aain遬利用各種排熱驅動的新型高效吸附式除濕空調系統(tǒng)

1、我們II打敗了敵人。我們II把敵人打敗了利用各種排熱驅動的新型摘要：本文分析了現(xiàn)行吸附式除濕空調系統(tǒng)存在的問題，對開發(fā)的新型高效吸附式除濕空調系統(tǒng)的構造、運轉原理、性能特性，實證實驗結果及討論作了詳細闡述。為該新型節(jié)能環(huán)保型空調的設計與應用提供了重要的基礎數(shù)據(jù)和設計指南。關鍵詞：吸附式熱電并給蜂窩式除濕轉輪廢熱利用 1.前言由于吸附式除濕空調系統(tǒng)可以對空氣的溫度和濕度分別加以處理，使其近年來在許多領域得到了廣泛的應用。鑒于上述情況，我們從數(shù)年前開始了對吸附式除濕空調系統(tǒng)性能改進及實用化的開發(fā)研究。特別是針對近年來各種分布型熱電并給系統(tǒng)不斷普及的現(xiàn)狀，成功地開發(fā)了一種可以直接利用各種排熱的新型高

2、性能吸附式除濕空調機。本文闡述了這一新型高性能吸附式除濕空調系統(tǒng)的運轉原理、性能特性，以及實證實驗及結果討論。2.3M 行的吸附式除濕空調系統(tǒng)吸附式除濕空調系統(tǒng)的概念是 1960 年代提生的，1980 年代各國的研究人員開始從實驗及模擬計算兩方面對這一系統(tǒng)進行了大量的研究 1-6）。其典型的流程如圖 1 所示，由蜂窩式吸附除濕轉輪、顯熱交換轉輪、再生空氣加熱器、直接蒸發(fā)式冷卻器、風機等構成。該空調系統(tǒng)運轉時空氣狀態(tài)變化過程在空氣給濕圖上表示的結果如圖 2所示。新風風機將室外空氣 OA 送到吸附除濕轉輪的除濕區(qū)，空氣中的水分被除濕轉輪所吸附， 由于有吸附熱發(fā)生空氣溫度會升高 （1-2） 。經(jīng)過顯

3、熱交換轉輪與從空調對象室內(nèi)的排氣 RA 進行熱交換，具被冷卻到室溫狀態(tài)（2-3）。然后，通過直接蒸發(fā)式冷卻器，向此干燥空氣中噴水，借助水的蒸發(fā)潛熱使空氣進一步等給冷卻到較低溫度（3-4）,冷風被送到空調對象室內(nèi)。另一方面，從空調對象室內(nèi)返回的換氣 RA 首先經(jīng)過直接蒸發(fā)冷卻器，借助噴霧水的蒸發(fā)，將空氣等始冷卻到較低溫度（5-6）,然后通過顯熱交換轉輪與除濕后的空氣進行熱交換，在冷卻被干燥空氣的同時，自身被加熱（6-7）,再經(jīng)過再生空氣加熱器被加熱到再生溫度（7-8）后送到吸附除濕轉輪的再生部，將除濕轉輪吸附的水分脫附，使除濕轉輪得到再生。再生后的空氣被排放到大氣中（8-9）。圖 2現(xiàn)行的吸附式

4、除濕空調系統(tǒng)空氣狀態(tài)變化對這一空調系統(tǒng)運轉過程分析可以看由該吸附式除濕空調系統(tǒng)存在著以下的問題：（1）隨著顯熱交換轉輪的旋轉，會有一部分高濕度的換氣 RA 被轉輪攜帶到冷風 SA 側（這一現(xiàn)象也被稱為內(nèi)部泄漏）；（2）由于顯熱交換轉輪的內(nèi)部泄漏，會將室內(nèi)被香煙、人體的汗味，或者是其他揮發(fā)性有機物污染的空氣帶到冷風中，造成所謂交叉污染；(3)系統(tǒng)設備多，制造成本高。為了冷卻冷風空氣 SA,需要直接蒸發(fā)冷卻器和顯熱交換轉輪兩臺設備；(4)熱交換器效率較低，直接蒸發(fā)冷卻器+顯熱交換轉輪的綜合熱交換效率低于 80%(5)排熱回收利用率較低?，F(xiàn)行的吸附式除濕空調系統(tǒng)是將排熱轉換成熱水后再利用，通常從廢熱

