整體型液體除濕空調(diào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究_百度文庫

1、整體型液體除濕空調(diào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究柳建華王瑾鄔志敏顧衛(wèi)國張廣麗摘要:液體除濕空調(diào)系統(tǒng)以低值熱源為供能能源,系統(tǒng)中能量以化學(xué)能的形式蓄存,蓄能潛力大,其應(yīng)用研究具有廣闊的發(fā)展前景。以完整的液體除濕空調(diào)系統(tǒng)為對(duì)象,改變液體除濕空調(diào)系統(tǒng)中除濕器、再生器的輸入空氣、溶液的溫度、濕度、流量濃度等參數(shù),研究輸入?yún)?shù)變化對(duì)輸出參數(shù)的影響;在優(yōu)化的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)條件下,改變供能熱源溫度,研究液體除濕空調(diào)系統(tǒng)整體運(yùn)行時(shí)輸出參數(shù)的變化和系統(tǒng)制冷量、耗能量及COP值的變化規(guī)律。從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果得到,當(dāng)再生熱源為90時(shí),空調(diào)送風(fēng)溫度穩(wěn)定在20,熱力系數(shù)為0.5左右,基本能滿足舒適性空調(diào)的送風(fēng)要求。關(guān)鍵詞:液體除濕空調(diào)系統(tǒng)余熱利

2、用實(shí)驗(yàn)性能分析2003年國家電網(wǎng)公司公布的電力市場(chǎng)分析報(bào)告指出,華東電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、華中電網(wǎng)空調(diào)制冷負(fù)荷比重均已超過了30%,開發(fā)研究新型節(jié)能、節(jié)電的空調(diào)系統(tǒng)顯得非常緊迫。液體除濕空調(diào)系統(tǒng)以低值熱源為供能能源,所需的熱源溫度可在80左右,不僅可以利用工業(yè)余熱和廢熱,也可利用包括太陽能等可再生的清潔能源;而且,液體除濕空調(diào)系統(tǒng)中能量以化學(xué)能的形式蓄存,蓄能潛力很大,比冰這常用的蓄能材料的蓄能能力高35倍。因此,液體除濕空調(diào)系統(tǒng)越來越受到專業(yè)技術(shù)人員的重視。近年來,國內(nèi)外學(xué)者對(duì)液體除濕空調(diào)的性能做了大量的研究,取得了許多有價(jià)值的成果,但主要局限于理論模型研究、數(shù)值模擬和單體除濕器、再生器的性能分析

3、,如H.M.Factor、P.Gandhidasan等人對(duì)液體除濕的傳熱傳質(zhì)進(jìn)行數(shù)值研究1 2,Öberg 等人建立除濕塔、再生塔實(shí)驗(yàn)臺(tái),來研究影響單體設(shè)備工況的因素3,較少涉及整體液體除濕空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行性能。本文以實(shí)際的整體液體除濕空調(diào)系統(tǒng)為對(duì)象,用以理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方法調(diào)整液體除濕空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,研究液體除濕空調(diào)系統(tǒng)在穩(wěn)定工況下的實(shí)際運(yùn)行特性。1 液體除濕空調(diào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝臵液體除濕空調(diào)系統(tǒng)是由除濕器、蒸發(fā)冷卻器、溶液冷卻器、溶液加熱器、再生器、集熱器及蓄能水箱等組成,其系統(tǒng)原理圖見圖1。被處理空氣(新風(fēng)或空調(diào)室內(nèi)回風(fēng)在除濕器1內(nèi)與液體除濕劑進(jìn)行熱質(zhì)交換,被處

