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1、从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果新型溶液热回收新风机性能分析 摘要： 为了解决提高室内空气品质与降低新风处理能耗的矛盾，提出了由溶液全热回收装置和带板式换热器的单级喷淋模块组成的溶液全热回收型新风机。采用全热回收装置，明显降低了新风处理能耗；利用板式换热器调节溶液的温度，有效的改善了溶液的除湿或加湿能力。通过北京市全年逐时性能模拟 分析 ，以及与常规新风机和其它两种不同形式的溶液热回收型新风机运行能耗的比较，进一步证实了该新风机具有明显的节能效果。溶液具有杀菌、除尘作用，能够避免新风和室内排风
2、的交叉污染；而且新风处理能耗的降低，为新风量的增加提供了条件，能够进一步提高室内空气品质。 关键词： 除湿溶液 全热回收 室内空气品质 节能 运行费用 1 简介 在空调领域中，除了热湿环境外，室内空气品质也受到越来越多的关注 1-2 。室外新风在排除室内CO 和VOC以及稀释室内可能存在的病菌方面，明显优于室内回风。但考虑到新风机的运行能耗，使得增加新风量受到制约。采用全热回收 方法 是降低新风处理能耗的有效方法，但转轮式、板翅式等全热回收装置不能避免新风和室内排风的交叉污染。为了解决提高室内空气品质与降低新风处理能耗的矛盾，提出了溶液热回收型新风机，该形式的新风机有较高的全热回收效率，而且溶
3、液具有杀菌除尘作用 2-3 ，能够避免新风和室内排风的交叉污染。 以溶液为循环介质的热回收型新风机可以有多种方式： 文献 4提出了由溶液全热回收器和一个小容量的制冷循环组成的电能驱动的新风机，夏季，制冷循环中蒸发器的制冷量用于冷却溶液以增强其除湿能力，冷凝器的排热量用于溶液的浓缩再生；冬季运行时，可采用四通阀实现蒸发器和冷凝器的相互转换，使冷机工作在热泵工况下，新风被加热加湿。文献5提出了由90C热水驱动的溶液热回收型新风机，夏季，通过板式换热器回收室内排风蒸发冷却的冷量来冷却溶液增强其除湿能力，除湿后的新风由1518C冷水进一步降温冷却后送入室内；冬季，通过新风机工况的转换，可以使其按照全热
4、回收模式运行，加湿后的新风再由高温热水进一步加热后送入室内。本文提出的溶液热回收型新风机是由溶液全热回收装置和带板式换热器调温的单级喷淋模块组成，以热水作为主要的驱动源，夏季，1518C的冷水用于调节进入单级喷淋模块的溶液温度，增强其除湿能力，与文献5相比循环溶液的浓度降低，可以使用60C热水即可满足溶液再生要求；冬季，4050C的热水用于调节进入单级喷淋模块的溶液温度，以增强其加湿能力。 本文介绍了该新型溶液热回收型新风机的工作原理，在此基础上进行全年运行能耗的分析，并与常规新风机、文献4和文献5分别提出的溶液热回收型新风机进行运行能耗的比较。 新风机的工作原理 新风机的工作原理参见图1，布
5、水阀关闭，溶液阀打开。该新风机由两部分组成：虚线左边是以溶液为循环介质的溶液式全热回收装置 4 ，虚线右边是单级喷淋模块。室外新风首先经过全热回收装置，回收室内排风的能量后，再经过单级喷淋模块进一步处理后送入空调房间。夏季，为了增强溶液除湿的能力，在溶液进入单级喷淋装置前，由冷冻水实现溶液的降温处理过程。由于除湿任务是由溶液系统承担的，因此冷冻水的水温高于常规冷凝除湿的水温要求，制冷机的蒸发温度和性能系数均明显增大。流出新风机的溶液浓度降低，需要浓缩再生才能重新使用。图1所示新风机使用60C的热水作为溶液的再生热源，再生器的结构与喷淋模块类似，参见图2。系统中设有溶液回热器和空气回热器，分别预
