非常温溶液除湿自主再生空调系统性能分析

张亮++施佳++陈玉君

摘 要本文提出一种新型的将溶液除湿与热泵相结合的温湿度独立处理空调系统，该系统使用低温、低浓度的除湿溶液，在任何工况下冷凝热都能满足溶液再生的需求。建立了整个系统的数学模型，研究系统自身参数变化（溶液温度、浓度）和环境参数变化（空气温度、湿度）对系统性能的影响；并对系统应对高温、高湿度环境的调整方法进行了分析。结果表明，在夏季典型工况下，除湿溶液的理想温度为17-19℃、相应的质量浓度为25.39%-26.88%；系统具有较高的能效，并且能够在高温潮湿地区发挥其节能潜力。

【关键词】非常温溶液 空调系统 性能

1 前言

随着建筑功能的多元化和人员密度的不断提升，建筑能耗占国民经济总能耗的比例将达到30%左右，空调系统能耗则占到建筑物总能耗的50%以上，因此降低空調系统的能耗对提高全社会能源使用效率具有重要意义。当前普遍使用的空调系统由于其自身结构和在空气处理方式上的缺陷，消耗了大量的电能并造成了较严重的环境污染问题，因此开发节能环保的空调系统显得越发紧迫和具有实际意义。

2 非常温溶液除湿自主再生空调系统的性能分析

本文提出了一种基于非常温溶液除湿的热泵驱动自主再生复合型空调（HPLD-SR）系统，采用理论与实验研究相结合的方法对溶液除湿与再生过程的传热传质特性，以及系统整体的性能进行了深入分析。

2.1 完成了HPLD-SR系统的设计并搭建了其综合性实验测试平台

HPLD-SR系统由溶液除湿/再生循环和热泵循环耦合而成，应用低温低浓度的溶液处理空气，使用冷凝热作为再生热源。系统中溶液循环的特点为采用除湿/再生自循环和级间交换循环的设计模式，实现了溶液浓度的梯级利用；热泵循环的特点为冷凝热由串联连接的溶液冷凝器和空气冷凝器共同处理，实现了冷凝热的高效利用。

2.2 对低温低浓度溶液除湿过程进行了实验和理论研究

通过实验研究分析了进口空气和溶液参数对该过程传热传质性能的影响，利用实验数据总结出了描述该过程热质传递特性的经验关联式。理论研究的内容包括：对描述空气与溶液直接接触过程的NTU-Le模型进行了推导与修正；提出了一种计算除湿/再生过程耦合传热传质系数的新方法。

2.3 对冷凝热利用溶液再生过程进行了实验和理论研究

通过变工况实验掌握了热空气/热溶液这种再生方式的性能特点，总结了该过程的传热传质经验关联式，为后续理论分析奠定了基础。提出了冷凝热再生利用率的概念，并指出了HPLD-SR系统的冷凝热再生利用率范围。从冷凝热再生利用率、平均传质驱动力、可及处理区域等方面对比了三种不同的冷凝热利用再生模式，总结出了冷凝热再生的热量优化分配原则。另外，从溶液再生能级的角度分析了系统中除湿过程采用低浓度溶液的优势。

2.4 对HPLD-SR系统的整体性能和热力学特性进行了实验和理论分析，并利用有效能分析方法对系统进行了优化

通过实验研究，分析了自身可控制参数和环境参数对系统性能的影响，同时验证了机组的环境适应性。建立了整个系统的数学模型，为理论分析计算提供了条件。随后采用理论和实验相结合的方式深入揭示了系统溶液浓度平衡和能量变化之间的匹配关系。通过与传统空调系统和相关国家标准的比较，明确了HPLD-SR机组的节能特性。在此基础上，提出了一种溶液计算的新方法，并建立了一套完整的系统有效能分析数学模型。随后利用上述模型对空气处理和溶液再生过程的流程，以及系统整体形式进行了优化分析，并对机组中主要设备的节能潜力进行了探讨。

3 结论

这篇文章设计了一个研究液体除湿空调里除湿器的试验台，建立一个适用于液体去湿空调系统中的填料塔除湿器的传热传质模型，然后经过试验和模拟以后，对除湿器的入口参数分别对除湿效果性能的影响进行了分析，并且得出了结论：如果模型偏差在20%以内，并且建立的除湿模型适应性也比较好的话就能比较准确的运用这个除湿器模拟测试。

当空气的质流密度范围在1.179-2.359 kg/（m2·s），空气温度在25-40℃时，空气的相对湿度为40%-95%，溶液的质流密度为1.68-8.40kg/（m2·s），溶液温度在20-45℃，溶液浓度30-40%的范围内对300mm直径的除湿器，800mm高度的填料，然后以LiCI溶液作为除湿剂的除湿器进行试验和模拟测试，得出的结论为：溶液温度越低，溶液的浓度也就越低，相对应的除湿效果也就越好，当溶液的质流密度在一定的范围以内里越大时，除湿量越好，如果质流密度超过那个范围，则影响不大。而且得出空气进口参数温度、风速和含湿量对除湿的影响都比较小。所以想要提高除湿器的性能，需要重点考虑除湿溶液的质流密度和温度，然后提高系统整体的性能

参考文献

[1]张小松，费秀峰.溶液除湿蒸发冷却系统及其蓄能特性初步研究[J].大连理工大学学报，2001，41（Suppl.1）：30-33.

[2]张小松，费秀峰.溶液除湿蒸发冷却系统及其蓄能特性初步研究[J].大连理工大学学报，2001，41（Suppl.1）：30-33.

[3]吴凌浩，徐士鸣.开式蓄能除湿空调系统工作特性研究[J].暖通空调，2006，36（10）：2-7

作者单位

上海杰瑞兆新信息科技有限公司 上海市 201210endprint