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1、溶液除湿空调系统的研究现状与分析 基金项目：博士启动基金北京建筑工程学院 牛润萍摘要：鉴于溶液除湿空调系统节能环保的优势，国内外学者对这种新型系统进行了大量的理论和实验研究，本文就目前国内外研究现状进行论述，并提出几点现存的问题和不足。关键词：溶液除湿 除湿器 再生器面对目前能源紧缺、能耗量大和环境污染的严重问题，无臭氧损耗、无温室效应的替代工质和制冷方式，以及各种利用低品位能源的新型空调系统成为当今空调领域内的热点和焦点问题。溶液除湿空调系统，或与其它制冷方式相结合的混合系统，从保护环境、节约能源和改善室内空齐品质等方面来看是一种很有吸引力的新的空调型式。鉴于溶液除湿系统具有诸多优点，逐渐引
2、起了国内外学者的关注。对于溶液除湿系统中各个部件，如除湿器、再生器以及整个系统的形式及性能，国内外学者进行了大量的理论研究和实验研究，下面将分别予以介绍。除湿器1.1 理论研究除湿塔是除湿器的一种常见型式，它是一种绝热型除湿器。对于这类除湿器，R.E.Treybalt等人对传热传质模型进行了完善，他们提出了微元控制体模型，推导出传热传质的控制微分方程。此后，有学者提出了有限差分模型，建立了逆流填料塔中除湿剂与空气热质交换过程的控制微分方程，并研究分析了绝热型除湿器的除湿性能。Stevens、Sadasivam和Balakrishnam等人提出了-NTU模型1，给出了逆流除湿器中溶液和空气各参数
3、的解析解，但空气含湿量是用沿程积分的形式表示，未给出解析式。国内路则峰等人2对逆流和交叉流型式的溶液除湿器建立了数学模型，研究了除湿塔内空气含湿量的变化情况。陈晓阳3通过对除湿器中的顺流和逆流热质交换模型的合理假设，推出热质传递过程状态参数沿程变化的解析解，同时给出了以焓差作为热质交换推动力的能量效率公式。赵云4对竖直板降膜除湿器中的热质传递过程建立了数学模型，可以用于指导内冷型除湿器的优化设计。刘晓茹5对内冷却盘管喷淋式液体除湿器和间接冷却平行板式液体除湿器建立了控制体微分方程组，分析了内冷却盘管喷淋式液体除湿器和间接冷却平行板式液体除湿器的某些重要参数对其除湿性能的影响。张村6针对竖板降膜
4、（层流）溶液除湿空调系统，建立了溶液降膜过程传热传质的数学模型，给出了对流换热边界条件下的数值解，模拟了三种不同冷却条件下的降膜除湿过程。1.2 实验研究国外，Chung等7分别使用三甘醇溶液与氯化锂溶液为除湿剂，实验测试了采用聚丙烯Flexi环与陶瓷Intalox鞍散装填料、Celdek规整填料与PVC规整填料在逆流填料塔内的除湿性能。Goswami等实验测量了采用TEG为除湿剂的填料塔除湿器与再生器的性能。天津大学杨英等人进行了吸收除湿特性的实验研究，建立了液体除湿实验台,分析了空气流量、温度、含湿量与溶液流量对除湿性能的影响。顾洁、唐钢等人8选用的除湿剂是三甘醇，没有腐蚀性，吸湿性能较好
5、，但较氯化锂差些。2. 再生器2.1 理论研究Khalid Ahmed9等利用（火用）分析方法比较分析了半闭式的太阳能发生器和收集器。Ahmed模拟分析了闭式太阳能再生器再生稀溶液的性能，结果表明性能COP高于常规的蒸发式吸收器。W.Y.Saman等10提出了使用太阳能再生的一种有效的方法，理论推导出了一个通用表达式来计算再生量关于温度、浓度和蒸发压力的关系式。P.Gandhidasan对填料塔式溶液再生器采用无量纲法建立了绝热型再生器的简化模型，理论分析了不同设计参数如空气入口温度、湿度、溶液入口温度和入口浓度对再生量的影响。对于再生器的理论研究，由于除湿器与再生器结构相似，除湿器的数学模型