6、热进入再生器的稀溶液和再生空气，减少系统的能耗。建筑中可以采用集中再生的方法，将各个新风机流出的稀溶液统一进入图2所示的再生器中，实现溶液的集中浓缩再生。新风和室内排风在新风机中的状态变化参见图3a(状态编号见图1)，进入单级喷淋模块板式换热器的冷水温度为16C。其中 a 1 是新风状态， a 是送风状态， R 1 是室内状态， R 是排风状态。 a 1 a a a 是新风在溶液全热回收器中的状态变化过程， a a 是经过单级喷淋模块的状态变化； R 1 R 是排风在溶液全热回收器的状态变化情况。? 图1 新风机 冬季，再生器停止运行，溶液仅在各自的新风机中实现循环流动，如图1所示，其中补水阀
7、打开，溶液阀关闭。图1中虚线的左侧仍然是溶液式全热回收装置，虚线右侧是单级喷淋模块。溶液在进入单级喷淋模块之前，先经过板式换热器由热水加热，从而增强其加湿能力。由于溶液的表面蒸汽压高于被处理新风的水蒸汽分压力，溶液中不断有水分进入空气中，系统中设有补水装置，以维持单级喷淋模块中溶液的浓度。室外新风和室内排风在新风机中的状态变化过程参见图3b，状态编号参见图1，进入单级喷淋模块板式换热器的热水温度为40C。 新风机性能的 评价方法 .1 夏季 新风机所消耗的能量包括两部分，一是制冷机制备冷冻水所消耗的电量 E air ，二是溶液浓缩再生所需要投入的加热量 Q hot 。新风机的性能，可以用电性能
8、系数 ECOP 和热性能系数 TCOP 来描述 6 ，两系数的定义如下： (1) (2) 其中， Q air 为新风获得的冷量，其 计算 方法见式(3)， h w 和 h send 分别为新风和室内排风的焓值。 ECOP 可以改写为式(4)的形式，其中 r 为新风机中冷水提供冷量与新风获得冷量的比值， COP R 为制冷机的性能系数。 (3) (4) . 冬季 新风机所消耗的能量是：热水加热溶液所需投入的热量 Q hot 。新风机的性能，用热性能系数 TCOP 来描述，具体表达形式如式(5)所示。 (5) a. 夏季 b. 冬季图空气的状态变化过程 新风机的性能分析 .1 夏季 图4是在北京市
9、气象参数下溶液热回收型新风机的性能，室内的温度为C、相对湿度为50%。图4a反映了溶液全热回收装置的效果，该热回收装置的全热回收效率在7080%范围内，整个夏季的平均热回收效率为%。室外的温度越高湿度越大，即新风与室内排风状态的焓差越大，热回收的效率越高。全热回收装置的采用，有效的回收了室内排风的能量，从而大幅度降低了新风处理能耗。图4b是新风机的电性能系数 ECOP 的变化情况，供冷季的平均值为，明显高于常规电动制冷机的性能系数。 ECOP 受新风含湿量的 影响 显著，而受新风相对湿度的影响不如前者显著。图4c是新风机的热性能系数 TCOP 随室外新风状态的变化情况， TCOP 的平均值为。
10、当式(2)新风获得的冷量中不计入由全热回收装置回收的能量时，新风机 TCOP 的平均值为，明显高于文献5中由热水驱动的溶液热回收型新风机的性能系数。 a. 全热回收效率b. 电性能系数c. 热性能系数图新风机夏季性能分析 . 冬季 新风机中溶液热回收装置的全热回收效率如图5a所示，平均全热回收效率为%。新风机的热性能系数 TCOP 随新风状态的变化关系参见图5b。当相对湿度不变时， TCOP 随新风温度的升高而降低。 TCOP 在范围内变化，平均值为。如果直接采用热网热水供热，则热性能系数仅为1。所以，新风机的性能明显优于直接用热网供热的情况。 a. 全热回收效率b. 热性能系数图新风机冬季性