4、理空氣中的水蒸氣被液體除濕劑吸收后成為干燥的空氣,然后進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器2,經(jīng)歷等焓加濕過程,隨空氣含濕量增加,空氣的干球溫度降低,達(dá)到空調(diào)所需的送風(fēng)溫度狀態(tài)。同時(shí),除濕劑溶液也進(jìn)行包括吸濕和再生兩個(gè)循環(huán)過程。吸濕時(shí),溶液泵5輸送的高濃度除濕劑溶液,經(jīng)冷卻器3降溫后進(jìn)入除濕器1,低溫高濃度除濕劑溶液表面的水蒸氣分壓小于被處理空氣的水蒸氣分壓,除濕劑溶液就從空氣吸收水蒸氣,使空氣干燥,完成除濕過程;除濕劑溶液吸收水蒸氣后,變?yōu)橄∪芤?為使吸濕過程延續(xù),除濕劑溶液需再生。再生時(shí),稀溶液由溶液泵5送入溶液加熱器6,經(jīng)加熱后進(jìn)入再生器7,在再生器內(nèi)加熱的溶液與外界環(huán)境空氣接觸,此時(shí)除濕劑溶液表面的水蒸氣分

5、壓大于再生空氣的水蒸氣分壓,引入的環(huán)境空氣將除濕劑稀溶液蒸發(fā)出來的水蒸氣帶走,實(shí)現(xiàn)除濕劑溶液的濃縮再生。1.除濕器2.蒸發(fā)冷卻器3.溶液冷卻器4.集液器5.溶液泵6.溶液加熱器7.再生器 8.太陽能集熱器 9.蓄能水箱圖 1 液體除濕空調(diào)系統(tǒng)原理圖 2 實(shí)驗(yàn)研究方案及方法2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按圖1所示的系統(tǒng)搭建實(shí)驗(yàn)裝臵,除濕器和再生器采用相同的結(jié)構(gòu)形式,采用填料塔結(jié)構(gòu),填料為不銹鋼規(guī)整材料,填料的比表面積350m2/m3,填料的平均當(dāng)量直徑0.01m,填料高度1.0m。蒸發(fā)冷卻器的截面尺寸0.09m2,濕膜的平均當(dāng)量直徑0.01m,濕膜長度0.15m,濕膜的比表面積350m2/m3。溶液冷卻器

6、的冷卻換熱量在012kW范圍內(nèi)可調(diào),溶液加熱器的加熱量在018kW之間可調(diào)。2.2 實(shí)驗(yàn)研究方案根據(jù)除濕器和再生器單體實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析得到除濕器和再生器的優(yōu)化運(yùn)行參數(shù),除濕器運(yùn)行時(shí)的基本參數(shù)值是,溶液的入口溫度30、入口濃度40%、入口流量900L/h,處理空氣的入口溫度35,入口濕度20g/kgDA,入口流量400m3/h。再生器運(yùn)行時(shí)的基本參數(shù)值是,溶液的入口溫度60、入口濃度40%、入口流量320L/h,再生空氣的入口溫度為26、入口濕度15g/kgDA。然后以整個(gè)液體除濕空調(diào)系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,參照單體設(shè)備的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,選擇合適的工作參數(shù),待系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行,測(cè)定空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù),研究溶液濃度

7、、熱源溫度與供冷量、能耗之間的相互關(guān)系。根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案要求,測(cè)量內(nèi)容主要有:環(huán)境空氣溫度、濕度,冷卻水進(jìn)出水溫度,進(jìn)出除濕器和再生器空氣的溫度、濕度、流量,溶液參數(shù)測(cè)量,進(jìn)出除濕器和再生器溶液的溫度、流量、濃度等;能耗參數(shù)測(cè)量,溶液加熱量、冷卻量,風(fēng)機(jī)、溶液泵的功耗等。溫度測(cè)點(diǎn)共15點(diǎn),用0.3mm的T型熱電偶作測(cè)溫元件。溫度測(cè)點(diǎn)包括溫度和濕度測(cè)點(diǎn)。溫度測(cè)點(diǎn)有環(huán)境空氣溫度、進(jìn)出除濕器和再生器空氣的溫度、進(jìn)出除濕器和再生器溶液的溫度、集液器內(nèi)溶液的溫度、溶液冷卻器進(jìn)出冷卻水溫度、溶液加熱器進(jìn)出水溫度。濕度采用測(cè)各點(diǎn)的濕球溫度,結(jié)合該點(diǎn)的干球溫度,換算出含濕量,有環(huán)境空氣濕度、進(jìn)出除濕器和再生器空氣

