溶液除湿空调新风机组冬季工况性能研究

吴学强

目前,关于溶液除湿蒸发冷却空调大多是针对夏季除湿过程的计算模型及实验的研究,但对冬季工况下空调运行模式的研究却较少。江亿提出了一种通过喷水对排风热回收的新风机组,并对夏、冬季工况下机组性能进行了测试[1]。刘雄等人提出了一种可全年运行的热回收式溶液除湿蒸发冷却空调系统,通过计算和分析表明:蒸发式冷却器是影响冬季热回收量的主要因素[2]。本文提出了一种利用回风全热回收型的溶液新风机组和空气源热泵的组合新系统,并对其进行了理论计算和分析。

1 系统组成和工作原理

新风机组工作原理如图1所示。在溶液循环子系统中,上层溶液和湿热的回风接触进行热质交换,浓度较稀,温度较高;下层溶液和干冷的新风接触进行热质交换,浓度较大,温度较低。下层溶液通过泵5输送到上层溶液槽中,与除湿后稀溶液混合后,进入板式换热器降温,通过泵 4、泵3喷淋至填料 D,C,吸收回风热湿量。上层溶液槽有一个溢流口,流量由泵5控制。上层溶液溢流回下层溶液槽,混合后通过泵 1、泵 2进入板式换热器,通过板换被加热后,在填料A,B中向新风传递能量和水蒸气。这样以溶液为媒介,使得能量和水蒸气从湿热的回风侧转移到干冷的新风侧,完成对回风的全热回收。

热泵子系统工作时,将四通阀70切换至冬季工况,电子膨胀阀4全开,电子膨胀阀5正常工作。制冷剂流程如图2所示,低温低压制冷剂蒸气①进入压缩机1后,被压缩成高温高压制冷剂过热蒸气②,经过四通阀70的通道74后进入新风换热器 3,在其中通过间接热交换放出热量,将新风加热至送风状态点0后,制冷剂变成高温高压液体③,再经过电子膨胀阀4,单向阀80的通道83进入室外第一换热器2,在其中与室外空气和室内回风的混合物进行间接热交换,放出热量后被过冷,过冷后的制冷剂液体④被电子膨胀阀5节流,制冷剂变成低温低压气液两相混合物⑤,进入室外第二换热器6,在其中通过间接热交换吸收室外回风的热量,变成低温低压制冷剂蒸气①,再经过单向阀80的通道81、四通阀70的通道 72进入压缩机1被压缩。

2 计算模型及性能指标

新风机组中溶液与空气的接触方式为叉流式,故本文在除湿器和加热加湿器传热传质过程计算中,采用文献[3]中提出的计算模型。通过对传热传质控制方程及边界条件进行有限差分离散化后,利用MAT LAB语言进行编程模拟计算和分析。本文在计算和分析新风机组性能系数COP,TCOP和COPh值时,与文献[2]取相同的性能指标。

3 性能分析

室外典型工况采用西安地区冬季空调室外计算参数,温度为-8℃,含湿量为1.3 g/kg;送风温度为26℃,含湿量为5 g/kg;室内回风温度为20℃,含湿量为5.8 g/kg。空气源热泵循环过程中,冷凝温度为30℃。机组新风量为1 680 m3/h,排风量为新风量的80%,内、外循环溶液流量均为进入两级除湿器溶液流量之和的8%,板式换热器效率为80%。在上述参数条件下,对本文提出的新风机组的性能进行理论计算和分析,结果见图3,图4。

图3,图4为加热加湿器入口空气干球温度为-8℃,含湿量由0.8 g/kg升高至1.8 g/kg时,性能系数COP,TCOP和COPh的值。由图可知,三个性能系数值均随空气含湿量增加而减小,减小幅度分别为26%,24%和10%。

图5,图6为除湿器入口空气含湿量为1.3 g/kg,空气干球温度由-12℃升至-4℃时,系统的性能系数COP,TCOP和COPh的值。由图可知,三个性能系数均随加热加湿器进口空气温度升高而增大,增幅度分别为43%,46%和8%。

由以上分析可知,新风机组性能系数受室外新风温度变化的影响较大,而 T受湿度变化的影响较小。这主要因为冬季室外新风干燥,空气中含湿量变化较小,故对新风机组性能的影响亦较小。另一方面,本文所提新风机组运行性能较高,这是因为在排风道中布置了蒸发器和过冷器,通过蒸发器进一步回收室内排风热量,通过引入室外寒冷新风使得流经过冷器的制冷剂获得较大的过冷度,降低了制冷循环节流损失,从而优化了系统性能。

4 结语

1)本文所提出的利用溶液进行全热回收的新风机组和空气源热泵的组合系统,能多级回收利用室内排风热量,降低新风处理能耗,所采用的空气源热泵装置在冬季循环过程中,可实现制冷剂过冷,从而优化系统性能;2)以西安地区冬季空调室外计算参数为依据,通过模拟计算和分析可得,新风机组性能系数COP,TCOP和COPh分别为0.5,0.65和5.1;3)关于夏季工况新风机组性能的分析还有待进一步研究和探讨。

[1]江 亿.温湿度独立控制空调系统[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.

[2]刘 雄,程丽娜,王春苗.热回收式溶液除湿蒸发冷却空调制冷系统理论研究[J].流体机械,2008,36(12):70-74.

[3]刘晓华,江 亿,曲凯阳,等.叉流除湿器中溶液与空气热质交换模型[J].暖通空调,2005,35(1):115-119.

[4]程立娜,王效民.空调除湿方式的初步分析[J].山西建筑,2008,34(30):198-199.