6、与再生器数学模型可以通用，传热传质过程规律基本相同，所以对于再生器研究较少。国内刘晓华建立了绝热型交叉流再生器的数学模型，分析溶液和空气入口参数对再生器性能的影响。李春林11建立了带有内热源的溶液再生器的简单代数方程模型，并讨论了内热源热量，溶液流量对再生量的影响。2.2 实验研究Lf对太阳能再生器再生氯化锂溶液进行了实验研究，空气温度高达82到109，再生溶液平均温度为36。S.Alizadeh对于强迫对流的太阳能再生器进行了实验研究，分析了入口参数对再生性能的影响，采用氯化钙溶液为除湿剂。berg等人建立了再生塔实验台，研究发现再生塔的再生工况受到许多因素的影响，包括溶液与空气的工况、填料
7、结构和高度、溶液喷淋密度等等。Sanjeev Jaina等人对再生器进行了实验，他们设计了新型的布液装置，分析了不同工况下溶液与空气的温度、湿度与浓度的变化。国内东南大学的孙键、施明恒、赵云等12在对网状螺旋填料塔式逆流再生器的实验分析表明，再生量随着溶液流量、空气流量和溶液进口温度的增加而增大，随空气进口含湿量的增加而降低。赵云、施明恒等13使用太阳能作为溶液再生的热源，实验分析了采用氯化钙溶液、螺旋网状填料的逆流填料塔中的再生过程。刘晓华14实验测试了采用Celdek规整填料、溴化锂溶液为吸湿剂的叉流再生器的性能。3. 除湿系统3.1 理论研究Armando C. Oliveira等人对使
8、用溴化锂除湿溶液的新风空调系统进行了理论分析，建立了系统的数学模型，通过数学模拟，结果表明室内和室外环境参数对系统性能影响较大。berg和Goswami建立了太阳能溶液除湿冷却空调系统模型，能节省80的电耗。Ahmed等模拟分析了吸收式制冷机与溶液除湿系统相结合的复合式空调系统，在实验测试工况下，COP在0.961.25范围内。在国内，朱瑞棋等人15研究了以氯化钙溶液为除湿剂的液体除湿型空调系统，并给出了它的理论分析和工作参数的模拟结果。1998 年，代彦军等人16对溶液除湿蒸发冷却空调系统建立了数学模型，对空调系统的性能系数进行了计算；顾卫国17依据双膜理论建立建立空调系统的数学模型，对空调
9、系统及其主要设备进行模拟计算，对太阳能液体除湿空调系统的COP进行分析。计算结果表明，除湿剂的种类对系统的COP影响很大，使用混合溶液时的系统的性能要优于使用氯化钙时的情况，使用混合溶液时系统的 COP大于0.6，混合溶液(1:1)更容易再生。3.2 实验研究在实验研究方面，早在1955 年，Lf提出了太阳能溶液除湿空调系统的思想并进行了实验研究，他采用三甘醇为除湿剂被干燥的空气经过蒸发室冷却，除湿剂经被太阳能加热的空气进行再生。Adnan等人建立了吸收除湿空调实验台，采用压缩式制冷作为辅助冷源，冷却进入除湿器的溶液与从除湿器出来的空气。根据实验结果，他们分析了溶液入口温度、热交换器换热效率对
10、COP的影响。另外，也有学者进行了吸收除湿空调在蓄能上的应用研究，如Kessling等人搭建了开式的吸收除湿实验台，热源用来蒸发溶液，浓溶液又可作为蓄能介质。 国内冯毅等人对太阳能驱动的吸附除湿空调系统进行了研究，采用 80以下的再生温度热源，对空调系统的能源利用效率进行实验研究。陈晓阳等人将溶液调湿空调系统和压缩式制冷机相结合，采用城市热网的75热水作为溶液浓缩再生的热量来源，测试结果表明，溶液调湿系统的COP达到1.5，复合式空调系统的运行费用仅为常规空调系统的三分之二左右。顾卫国完成了液体除湿空调的实验测试，根据系统运行的实验结果，可以发现，溶液浓度为0.4，再生温度为61，除湿温度为3
11、0时，系统的送风温度在20左右，热力系数在0.6左右。4. 结语综上所述，溶液除湿空调系统中最核心、最重要的部件就是空气与溶液直接接触、进行传热传质过程的除湿器与再生器。前人已经开展了不少关于溶液除湿空调系统中溶液与湿空气之间热质交换性能的实验和模拟研究。但上述研究还存在以下不足：（1）对于内热型再生器，其内部溶液与空气热质交换性能研究较少。由于有外在热源的补充，与绝热型再生器相比，再生器内部溶液与空气的传热传质性能有所改变。（2）对于低浓度溶液低温再生性能及低品位热源利用问题研究不够。目前大部分学者都是选择浓度较高的溶液实现除湿，同时附属带来了较高的再生温度，通常为60以上热源，而对于低温再
