太阳能驱动的转轮除湿蒸发冷却空调系统理论研究
2013-09-18向强
向 强
（广州瀚华建筑设计有限公司，广州 510655）
1 前言
为了缓解建筑高能耗问题及避免对环境产生破坏，作者用理论计算方法对太阳能驱动的转轮除湿蒸发冷却空调系统进行初步研究，可为将来进一步优化系统，以及将此系统做为一种新型节能技术应用至建筑中提供一些基础的理论参考。
2 系统设计
2.1 室内设计参数选取
文献［1］指出人体的热舒适感与室内温度、空气流速等主要因素有关，因此引入有效温度概念（Effective Temperature）（图 1）［2］，有效温度是一个将干球温度、湿度、空气流速对人体温暖感或冷感的影响综合成一个单一数值的综合指标。
以舒适性空调室内设计参数［3］为例，即干球温度为26℃、相对湿度为60%、空气流速0.1m/s为参考，通过作图可得出适合蒸发冷却空调系统室内设计参数，如表1所示:
表1 蒸发冷却空调系统夏季室内设计参数
图1 有效温度图
图2 转轮除湿蒸发冷却空调系统示意图
从图1可以看出，表1中的设计参数与假定的室内设计参数在同一条等有效温度线上，即表明，适当提高室内空气流速后，室内设计温度及相对湿度可相应提高，结果在室内感受到的有效温度值是一样的，即对室内的舒适感相同，因此选用表1中的数据做为本文室内设计参数。
2.2 系统方案设计
系统方案其空气处理过程如图2所示，其在焓湿图过程如图3所示:
系统的工作原理主要为两个过程:（1）处理空气除湿供冷过程;（2）再生空气解吸过程。
图3 转轮除湿蒸发冷却空调系统焓湿图
图4 处理空气流程图
（1）处理空气除湿供冷过程 （图4）:
具体处理过程为:
1）DEC3为直接蒸发冷却段，为表冷器2不断提供循环冷却水;
2）而表冷器2先对室外新风进行预冷，预冷后的新风再经过DEC2进行直接蒸发冷却，形成的冷却循环水提供给表冷器1，这样表冷器1中的循环水温要比表冷器2中的循环水温更低;
3）转轮除湿供冷过程:室内空气从状态点A经过转轮除湿 （等焓除湿）至状态点B，再经过表冷器1（等湿冷却）冷却至状态点C，然后再经过DEC1直接蒸发冷却段 （等焓加湿）至状态点D，最后送至室内。
（2）再生空气解吸过程 （图5）:
图5 再生空气流程图
具体处理过程为:太阳能真空管收集太阳能后，为加热器不断提供循环热水，室外新风从状态点E经加压器 （等湿加热）后至状态点F，再经过转轮再生 （等焓加湿）后至状态点G，最终排至室外。
2.3 系统计算分析
系统设计计算以一40m2的普通办公室应用为例，负荷指标150W/m2，人员密度6m2/人。为了简化计算，做以下假设:
（1）转轮除湿与直接蒸发冷却均为理想的等焓过程，且直接蒸发冷却效率为0.9;
（2）直接蒸发冷却的送风状态点相对湿度为90%;
（3）以低温除湿转轮为研究对象，其再生温度tre=70℃;
（4）以再生空气与处理空气最常用的比值为参考，即再生空气与处理空气比值为1:3。
通过以上假设，可以计算出图2中各状态点参数，详如表2所示:
2.4 系统分析
表2 各状态点参数值
其中下标0代表参考状态。对于转轮式除湿空调，根据Ahrendts［5］等的分析，室外空气的饱和状态被选定为参考状态。
表3 转轮除湿蒸发冷却空调系统损失率及效率
表3 转轮除湿蒸发冷却空调系统损失率及效率
images/BZ_68_410_1749_453_1815.png损失率 i（kW） images/BZ_68_410_1749_453_1815.png效率 ηe（%）7.23 82.1
3 结论
［1］Gagge A P，Nishi Y，Gonzalez R.Standard Effective Temperature－a single index of temperature sensation and thermal discomfort·In:Proceedings of the CIB Commission W45（Human Requirements）Symposium at the Building Research Station，1972:229－250
［2］2007 ASHRAE Handbook－HVAC Applications（SI）:Chapter 51－Evaporative cooling
［3］民用建筑供暖通风与调节设计规范 GB50736－2012［S］
［4］康乐明，李力能，吴家正等.工程热力学 （第四版）［M］．北京:中国建筑工业出版社，2004
［5］Ahrendts J.，Reference States，Energy，1982，5（8 －9）:667－677
［6］葛天舒.转轮式两级除湿空调系统理论与实验研究［D］．上海交通大学博士学位论文，2009
