干燥冷却空调系统的研究进展与应用

黎　娇，杨正德

（湖南人文科技学院 能源与机电工程学院，湖南 娄底　417000）

干燥冷却空调系统的研究进展与应用

黎娇，杨正德

（湖南人文科技学院 能源与机电工程学院，湖南 娄底417000）

干燥冷却空调由低品位热源驱动，干燥转轮处理潜热负荷，蒸发冷却器处理显热负荷，实现温湿度独立控制。与传统空调相比，低品位热源与除湿转轮相结合的新型空调系统在人体舒适度、能源节约、保护环境等方面都具有优势。文章介绍了除湿转轮的工作机理，干燥冷却空调系统形式，太阳能及其他低品位热源在干燥冷却空调系统中的发展与应用情况。

干燥冷却系统；除湿转轮；太阳能；低品位能源

随着社会的不断发展，能源问题日趋严峻，我国正积极推行节能减排政策。建筑能耗中，大约1/3的一次能源被空调系统所消耗，寻求节能环保的新型空调技术已迫在眉睫。将低品位热源（太阳能、地热能、工业余热等）与除湿转轮相结合的新型空调系统正满足了这一要求。干燥冷却系统是热驱动的冷却机组，它介于传统的蒸汽压缩和吸收冷却系统之间。主要部件有除湿转轮、显热交换器、再热装置和蒸发冷却器。其中除湿转轮处理潜热负荷，蒸发冷却器处理显热负荷。目前一系列关于干燥冷却系统的设计、开发和分析研究正在进行中。

1　干燥冷却空调系统的研究进展

（1）除湿转轮工作机理。除湿转轮是干燥冷却空调系统的核心部件，分为除湿区和再生区。处理空气首先送入除湿区，空气中的水分被干燥剂吸附，同时释放大量吸附热，空气温度升高，湿度降低。同时，再生空气经加热器加热到指定温度，逆向流进再生区，带走干燥剂中的水分，使干燥剂脱附，恢复再生能力。电机带动转轮旋转，如此反复循环便可达到连续除湿的目的。除湿转轮再生的能量消耗是转轮除湿空调系统的主要能耗之一，为了使除湿空调系统更节能、更具有优越性，许多学者致力于降低再生能耗的研究。

（2）干燥冷却空调系统。1955年，Pennington取得了第一个与转轮式除湿空调系统相关的专利。该系统采用直流式送风，处理空气完全来自室外。空气处理过程：外界空气经风管进入干燥转轮的处理区，空气中的水分被吸附剂吸附，湿度降低，温度升高。在风机作用下，高温低湿空气进入转轮换热器，与来流冷空气进行显热交换，温度降低。然后进入直接蒸发冷却器，将处理空气处理至送风状态，送入室内。再生过程：来自室内的回风先进入直接蒸发冷却器，再送入显热换热器，与处理空气进行显热交换，吸收处理空气的显热后温度升高，再经热源加热至再生温度后，进入干燥转轮的再生区域对吸附剂进行再生。

2　干燥冷却空调系统的应用

20世纪80年代以来，许多有关太阳能空调技术研究开来，特别是在美国和欧洲。实际应用中，为减少再生能耗，将低品位能源（太阳能、地热能等）作为了干燥转轮的再生热源，低品位能源利用成为除湿转轮空调系统的研究方向之一。

（1）干燥冷却空调系统与太阳能。太阳能取之不尽、用之不竭、安全环保。就太阳能的使用而言，其特点与空调负荷的特点十分匹配，夏季空调负荷高峰期，正是太阳能最丰富的时候。而转轮除湿空调具备对热源要求低的特点，将两者结合起来自然成为国内外研究的焦点。

第一个干燥冷却循环是在瑞士建成的。在欧洲，太阳能辅助空调系统就有70多个，而德国和西班牙的太阳能空调系统数量最多。Mavroudaki等人讨论了在南欧太阳能再生的单级转轮干燥冷却技术的应用，选择了欧洲七个典型城市进行分析。结果表明，几个城市的能源节约达到该地区的25.1%～46.5%，尤其是挪威奥斯陆的能源节约可达93%。Khalidh等人分析了太阳能辅助干燥冷却系统在巴格达的两层住宅使用情况。结果表明，室外温度，再生温度，热交换器效率和蒸发冷却器的效率对太阳能辅助干燥冷却系统性能影响较大。

