n t sa b o u tt h ed e h u m i d i f i e r r e g e n e r a t o ra n dt h ed i r e c t e v a p o r a t i v ec o o l e ra r ep r e s e n t e dt h r o u g ht h ee x p e r i m e n t a ld a t a ，a n dt h e nt h em a t h e m a t i c a lm o d e l w a sv a l i d a t e dt h r o u g ht h ec o m p a r i s o n so fc a l c u l a t i o nr e s u l t sw i t he x p e r i m e n t a ld a t at ov e r i f yt h e a c c u r a c ya n dt h es u i t a b i l i t yo ft h em a t h e m a t i c a lm o d e li nt h es y s t e m t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e e r r o rb e t w e e nt h er e s u l t so f e x p e r i m e n ta n ds i m u l a t i o nw a sw i t h i n6 f i n a l l y , t h em o d e l i n gr e s e a r c ho fp e r f o r m a n c e so ft h el i q u i dd e s i c c a n tw i t hr a d i a n tc o o l i n g a i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e md r i v e nb ys o l a re n e r g yh a sb e e nc a r r i e do u t ，t a k i n gt h ea i rm a s sf l o w 、 s o l u t i o nm a s sf l o w 、t h ec i r c u l a t i n gw a t e rm a s sf l o w 、s o l u t i o nc o n c e n t r a t i o n 、s o l u t i o ni n l e t t e m p e r a t u r e 、o u t d o o ra i rc o n d i t i o na n dt h eh e a tt r a n s f e re f f i c i e n c yo ft h eh e a te x c h a n g e ra sv a r i a b l e s 万方数据 。! ! ! ! ! ! ! ! ，。，一 _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ - 。_ _ _ _ _ _ _ 。_ 。_ - 。- _ - _ 。_ _ 。一一一 i tc o n n e c t s 也em o d e lp r o g r a mo ft h em a j o re q u i p m e n t st o g e t h e r h e nt h ee x p e r i m e n t a lr e s e a r c h a b o u tt h ee f f e c t so ft h es y s t e mr u n n i n gp a r a m e t e r s0 nt h ep e r f o r m a n c eo ft h es y s t e mi sc a r d e do u t a n dt h ec o m p a r i s o no ft h es u m m e ra n dt r a n s i t i o ns e a s o n so nt h ep e r f o r m a n c eo ft h es y s t e ma n d t h e c h a n g eo f t h e a i ra n dw a t e ro u tp a r a m e t e r sw i t ht i m ei sp e r f o r