11、能分析 与其它新风机的比较 本文提出的新风机消耗热能和电能两种能源，为了更好的与其它形式的新风机进行比较，采用运行费用作为评价指标，分别给出各种不同形式新风机运行费用的比值。 .1 常规新风机 图6中纵坐标 R Z 是本文提出的新风机与常规新风机的运行费用之比，横坐标 R J 是电价与热价之比。常规新风机是指：夏季中，电动制冷机制备出7C冷水去除新风的潜热负荷和显热负荷；冬季中，来自市政热网的热水承担显热负荷，电动加湿器承担潜热负荷。北京市能源价格大致是：电价元/kWh，热价3050元/GJ，因此 R J 为。当热价为50元/GJ，即 R J 为时，溶液热回收型新风机的冬、夏运行费用分别为常规
12、新风机的25%和75%。当热价为30元/GJ，即 R J 为时，溶液热回收型新风机的冬、夏运行费用分别为常规新风机的18%和62%。 图与常规新风机比较 . 电能驱动的溶液热回收型新风机 与 文献 4提出的电能驱动的溶液热回收型新风机相比，可以得到如下结果：当热价为50元/GJ，即 R J 为时，本文提出的溶液热回收型新风机的冬、夏运行费用分别为文献4电力驱动的溶液热回收型新风机的51%和99%；当热价为30元/GJ，即 R J 为时，本文提出的新风机的冬、夏运行费用分别为文献4新风机的31%和83%。 图与电力驱动溶液热回收型新风机比较 . 热水驱动的溶液热回收型新风机 与文献5提出的热水驱
13、动的溶液热回收型新风机相比，本文提出的新风机可以调节进入单级喷淋模块的溶液温度，从而可以方便的调节溶液的加湿或除湿能力，利用60C的热水即可满足溶液的浓缩再生要求；而且再生耗热量明显降低。图8是在电价为元/kWh，90C热水价格为50元/GJ的情况下，得到的运行费用比随着60C热水价格的变化情况。当60C热水价格仍为50元/GJ时，本文提出的溶液热回收型新风机的冬、夏运行费用分别为文献5热水驱动的溶液热回收型新风机的91%和71%。当60C热水价格为30元/GJ时，本文提出的溶液热回收型新风机的冬、夏运行费用分别为文献5新风机的54%和59%。 图与热水驱动溶液热回收型新风机比较 . 比较结果
14、汇总 四种不同类型新风机运行费用的比较结果参见表1，其中本文提出的溶液热回收型新风机的运行费用作为单位1，其它三种新风机的运行费用均表示为单位1的倍数关系。可以看出：本文提出的新型热回收新风机具有明显的节能效果。 表1 不同形式新风机的运行费用比较 常规新风机 电能驱动的 溶液热回收型新风机 热水驱动的溶液热回收型新风机 本文提出的溶液热回收型新风机 消耗能源种类 夏季 电 电 热水，电 热水，电 冬季 电，热水 电 热水 热水 电价元/kWh 热价50元/GJ 夏季 * 冬季 * 电价元/kWh 热价30元/GJ 夏季 * 冬季 * 注： * 表示60C和90C热水价格均为50元/GJ； * 表示60C和90C热水价格分别为30元/GJ和50元/GJ。 结论 本文基于盐溶液的吸湿、放湿特性，提出了由溶液全热回收装置和带板式换热器的单级喷淋模块组成的新风机。该新风机具有以下特点： a) 采用以溶液为循环媒介的全热回收装置，热回收效率高，能够充分回收室内排风的能量，有效的降低新风处理能耗。 b) 在单级喷淋模块中，采用板式换热器调节进入喷淋模块的溶液温度，改善了溶液的调湿性能。夏季，1518C
