熱致濃度差兩級(jí)雙溶液除濕系統(tǒng)理論與實(shí)驗(yàn)研究

1、熱致濃度差兩級(jí)雙溶液除濕系統(tǒng)理論與實(shí)驗(yàn)研究溶液除濕系統(tǒng)是基于除濕溶液在一定濃度范圍內(nèi)具有強(qiáng)吸濕特性建立的一種空調(diào)系統(tǒng),采用低品位熱源驅(qū)動(dòng),具有獨(dú)立控制濕度、節(jié)能和環(huán)保等突出特點(diǎn)。所使用工質(zhì)除濕溶液具有強(qiáng)大蓄能能力,在太陽(yáng)能利用方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。然而,溶液除濕系統(tǒng)的蓄能與保證空氣除濕效果之間存在矛盾。為了保證空氣含濕量達(dá)到需要范圍,實(shí)際系統(tǒng)溶液濃度變化小（小于1%,約0.2%）,導(dǎo)致蓄能能力未得到有效開(kāi)發(fā)利用,同時(shí)也限制了溶液除濕系統(tǒng)的能量利用效率進(jìn)一步提高?；诖?本文開(kāi)展了以下研究工作:首先提出了溶液濃度變化范圍大、除濕/再生之間溫差小的熱致濃度差理想溶液循環(huán)及采用此理想循環(huán)的兩級(jí)雙溶液大濃

2、度差除濕系統(tǒng),具有再生后濃溶液和除濕后稀溶液濃度差較大的特點(diǎn)。熱力學(xué)分析結(jié)果表明理想溶液循環(huán)系統(tǒng)的熱力性能系數(shù)、有效蓄能密度得到大幅提高,不可逆損失也顯著減小。典型工況下,再生后濃溶液與除濕后稀溶液濃度差從0.16%增大到4.2%,使得系統(tǒng)的熱力性能系數(shù)提高了142%,有效蓄能密度增加到385.5MJ/m3。若采用氯化鈣溶液預(yù)除濕降低溶液循環(huán)中除濕/再生過(guò)程溶液溫差,系統(tǒng)熱力性能系數(shù)進(jìn)一步提高了25.9%,火用效率增加了23.0%。其次,搭建兩級(jí)雙溶液大濃度差除濕系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái),具有氯化鈣溶液預(yù)除濕、再生后濃溶液與除濕后稀溶液濃度差大（大濃度差）兩大特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)在大幅降低溶液比再生熱方面的

3、優(yōu)越性,氯化鈣溶液的比再生熱甚至低至2.0kJ/g。系統(tǒng)熱力性能系數(shù)和電力性能系數(shù)分別可達(dá)0.84和11.1。在不同典型室外環(huán)境下系統(tǒng)均能處理空氣絕對(duì)含濕量達(dá)到ARI室內(nèi)控制標(biāo)準(zhǔn)。氯化鈣溶液表現(xiàn)出較好的預(yù)除濕效果,承擔(dān)濕負(fù)荷比例在2060%之間。空氣的流速和溶液的初始濃度對(duì)除濕性能影響最為顯著,而再生性能則對(duì)再生溫度變化最敏感。第三,建立了基于波紋結(jié)構(gòu)填料的空氣-溶液熱質(zhì)傳遞三維模型,計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。利用該模型研究了雙溶液除濕和大濃度差除濕的可行性與雙溶液再生和大濃度差再生的節(jié)能性,深入分析了兩級(jí)雙溶液大濃度差除濕過(guò)程和再生過(guò)程的熱質(zhì)傳遞特性。研究發(fā)現(xiàn),在給定工況下(空氣與溶液進(jìn)口

4、溫度分別為34oC和30oC)溶液除濕過(guò)程中約有70100%的除濕釋放熱量被溶液所吸收。對(duì)表征除濕過(guò)程和再生過(guò)程傳熱和傳質(zhì)情況的氣液界面Nusselt數(shù)和Sherwood數(shù)進(jìn)行分析,結(jié)果表明采用兩級(jí)除濕/再生能夠增強(qiáng)氣液間傳熱傳質(zhì)效果?？諝鈧?cè)Nusselt數(shù)和Sherwood數(shù)分別在415和314之間，主要沿著空氣流動(dòng)方向逐漸下降。除了進(jìn)口段有小幅增大外,溶液側(cè)的Nusselt數(shù)在除濕/再生過(guò)程中均穩(wěn)定在2.3。溶液側(cè)Sherwood數(shù)在14之間，入口段效應(yīng)范圍比Nusselt數(shù)大，主要是因?yàn)槿芤簜?cè)傳質(zhì)邊界層的發(fā)展速度比熱邊界層慢。論文還分析了兩級(jí)雙溶液大濃度差(5%)太陽(yáng)能除濕空調(diào)系統(tǒng)的能量調(diào)節(jié)特性和季節(jié)蓄能特性。借助除濕溶液的蓄能能力,系統(tǒng)不僅保證了24小時(shí)連續(xù)除濕,而且通過(guò)季節(jié)蓄能,顯著提高了太陽(yáng)能保證率和系統(tǒng)熱力性能系數(shù)。與小濃度差運(yùn)行模式(0.2%)相比,兩級(jí)雙溶液大濃度差除濕系統(tǒng)平均熱力性能系數(shù)提高了73%,太陽(yáng)能保證率增加了1145%。與單溶液大濃度差除濕系統(tǒng)相比,兩級(jí)雙溶液除濕系統(tǒng)熱力性能系數(shù)提高了20.3%,而太陽(yáng)能保證率提高了51