m e d k e y w o r d s ：l i q u i dd e s i c c a n t ；c o u p l eh e a ta n dm a s st r a n s f e r ；e x p e r i m e n t a ls t u d y ；s o l a rc o l l e c t o r ； d y n a m i ca d j u s t m e n t ；s y s t e ms i m u l a t i o n 万方数据 东南大学硕士学位论文 目录 摘要一i a b s t r a c t i i 目录i v 主要符号表 第一章绪论1 1 1 研究背景及意义一1 1 1 1 全球能源现状及环境问题1 1 1 2 传统空调系统存在的问题1 1 2 溶液除湿空调系统及其优势2 1 2 1 溶液除湿空调系统原理2 1 2 2 溶液除湿空调系统优势3 1 3 溶液除湿空调系统文献综述3 1 3 1 溶液除湿技术的研究3 1 3 2 溶液除湿空调系统性能理论与实验研究4 1 4 本文的研究内容6 第二章实验系统介绍及误差分析8 2 1 太阳能溶液除湿通风与辐射供冷空调系统工作原理8 2 2 太阳能溶液除湿通风与辐射供冷空调系统实验装置8 2 2 1 实验系统组成8 2 2 2 系统主要部件9 2 3 实验内容11 2 4 实验系统误差分析1 2 2 4 1 误差分析基本原理1 2 2 4 2 实验数据误差分析1 2 2 5 本章小结1 4 第三章太阳能溶液集热再生性能与动态调节特性实验研究1 5 3 1 太阳能溶液集热再生实验平台1 5 3 1 1 太阳能溶液集热再生系统介绍1 5 3 i 2 太阳能溶液集热再生实验平台1 6 3 2 太阳能溶液集热性能实验研究1 7 3 2 1 太阳能溶液集热性能评价指标1 7 3 2 2 太阳能溶液集热性能实验研究1 8 3 - 3 太阳能溶液再生性能实验研究2 0 3 3 1 太阳能溶液再生过程性能评价指标2 0 3 3 2 太阳能溶液再生性能实验研究2 l 3 4 太阳能溶液集热性能动态调节2 6 3 4 1 太阳能溶液集热数学模型2 6 3 4 2 太阳能溶液集热动态调节2 7 3 5 本节小结2 7 第四章系统主要部件的性能实验研究与模型验证2 9 4 1 溶液除湿器再生器传热传质模型2 9 4 1 1 溶液除湿器再生器工作原理2 9 4 1 2 溶液除湿再生数学模型2 9 4 2 溶液除湿再生过程实验研究与模型验证3l 1 v 万方数据 目录 4 2 1 能量平衡分析3l 4 1 2 2 叉流除湿器溶液除湿过程实验研究3 2 4 2 3 叉流再生器溶液再生过程实验研究3 5 4 2 4 溶液除湿再生过程耦合传热传质系数实验关联式3 8 4 ，2 5 叉流溶液除湿器再生器模型验证3 9 4 2 6 填料型与平板降膜型溶液除湿再生过程热质传递性能对比4 l 4 3 直接蒸发冷却器性能实验研究与模型验证4 2 4 3 1 直接蒸发冷却器传热传质模型4 2 4 3 2 直接蒸发冷却器性能研究与模型验证4 2 4 4 本章小结4 4 第五章系统性能模拟与实验研究一4 5 5 1 太阳能溶液除湿通风与辐射供冷空调系统性能评价指标4 5 5 2 太阳能溶液除湿通风与辐射供冷空调系统性能模拟分析4 6 5 2 1 除湿溶液流量的影响4 6 5 2 2 除湿空气流量的影响4 7 5 2 3 循环水流量的影响4 8 5 2 4 除湿溶液温度的影响4 9 5 2 5 再生溶液温度的影响4 9 5 2 6 溶液浓度的影响5 0 5 2 7 室外环境状态的影响5 0 5 2 8 空调送风比的影响5 1 5 2 9 换热器换热效率的影响5 2 5 - 3 太阳能溶液除湿通风与辐射供冷空调系统实验研究5 2 5 3 1 系统性能实验研究5 2 5 3 2 不同季节连续运行时系统性能及参数对比5 6 5 4 本章小结5 8 第六章研究总结与展望5 9 6 1 研究总结5 9 6 2 研究展望6 0 致谢6 1 参考文献6 2 硕士期间发表的论文及其他成果6 5 v 万方数据 东南大学硕士学位论文 符号 b d c p 口 g 厶。 