液體除濕空調研究管理論文

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摘要：液體除濕空調系統以低值熱源為供能能源，系統中能量以化學能的形式蓄存，蓄能潛力大，其應用研究具有廣闊的發展前景。以完整的液體除濕空調系統為對象，改變液體除濕空調系統中除濕器、再生器的輸入空氣、溶液的溫度、濕度、流量濃度等參數，研究輸入參數變化對輸出參數的影響；在優化的系統運行參數條件下，改變供能熱源溫度，研究液體除濕空調系統整體運行時輸出參數的變化和系統制冷量、耗能量及COP值的變化規律。從實驗的結果得到，當再生熱源為90℃時，空調送風溫度穩定在20℃，熱力系數為0.5左右，基本能滿足舒適性空調的送風要求。

關鍵詞：液體除濕空調系統余熱利用實驗性能分析

2003年國家電網公司公布的電力市場分析報告指出，華東電網、南方電網、華中電網空調制冷負荷比重均已超過了30%，開發研究新型節能、節電的空調系統顯得非常緊迫。液體除濕空調系統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，液體除濕空調系統中能量以化學能的形式蓄存，蓄能潛力很大，比冰這常用的蓄能材料的蓄能能力高3~5倍。因此，液體除濕空調系統越來越受到專業技術人員的重視。

近年來，國內外學者對液體除濕空調的性能做了大量的研究，取得了許多有價值的成果，但主要局限于理論模型研究、數值模擬和單體除濕器、再生器的性能分析，如H.M.Factor、P.Gandhidasan等人對液體除濕的傳熱傳質進行數值研究[1][2]，Öberg等人建立除濕塔、再生塔實驗臺，來研究影響單體設備工況的因素[3]，較少涉及整體液體除濕空調系統的實際運行性能。本文以實際的整體液體除濕空調系統為對象，用以理論與實驗結合的方法調整液體除濕空調系統的運行參數，使系統穩定運行，研究液體除濕空調系統在穩定工況下的實際運行特性。

1液體除濕空調系統實驗裝置

液體除濕空調系統是由除濕器、蒸發冷卻器、溶液冷卻器、溶液加熱器、再生器、集熱器及蓄能水箱等組成，其系統原理圖見圖1。被處理空氣（新風或空調室內回風）在除濕器1內與液體除濕劑進行熱質交換，被處理空氣中的水蒸氣被液體除濕劑吸收后成為干燥的空氣，然后進入蒸發冷卻器2，經歷等焓加濕過程，隨空氣含濕量增加，空氣的干球溫度降低，達到空調所需的送風溫度狀態。同時，除濕劑溶液也進行包括吸濕和再生兩個循環過程。吸濕時，溶液泵5輸送的高濃度除濕劑溶液，經冷卻器3降溫后進入除濕器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，變為稀溶液，為使吸濕過程延續，除濕劑溶液需再生。再生時，稀溶液由溶液泵5送入溶液加熱器6，經加熱后進入再生器7，在再生器內加熱的溶液與外界環境空氣接觸，此時除濕劑溶液表面的水蒸氣分壓大于再生空氣的水蒸氣分壓，引入的環境空氣將除濕劑稀溶液蒸發出來的水蒸氣帶走，實現除濕劑溶液的濃縮再生。

1.除濕器2.蒸發冷卻器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液體除濕空調系統原理圖

2實驗研究方案及方法

2.1實驗系統結構

按圖1所示的系統搭建實驗裝置，除濕器和再生器采用相同的結構形式，采用填料塔結構，填料為不銹鋼規整材料，填料的比表面積350m2/m3，填料的平均當量直徑0.01m，填料高度1.0m。

蒸發冷卻器的截面尺寸0.09m2，濕膜的平均當量直徑0.01m，濕膜長度0.15m，濕膜的比表面積350m2/m3。

溶液冷卻器的冷卻換熱量在0~12kW范圍內可調，溶液加熱器的加熱量在0~18kW之間可調。

2.2實驗研究方案

根據除濕器和再生器單體實驗的結果分析得到除濕器和再生器的優化運行參數，除濕器運行時的基本參數值是，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。再生器運行時的基本參數值是，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。然后以整個液體除濕空調系統為實驗對象，參照單體設備的實驗結果，選擇合適的工作參數，待系統進入穩定運行，測定空調系統運行參數，研究溶液濃度、熱源溫度與供冷量、能耗之間的相互關系。

根據實驗方案要求，測量內容主要有：環境空氣溫度、濕度，冷卻水進出水溫度，進出除濕器和再生器空氣的溫度、濕度、流量，溶液參數測量，進出除濕器和再生器溶液的溫度、流量、濃度等；能耗參數測量，溶液加熱量、冷卻量，風機、溶液泵的功耗等。

溫度測點共15點，用0.3mm的T型熱電偶作測溫元件。溫度測點包括溫度和濕度測點。溫度測點有環境空氣溫度、進出除濕器和再生器空氣的溫度、進出除濕器和再生器溶液的溫度、集液器內溶液的溫度、溶液冷卻器進出冷卻水溫度、溶液加熱器進出水溫度。濕度采用測各點的濕球溫度，結合該點的干球溫度，換算出含濕量，有環境空氣濕度、進出除濕器和再生器空氣的濕度等。