国内，张于峰等人提出以太阳能为再生能源的复合式空调系统，结果表明，使用太阳能再生时，系统节能分别为61.86%和71.16%。该系统节能效果显著。代彦军等人提出由转轮除湿和太阳能吸附式制冷组成的系统，在标准工况下，复合系统的性能系数大于0.4，系统出口温度低于20℃。

（2）干燥冷却系统与其他低品位能源。太阳能受天气条件限制，太阳能热水不能完全满足除湿转轮再生要求，添加辅助加热器进行再热是常用手段之一。为此，有人研究采用其他低品位能源进行转轮干燥剂再生。Valentin等人提出利用地源热泵与太阳能相结合设计的系统，可实现可再生能源与居民热需求两者的能源整合。L.Z.Zhang等人提出与冷却顶板相结合的干燥冷却系统，通过分析结果显示，该系统可节省40%的一次能源，系统运行再生温度均低于80℃的。

国内，逯红梅等人提出了燃气热泵结合除湿转轮的系统，通过燃气发动机驱动压缩机，完成热泵循环，实现制冷和供热。左志远等提出将一次能源的发电技术与低品位热能驱动技术集成起来。利用工业余热、废气等低品位能源来实现夏天供冷和冬天供热。

3　结语

转轮除湿技术可满足人体舒适性要求，利用低品位能源来实现循环。低品位能源与除湿转轮相结合的空调系统，既节约能源，又可避免氟利昂污染大气环境，还具有较好的经济效益。在利用低品位能源方面，研究仍在继续。

［1］代彦军，腊栋.转轮式除湿空调系统研究与应用最新进展［J］.制冷学报，2009，30（4）：1-8.

［2］Henning Hans-Martin.Solar assisted air conditioning of buildings an overview［J］.Applied Thermal Engineering，2007，（27）：1734-1749.

［3］Mavroudaki P，Beggs C B，Sleigh P A，et al.The potential for solar powered single-stage desiccant cooling in southern Europe［J］.Applied Thermal Engineering，2002，（22）：1129-1140.

［4］Khalid A Joudi，Nabeel S Dhaidan.Application of solar assisted heating and desiccant cooling systems for a domestic building［J］.Energy Conversion and M anagement，2001，（42）：995-1022.

［5］张于峰，郝红，房磊，等.转轮复合式空调系统的数值计算及能耗分析［J］.太阳能学报，2006，27（1）：55-62.

［6］Dai Y J，Wang R Z，Xu Y X.Study of a solar powered solid adsorption desiccant cooling system used for grain storage［J］.Rnenwable Energy，2002，（25）：417-430.

［7］Trillat-Berdal，Bernard Souyri，Gilbert Achard.Coupling of geothermal heat pumps with thermal solar collectors［J］.Applied Thermal Engineering，2007，（27）：1750-1755.

［8］Zhang L Z，Niu J L.A pre-cooling Munters environmental control desiccant cooling cycle in combination with chilled-ceiling panels ［J］.Energy，2003，（3）：275-292.

［9］逯红梅，秦朝葵，詹友超，等.燃气热泵结合除湿转轮的温湿度独立控制空调系统［J］.暖通空调，2009，3（5）：149-151.

［10］左志远，杨晓西，丁静.微型燃气轮机与转轮除湿的集成能源系统［J］.煤气与热力，2008，28（4）：4-8.

Research Progress and Application of Desiccant Cooling Air Conditioning Systems

LI Jiao，YANG Zheng-de
（School of Energy and Electromechanical Engineering，Hunan Humanities Science and Technology University，Loudi，Hunan 417000，China）

Desiccant cooling driven by low grade thermal energy is an environmental friendly technology.It can control humidity and temperature separately using desiccant wheel processes latent load and evaporative cooling processes sensible heat load.Compared with traditional air conditioning system，rotary desiccant wheel-based air conditioning system derived by the low grade energy has advantages in human comfort，energy conservation and environment protection.This paper introduces the principle of dehumidification wheel，desiccant cooling air conditioning system configurations，the utilization and development of solar energy and other low grade thermal energy in desiccant cooling air conditioning systems.

desiccant cooling systems；dehumidification wheel；solar energy；low-grade thermal energy

TU831.5

A

2095-980X（2016）07-0065-02

2016-06-17

湖南人文科技学院科学研究资助项目（项目编号：2015QN 04）。

黎娇（1986-），女，湖南新化人，硕士，助教，主要从事建筑节能及新能源方面的教学与科研工作。