12、生研究较少。根据具体情况，如何选择合适浓度的除湿溶液尤为重要。（3）国内对于溶液除湿空调系统与压缩制冷空调系统相结合的复合式空调系统性能研究较少。前人借助于理论模型和实验测试相结合的方法，对液体除湿装置与间接蒸发冷却构成的溶液除湿空调系统的性能进行了大量研究，得出许多具有指导意义的结论。然而，对溶液除湿空调系统和机械制冷系统相结合的复合式空调系统研究较少。1 M.Sadasivam，A.R.Balakrishnan，Effectiveness-NTU method for design of a packed bed liquid desiccant dehumidifiersJ，Transa
13、ctions of the Institution of Chemical Engineers，1992，70(9)：5725772 路则锋，陈沛霖，逆流填料式吸收除湿系统传热传质过程的分析解法及应用J，太阳能学报，2000，21(4)：39463 陈晓阳，溶液式空调系统的应用研究D，北京；清华大学，20054 刘晓茹，固体和液体空气除湿器理论分析与数值模拟研究D，北京；北京航空航天大学，20045 赵云，太阳能液体除湿空调系统的研究D，南京；东南大学，20026 张村，施明恒，对流边界条件下竖板降膜除湿过程中传热传质的数值模拟J，制冷与空调，2004，4(4)：21257 Chung T W
14、，Ghosh T K，Hines A L，Novosel D.，Dehumidification of moist air with simultaneous removal of selected indoor pollutants by triethylene glycol solutions in a packed-bed absorberJ，Separation Science and Technology，1995，30(79)：180918328 顾洁，唐钢，吸收除湿的经济性分析J，暖通空调，2003，33(6)：1171189 C. S. Khalid Ahmed，P. Gand
15、hidasan，Al-Farayedhi A A，Simulation of a hybrid liquid desiccant based air-conditioning systemJ，Applied Thermal Engineering，1997，17 (2)：125l3410 李春林，液体除湿系统研究与应用D，西安；西北工业大学，200611 S.Alizadeh，W.Y.Saman，An Experimental study of a forced flow solar collector/regenerator using liquid desiccantJ，Solar Energy，2002，73 (5)：. 34536212 孙键，施明恒，赵云，吸收除湿空调再生性能的实验研究J，工程热物理学报，2003，24(5)：86786913 赵云，施明恒，太阳能吸收除湿空调系统中除湿剂的选择J，工程热物理学报，2001，22(3)：16516814 朱瑞棋，张俊华，CaCl2水溶液去湿型空调系统研究J，低温工程，1991，(1)15 方承超，孙克涛，太阳能吸收除湿空调系统模型的建立与分析J，太阳能学报，1997，18(2)：12813316 代彦军，张鹤飞，俞金娣，错流降膜液体干燥剂除湿/再生传热传质数学模型及分析J，化