8、的濕度等?？諝饬髁坎捎卯呁泄芘c微壓差計(jì)測(cè)量,根據(jù)各點(diǎn)空氣氣流的動(dòng)壓,換算出空氣流速及管道內(nèi)空氣的流量。水和溶液流量采用轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量。濃度的測(cè)量采用先測(cè)溶液的密度,然后根據(jù)溶液的濃度與密度對(duì)照表,查出溶液濃度。采用美國HUIPO公司的數(shù)據(jù)采集儀采集溫度、流量等參數(shù),用三相電測(cè)量表測(cè)量電量參數(shù),濃度和空氣動(dòng)壓測(cè)量采用非電信號(hào)測(cè)試手動(dòng)輸入。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集管理和數(shù)據(jù)處理的程序編制軟件采用VB編寫,通訊通道采用計(jì)算機(jī)的COM口,所有數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)界面上顯示并被保存在數(shù)據(jù)庫內(nèi)。3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析液體除濕空調(diào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的目的是測(cè)試系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)匹配的工況參數(shù),來分析溶液濃度、熱源溫度與供冷量以及能耗之間

9、的相互關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)過程中,以穩(wěn)定冷量的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn),即首先調(diào)節(jié)并穩(wěn)定除濕、加濕部分的工況,實(shí)現(xiàn)送風(fēng)狀態(tài)的穩(wěn)定,然后調(diào)節(jié)再生器的入口工況,如再生溫度、再生溶液流量等參數(shù),使除濕器與再生器實(shí)現(xiàn)濃度變化的平衡。濃度變化是否平衡,用檢測(cè)除濕側(cè)與再生側(cè)單位時(shí)間內(nèi)的傳質(zhì)量是否平衡來確定。經(jīng)80的熱水加熱的再生溶液,在以上所得出的優(yōu)化的參數(shù)條件下工作,經(jīng)過調(diào)節(jié),溶液溫度穩(wěn)定在61左右,此時(shí)除濕量差在零附近波動(dòng),除濕與再生基本達(dá)到濕平衡,系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)定。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),系統(tǒng)的參數(shù)值為：空氣的入口溫度：35；空氣的入口濕度： 20g/kgDA； 除濕空氣流量： 386m3/h； 再生空氣流量： m3

10、/h； 360 溶液的除濕溫度溫度：30；溶液的濃度：40%；溶液的除濕 流量：950L/h；溶液的再生流量為 300 L/h 左右，加濕水溫 度：15。穩(wěn)定工況測(cè)定的部分實(shí)驗(yàn)參數(shù)的變化曲線見圖 2 至圖 5。 從圖 2 可見， 通過調(diào)節(jié)再生溶液溫度和再生溶液流量， 大致經(jīng)過 30 分鐘， 系統(tǒng)的除濕量和再生空氣帶走水蒸氣量達(dá) 到平衡。在該時(shí)間段，再生溶液的溫度變化正好和除濕與再 生絕對(duì)濕度的差值變化趨勢(shì)相反，從圖 3 可見，開始時(shí)熱源 溫度較高，再生溶液溫度上升，再生效果增強(qiáng)，再生空氣帶 走水蒸氣量增多，溶液濃度增大，將有利于除濕；同時(shí)，集 液箱內(nèi)的溶液溫度上升，除濕器溶液入口溫度也跟著上升

11、， 溶液除濕效果受到 影響 。綜合溶液濃度增加有利于除濕和 除濕溶液溫度上升削弱除濕兩方面的因素，當(dāng)空氣入口濕度 20g/kgDA，要求經(jīng)等焓加濕降溫后溫度為 20時(shí)，從圖 4 和 圖 5 可以發(fā)現(xiàn)，在系統(tǒng)調(diào)整時(shí)，開始加熱量加大，冷卻量增 加，但除濕量，即制冷量，變化不大，反而系統(tǒng)的熱力系數(shù) 受到影響。因此，從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可見，在一定的處理空氣入 口濕度和經(jīng)等焓加濕后其空氣要求溫度條件下，對(duì)一個(gè)液體 除濕空調(diào)系統(tǒng)來說，有一個(gè)合適的熱源加熱量和一個(gè)最佳的 再生溶液溫度。 由實(shí)驗(yàn)值可見， 當(dāng)熱源溫度在 80的條件下， 再生溶液的入口溫度穩(wěn)定在 61，其它入口參數(shù)基本穩(wěn)定在 6 設(shè)定工況，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定