h c h d 主要符号表 大气压，p a 空气的含湿量，g k g 定压比热容，j ( k g k ) 重力加速度，删仔 质量流量，k g s 循环水质量流量，k g s 传热系数，w ( m 2 - k ) 以含湿量差为传质势差的传质系数， k g ( m 2 s ) 填料高度，m 焓，j k g 空调送风比 填料长度，m 刘易斯数 质量传递量或者质量流量，k g s 摩尔质量，k g k m o l 传质单元数 压力，p a 热量，k w 汽化潜热，j k g 温度，或者k 体积流量，m 3 h 填料宽度，m 太阳辐射值，w m 2 溶液中溶质的质量分数 系统性能系数 v i 希腊字母 玎 太阳能溶液再生系统能量利用率 a填料的比表面积，m 2 m 3 占太阳能集热器集热效率 p 密度，k g m 3 下标 a 空气或者空气侧 s溶液或者溶液侧或者湿球温度 c临界状态 d e h除湿器侧参数 r e g 再生器侧参数 d e c直接蒸发冷却器侧参数 e q u 相平衡 i n 进口 o u t出口 r 实际值 s 溶质 v水蒸气 w 水或者湿球温度 y 湿度 h e a t 电加热器 c o l l e c t 太阳能集热器 u 炉 日 ， l k 所 m m p q r ， 矿 缈 j x 万方数据 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 1 1 1 全球能源现状及环境问题 能源是人类生存及发展的重要基础，能源的开发利用极大的推动了全球经济的发展和人 类社会的进步。但经济与社会的快速发展同时给能源与环境带来了巨大的压力。目前全球能 源问题日趋严重，根据2 0 1 1 年b p 世界能源统计，2 0 1 0 年，全球一。次能源的消费总量相对以 前增长了5 6 左右，超过2 0 0 8 年经济衰退前，达到三十年以来的最高水平。其中，经合组 织( o e c d ) 的国家能源消费增长3 5 左右，为三十年以来的最大增幅；非经合组织国家增长 了7 5 左右，消费总量超出十年前水平的6 3 。图1 1 为近二十多年来世界能源消费情况【l 】。 2 0 1 0 年中国一次能源消费总量为2 3 3 2 亿吨油当量，位居世界首位，其占全球能源消费总量 比增加到2 0 3 ，比2 0 0 0 年提高1 0 。中东( 5 8 ) 与亚太其他国家( 1 7 8 ) 在全球一次 能源消费中的比例也显著提高。2 0 1 0 年，中国一次能源消费总量增长了1 1 2 ，而美国增长 了3 7 。因此，相对世界上其它国家而言，我国能源消费一直处于高增长状态。按2 0 1 0 年 的探明储量和开采水平计算，全世界和中国的三大化石燃料储采比见图1 - 2 所示。图显示除 煤炭外，世界化石能源只能供应半个世纪左右，而中国各种化石燃料的储产比远低于世界水 平，说明我国的能源紧缺形势比世界其它国家更为严峻。 图1 - 1 近三十年内世界能源消费情况图1 - 22 0 1 0 年中国和世界化石能源储采比 由于化石燃料消耗的不断增长，环境污染越来越成为世界各国关注的重大问题。目前， 全球消耗的一次能源主要是天然气、石油、煤炭等传统矿物燃料，核能和水电的开发只占到 1 5 ，风能、地热能及太阳能等可再生能源只有小规模开发利用【2 。传统矿物燃料的燃烧所产 生的二氧化碳、硫化物和烟尘等有害物排放到大气中会对环境造成巨大危害，严重影响生态 环境和人们的正常生活。 对于能源消费种类而言，目前我国城镇民用建筑所消耗的能源占全国商品能源的 2 7 一2 9 左右。随着城市发展，建筑将超越交通及工业等其它行业而最终居于社会能源消耗 的首位，达到3 3 左右。因此，必须探索降低建筑能耗的有效途径，实现城市建设的可持续 发展。根据国际制冷协会评估，制冷空调系统能耗占建筑能耗的5 0 左右p j 。因此，传统以 电制冷为主的空调系统必然给能源与环境带来巨大的压力。研究新的空调系统、利用可再生 能源作为空调系统运行动力将是彻底解决能源、环境及空调三者矛盾的根本所在。 1 1 2 传统空调系统存在的问题 传统空调系统采用冷冻除湿方式( 7 1 2 。c 冷冻水) 对空气进行除湿和降温。冷冻除湿过程 中冷源温度低于空气露点温度，使得系统蒸发温度和冷凝温度相差4 0 。c 左右1 4 】，造成制冷系 统性能系数较低。对于一般空调系统而言，显热负荷约占总负荷5 0 一7 0 左右，而潜热负荷 所占比例为3 0 5 0 左右，为处理潜热负荷，整个制冷系统应处于温差较大的冷冻循环环境 下工作，而显热负荷本可以采用高温冷源处理，传统空调系统将潜热负荷和显热负荷进行耦 万方数据 东南大学坝士学位论文 合处理，造成了大量能源的浪费。另外，传统冷冻除湿方式会在表冷器上产生潮湿表面，成 为霉菌等生物繁殖的场所，严重影响室内的空气品质【5 】。 对于传统空调系统的这种温湿度联合控制的方式，其空气调节过程中显热与潜热比只能 在小范围内变化，难以与实际情况下热湿负荷相匹配。