空氣流量采用畢托管與微壓差計測量，根據各點空氣氣流的動壓，換算出空氣流速及管道內空氣的流量。水和溶液流量采用轉子流量計測量。濃度的測量采用先測溶液的密度，然后根據溶液的濃度與密度對照表，查出溶液濃度。

采用美國HUIPO公司的數據采集儀采集溫度、流量等參數，用三相電測量表測量電量參數，濃度和空氣動壓測量采用非電信號測試手動輸入。實驗數據采集管理和數據處理的程序編制軟件采用VB編寫，通訊通道采用計算機的COM口，所有數據在計算機界面上顯示并被保存在數據庫內。

3實驗數據與分析

液體除濕空調系統實驗的目的是測試系統在穩定運行時，系統匹配的工況參數，來分析溶液濃度、熱源溫度與供冷量以及能耗之間的相互關系。在實驗過程中，以穩定冷量的方法進行實驗，即首先調節并穩定除濕、加濕部分的工況，實現送風狀態的穩定，然后調節再生器的入口工況，如再生溫度、再生溶液流量等參數，使除濕器與再生器實現濃度變化的平衡。濃度變化是否平衡，用檢測除濕側與再生側單位時間內的傳質量是否平衡來確定。

經80℃的熱水加熱的再生溶液，在以上所得出的優化的參數條件下工作，經過調節，溶液溫度穩定在61℃左右，此時除濕量差在零附近波動，除濕與再生基本達到濕平衡，系統運行達到穩定。本實驗系統處于穩定狀態時，系統的參數值為：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：360m3/h；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300L/h左右，加濕水溫度：15℃。穩定工況測定的部分實驗參數的變化曲線見圖2至圖5。

從圖2可見，通過調節再生溶液溫度和再生溶液流量，大致經過30分鐘，系統的除濕量和再生空氣帶走水蒸氣量達到平衡。在該時間段，再生溶液的溫度變化正好和除濕與再生絕對濕度的差值變化趨勢相反，從圖3可見，開始時熱源溫度較高，再生溶液溫度上升，再生效果增強，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，集液箱內的溶液溫度上升，除濕器溶液入口溫度也跟著上升，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，當空氣入口濕度20g/kgDA，要求經等焓加濕降溫后溫度為20℃時，從圖4和圖5可以發現，在系統調整時，開始加熱量加大，冷卻量增加，但除濕量，即制冷量，變化不大，反而系統的熱力系數受到影響。因此，從實驗的結果可見，在一定的處理空氣入口濕度和經等焓加濕后其空氣要求溫度條件下，對一個液體除濕空調系統來說，有一個合適的熱源加熱量和一個最佳的再生溶液溫度。

由實驗值可見，當熱源溫度在80℃的條件下，再生溶液的入口溫度穩定在61℃，其它入口參數基本穩定在設定工況，系統運行穩定；送風溫度（即加濕后空氣溫度）為20℃左右，滿足空調系統使用要求；系統在20℃送風溫度條件下，當熱源的加熱量穩定在7.5kW時，可制取冷量在5kW左右，熱力系數在0.6上下波動；再生空氣帶走大量的溶液熱量，該系統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動的制冷方式，冷卻量也較明顯的減少。

圖2除濕與再生絕對濕度變化差

圖3部分參數測試值的變化

圖4熱力系數的變化（kW/kW）

圖5加熱量、制冷量和冷卻量的變化

由實驗的結果可見，液體除濕空調系統在系統達到穩定運行時，除濕器和再生器的除濕溶液循環量并不是1:1的，在本實驗條件下除濕器和再生器的除濕溶液循環量3:1左右時，系統趨于穩定，當驅動熱源發生變化或送風溫度的限定條件不同，達到穩定的除濕器和再生器的除濕溶液循環量比也會不同；該系統驅動熱源在80℃的條件下，制冷的熱力系數在0.6上下，有較好的熱力性能；這種空調系統用80℃左右的驅動熱源是低品位熱源，一般的工業廢熱、余熱，太陽能等可再生能源均可作為驅動熱源，因此，只要有一般廢熱、工業余熱、地熱、太陽能等可再生能源的場所都可以推廣應用，節能空間巨大。

4結論

a．液體除濕空調系統在合適的參數下工作，空調的送風溫度可達20℃，該溫度基本滿足一般舒適性空調送風溫度的要求。因此液體除濕空調從送風狀態而言，具有應用的可行性。

b．液體除濕空調系統在80℃的熱源溫度條件下，能提供空調系統所需的送風溫度和制冷量，有較好除濕空調系統的系統熱力性能，在類似的用低溫熱源驅動的空調系統中處于較高水平。

c．液體除濕空調系統的驅動熱源是低品位熱源，只要有一般廢熱、工業余熱、地熱、太陽能等可再生能源的場所都可以推廣應用，應用前景廣闊，節能空間巨大。

參考文獻

1.H.M.FactorandGershonGrossman.Apackedbeddehumidifier/regeneratorforsolarairconditioningwithliquiddesiccants.SolarEnergy,1980:541-550.

2.P.Oandhidasan,C.F.KettleboroughandM.RifatUllah.Calculationofheatandmasstransfercoefficientsinapackedtoweroperatingwithadesiccant-aircontactsystem.SolarEnergyEngineering,ASME,1986:123-127.

3.ÖbergV.,Goswami.D.Y..Experimentalstudyoftheheatandmasstransferinapackedbedliquiddesiccantairdehuminfier.JournalofSolarEnergyEngineering.1998:289–97.