12、；送風(fēng)溫度（即加濕后空氣溫度） 為 20左右，滿足空調(diào)系統(tǒng)使用要求；系統(tǒng)在 20送風(fēng)溫度 條件下， 當(dāng)熱源的加熱量穩(wěn)定在 7.5kW 時(shí)， 可制取冷量在 5kW 左右，熱力系數(shù)在 0.6 上下波動(dòng)；再生空氣帶走大量的溶液 熱量，該系統(tǒng)的水冷卻量僅是制冷量的 1.3 倍，在 6.5kW 左 右，與其他的利用熱源驅(qū)動(dòng)的制冷方式，冷卻量也較明顯的 減少。 圖 2 除濕與再生絕對(duì)濕度變化差 圖 3 部分參數(shù)測(cè)試值的變化 圖 4 熱力系數(shù)的變化（kW/kW） 圖 5 加熱量、 制冷量和冷卻量的變化由實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可見， 液體除濕空調(diào)系統(tǒng)在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，除濕器和再生器 的除濕溶液循環(huán)量并不是 1:1 的

13、，在本實(shí)驗(yàn)條件下除濕器和 再生器的除濕溶液循環(huán)量 3:1 左右時(shí)，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，當(dāng)驅(qū) 動(dòng)熱源發(fā)生變化或送風(fēng)溫度的限定條件不同，達(dá)到穩(wěn)定的除 濕器和再生器的除濕溶液循環(huán)量比也會(huì)不同；該系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)熱 源在 80的條件下，制冷的熱力系數(shù)在 0.6 上下，有較好的 熱力性能；這種空調(diào)系統(tǒng)用 80左右的驅(qū)動(dòng)熱源是低品位熱 7 源，一般的 工業(yè) 廢熱、余熱，太陽能等可再生能源均可作 為驅(qū)動(dòng)熱源，因此，只要有一般廢熱、工業(yè)余熱、地?zé)?、?陽能等可再生能源的場(chǎng)所都可以推廣 應(yīng)用 ， 節(jié)能空間巨大。 4 結(jié)論 a 液體除濕空調(diào)系統(tǒng)在合適的參數(shù)下工作， 空調(diào)的送 風(fēng)溫度可達(dá) 20，該溫度基本滿足一般舒適性空調(diào)送風(fēng)溫

14、度 的要求。因此液體除濕空調(diào)從送風(fēng)狀態(tài)而言，具有應(yīng)用的可 行性。b液體除濕空調(diào)系統(tǒng)在 80的熱源溫度條件下，能提 供空調(diào)系統(tǒng)所需的送風(fēng)溫度和制冷量，有較好除濕空調(diào)系統(tǒng) 的系統(tǒng)熱力性能，在類似的用低溫?zé)嵩打?qū)動(dòng)的空調(diào)系統(tǒng)中處 于較高水平。 液體除濕空調(diào)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)熱源是低品位熱源， c 只要有一般廢熱、工業(yè)余熱、地?zé)帷⑻柲艿瓤稍偕茉吹?場(chǎng)所都可以推廣應(yīng)用，應(yīng)用前景廣闊，節(jié)能空間巨大。參考 文獻(xiàn) 1. H. M. Factor and Gershon Grossman. A packed bed dehumidifier/regenerator for solar air conditioning with liquid desiccants. Solar Energy, 1980: 541-550.2. P. Oandhidasan, C. F. Kettleborough and M. Rifat Ullah. Calculation of heat and mass transfer coefficients in a packed tower operating with a desiccant-air contact sys