因此通常仅满足室内温度要求而牺牲 对湿度的控制，造成室内相对湿度不符的现象。相对湿度过高或过低会导致人体的不适以及 能量的浪费。为使送入房问的空气达到室内要求的显热负荷和潜热负荷的比值，需对冷冻除 湿后的空气进行再次加热处理，但是会增加进一步的能耗1 6 j 。 传统空调系统的制冷工质大多为r l l 和r 1 2 等等，这些氟利昂物质中含有氯原子，当泄 露到大气平流层中，通过紫外线分解出氯原子从而对臭氧层进行破坏，产生严重的环境问题。 鉴于传统空调系统存在的问题，探索新的制冷空调技术显得尤为重要；同时，随着以“低 能耗”、“低污染”、“低排放”为核心的低碳经济观念的提出，全社会对节能减排格外重视，发 展环保和节能制冷空调方法将是制冷空调领域发展的趋势。而溶液除湿空调系统正是在这种 大环境下被提出与兴起的。 1 2 溶液除湿空调系统及其优势 溶液除湿是利用溶液吸收原理对空气进行湿度处理。由理想溶液拉乌尔定律可知，溶液 表面水蒸气分压力比相同条件下水表面蒸汽分压力低，而随溶液浓度的增加，其表面的水蒸 气分压力会逐渐降低。在除湿过程中，常温下浓溶液( 主要有l i c i 水溶液、l i b r 水溶液、三 甘醇水溶液和c a c i z 水溶液等) 与湿空气直接接触，在水蒸气分压力势差作用下，水份从空 气侧向溶液侧传递。经除湿后的稀溶液需要再生才可获得再次除湿的能力。通常可将稀溶液 加热至6 0 8 0 ，使其表面水蒸汽分压力高于环境空气的水蒸气表面分压力，从而利用环境 空气对稀溶液进行再生。而再生所需要的热量可选择采用太阳能、废热或余热等低品位热源。 1 2 1 溶液除湿空调系统原理 空调系统总负荷由显热负荷和潜热负荷两部分构成，主要任务是消除被处理空气中的显 热负荷与潜热负荷使其达到送风状态点【7 。如图1 3 所示，点为被处理空气状态点，需要处 理到点o ( 送风状态点) ，n 、o 两点问的单位总负荷为q ，其中包括潜热负荷( 状态点与 状态点玩之间的焓差) 和显热负荷( 状态点乃与状态点d 之问的焓差) ，传统空调系统通过 露点控制处理方法，先将空气从状态处理到机器露点厶然后将其再热至送风状态点d ， 将处理后的空气送入空调房间。由此可知，空调负荷为q ，但实际空气调节处理过程所需冷 量为状态点、之间的焓差，比实际处理负荷大，还要一部分再热量，为、d 之间的焓差。 图1 - 3 溶液除湿空调负荷转化分析图 溶液除湿空气调节过程是首先将湿空气从点除湿处理到d 点，再绝热加湿至d 点，直 接达到送风状态。从负荷处理角度而言，状态点处理到状态点d 这一过程可以分为两部分， 首先绝热处理至矿湿空气，处理全部潜热负荷，再利用常温水冷却至d 状态，这过程相当于 将潜热负荷全部转化为显热负荷进行处理，然后通过常温冷却介质处理此部分显热负荷。从 空调负荷角度，实际湿负荷为状态处理至d 点的湿差，溶液除湿至以状态点即完成了湿负 荷的处理，若此时利用其他高温冷却介质使空气由k 点干式冷却到送风状态d ，则构成了热 湿独立处理空调系统。若无其他冷源，则将湿空气由k 点进一步除湿到矿点，再经过常温冷 万方数据 却水冷却到d 点，最后绝热加湿( 蒸发冷却) 处理至送风状态，这就是溶液除湿蒸发冷却空 调系统原理，该空调系统的处理空气的实质是将负荷全部转化为显热负荷，再利用常温水处 理转化后的显热负荷，实现无需其他冷源的空调系统。总之，溶液除湿空调系统是将全部负 荷转化为显热负荷并通过常温冷却水处理这部分显热负荷来完成空气调节过程瞄j 。 1 2 2 溶液除湿空调系统优势 溶液除湿空调系统作为传统压缩式制冷循环空调系统的有力竞争者与替代者，相比传统 压缩式制冷循环空调系统其优势有： ( 1 ) 耗能优势：由于再生溶液温度较低( 6 0 8 0 c ) ，故可利用低品位能源驱动溶液除湿空调 系统，实现能源梯级利用，提高能源利用率。室内空调负荷出现高峰时往往太阳辐射能也处 于高峰期，利用太阳能驱动的溶液除湿空调可以有效削减由空调引起的用电量，有利于优化 城市用能结构。 ( 2 ) 空气温湿度精确控制的优势：对空气进行除湿时，浓溶液与空气直接接触，溶液和空 气的运行参数容易调节，可以精确控制空气温湿度。 ( 3 ) 环保优势：溶液除湿空调系统能够利用太阳能、废热和余热等低品位热能驱动，减少 了夏季空调耗电量，从而有效的减少了发电过程中所造成的环境污染问题。同时，溶液除湿 空调系统以除湿盐溶液和冷媒水作为制冷工质，杜绝了氟利昂物质的使用，保护了臭氧层。 ( 4 ) 健康优势：溶液除湿空调系统没有潮湿表面，减少了霉菌的滋生，对人体的健康有利； 同时解决了因使用空气过滤器而造成的可吸入颗粒物二次污染等问题。而且通过对空气喷洒 溶液可除去空气中的细菌、尘埃和霉菌等有害物质，使得送风健康清洁，提高了室内的空气 品质。 1 3 溶液除湿空调系统文献综述 1 3 1 溶液除湿技术的研究 近些年在溶液除湿技术研究方面，国内外学者获得了大量的研究成果。溶液除湿技术的 研究主要包括除湿剂的研究、溶液除湿器再生器装置的研究、除湿溶液与湿空气热质交换特 性研究、除湿再生过程实验研究、溶液除湿空调系统性能理论与实验研究等等。 早在1 9 5 5 年l 6 f 首次提出的太阳能溶液除湿蒸发冷却空调系统就使用三甘醇为除湿剂 【9 1 ，瑞士学者c o n d emr 1 0 】从1 8 5 0 年以后的1 0 0 多篇文献以及实验资料里面提取c a c l 2 和l i c i 水溶液的物性数据，拟合整理了较为准确的计算模型数学公式及特性图表等，具有很高的参 考价值。a m e e lta 等 1 1 】总结了除湿剂所具备的物理性质，对特定工况下多种溶液( l i b r 、 z n c l 2 、l i c i 、l i 2 c a c l 4 、l i z z n c l 4 和c a z n c l 4 溶液) 的降膜溶液除湿蒸发冷却进行了模拟理论 研究，得出l i 2 z n c l 4 ( z n c l 2 、l i c i 摩尔量之比为1 ：2 ) 是理想的除湿工质。a l i 等i l2 j 通过在降 膜溶液中添加纳米颗粒来改变溶液的导热系数试图强化溶液除湿性能，采用数值模拟的方法 研究了除湿和再生过程中加入纳米金属粒子后的传质强化效果。上海交通大学的姚晔1 1 3 i 提出 了超声波在空调除湿剂强化再生中的应用，利用功率超声波的“机械效应”和“热效应”对除湿 剂强化再生，以改善传统除湿剂硅胶低品位热源再生的实际应用性能，提高低品位能源在除 湿剂再生中的能量利用率。 溶液除湿器和再生器是溶液除湿空调系统中的两个关键部件。p i e t r u s c h k ad 等u4 j 在夏季 温度3 2 ，相对湿度4 0 的室外设计参数下，对4 种回风热量回收系统建立了数学模型，并 进行了实验验证。清华大学江亿等【5j 为充分发挥绝热和内冷型填料除湿装置优势，提出了可 调温单元喷淋模块，模块由级间溶液、级内喷淋溶液及外部冷热源组成。清华大学过增元等 1 5j 基于导热塑料开发出肋片管式塑料换热器，该换热器具有良好的防腐蚀、抗污垢性能，可 用于溶液除湿系统的同步内冷、内热型的除湿器和再生器。东南大学张小松等【i 叫构建了一种 新型的平板肋片换热器，用来构成内冷内热型除湿再生器。当水管道中使用冷却水时，该装 置可用作内冷型除湿器；当使用热水代替冷水时，可以用作内热型再生器；而当水管道不使 用的时候，该装置可以构成绝热型除湿再生器。将太阳能利用到溶液再生过程是溶液除湿空 万方数据 东南大学坝士学位论文 调领域的另一个研究热点，不少学者对顺流、逆流、自然对流、强迫对流等集热再生模式进 行了相关理论与实验研究【l7 j i 博j 。东南大学张小松等【19 】提出一种新型太阳能溶液集热再生流 程，该系统将从溶液换热器出来的一部分低温浓溶液送至空气预处理器中，对再生用室外空 气进行预先除湿，有利于太阳能集热再生器中再生过程的进行。殷勇高等提出一种太阳能直 热式溶液集热装置专利【2 0 1 ，将稀溶液在太阳能集热再生器里加热并再生，相对传统集热再 生系统只依靠加热再生溶液温度进行再生从而需要较高再生温度，可以充分利用更低品位热 能达到较高的再生效果，特别适合高湿天气地区。 对于除湿溶液与湿空气热质交换特性研究方面，常用的传热传质模型主要有控制微分方 程组模型、效率模型、微元控制体模型等等。g r o s s m a ng t 2 1 】较早地采用控制微分方程组模型 对溶液除湿过程进行了相关探索。通过假设溶液与空气界面处水蒸气分压力的平衡，假定热 物性为恒定值、忽略流动方向的热量传导和质量扩散以及液膜厚度维持恒定，对微分方程组 进行了简化，并假定除湿过程速度场充分发展，结合连续性方程对稳态平板降膜溶液除湿层 流问题建立物理数学模型。g a n d h i d a s a np 1 2 2 】将除湿器简化成一个“黑箱”，考虑除湿器进出口 的质量守恒和能量守恒，建立了湿度效率和温度效率的模型。( ) b e r gv 2 3 1 采用浓度为9 5 的 t e g 溶液在散装填料型逆流吸收塔中对空气进行相关除湿实验研究，分析了运行参数对除湿 性能的影响