5、鍋爐仍然要排由 100C 左右的氣體，加上廢熱鍋爐及熱水配管的熱損失，排熱回收利用率大大降低；(6)由于使用熱水作為再生空氣加熱的熱源，再生空氣溫度只能達到約80C,其再生效率較低 7)o3.新型高效吸附式除濕空調系統(tǒng) 3.1 高性能吸附式除濕轉輪及其最佳再生方法探討在吸附式除濕空調系統(tǒng)中，雖然除濕過程(1-2)中空氣的始值沒有降低，但是由于除濕轉輪將空氣的潛熱轉換成了顯熱，這為后續(xù)的熱交換及冷卻過程降低空氣的始值奠定了基礎。因此，高性能的除濕轉輪是實現(xiàn)高性能的吸附式除濕空調系統(tǒng)的先決條件。在設想排熱熱源溫度為 150c 以上的前提下，對除濕轉輪的最佳再生方式進行了實驗研究 7)o 實驗方法如

6、下，選用了直徑 300mm 厚度 200mm 的除濕轉輪 SSCR-U 在其處理風量(224m3/h)、及再生空氣加熱用能量(3.64kw)一定的前提下，改變再生空氣的溫度，對除濕轉輪的除濕性能進行測試。而且，為了消除再生空氣面風速的影響，制作了三種不同再生區(qū)面積比的除濕轉輪實驗用風洞，使再生空氣面風速維持在 2m/so 詳細的實驗條件在表 1 中給由。 表 1 除濕轉輪性能實驗條件一覽表流程類型低溫再生標準再生高溫再生再生區(qū)/處理區(qū) 1/11/31/4 再生用能量(kW)3.64 再生空氣溫度(C)80130155再生風量 OR(m3/h)22411289.6 再生風速 VR(m/s)2.0

7、2.02.0 處理風量 QP(m3/h)224 處理風速VP(m/s)21.331.25 風量比 QR/QP1/11/21/2.5 處理入口空氣溫度(C)30 再生空氣濕度(g/kg)再生空氣濕度與處理空氣濕度相同轉輪轉速 N(rph)141211.5實驗結果如圖 3 所示。當空氣濕度低于 XP1=13g/kg 時，高溫再生流程的除濕性能顯現(xiàn)由若干優(yōu)勢。但是，在入口濕度高于 XP1=13g/kg 的條件下，標準再生流程的除濕性能變得最好。原因是：再生空氣溫度越高，其相對濕度就越低，除濕轉輪的再生程度也就越好，因此在低濕度范圍內(nèi)，提高再生溫度可以得到濕度更低的干燥空氣。另一方面，根據(jù)物質(水分)

8、衡算、熱量衡算關系可知，再生由口空氣含濕量將以再生風量比的倒數(shù)的倍率關系隨處理空氣除濕量的增加而變化，再生空氣溫度下降與處理空氣溫升之比例系數(shù)則是再生風量比的倒數(shù)。在高濕度范圍內(nèi)，隨著處理空氣除濕量的增加，對于再生空氣量較少的高溫再生流程而言，再生區(qū)由口空氣的濕度變得很高，其溫度卻降到較低。致使再生空氣在由口附近的相對濕度高于處理空氣，發(fā)生再生空氣中的水分被除濕轉輪所吸附的逆向過程， 其除濕性能必然降低。 相對于標準再生流程、高溫再生流程而言，低溫再生流程的除濕性能在全濕度范圍內(nèi)均較低。這是由于再生溫度越低，除濕轉輪被再生的程度就越差，離開除濕轉輪的處理由口空氣的濕度自然也就很難降到較低程度。

9、因此，當排熱熱源溫度在 150c以上時，采用標準再生流程，比現(xiàn)行的采用低溫再生型除濕轉輪的吸附式除濕空調系統(tǒng)， 無論是在潛熱處理能力、 還是在能量利用效率 （減少有效能損失）方面都會有很大的改善。圖 3 再生溫度及風量對除濕轉輪性能的影響 3.2 高效率顯熱除去裝置的開發(fā)與潛熱處理設備-除濕轉輪一樣，顯熱處理設備一顯熱交換器對吸附式除濕空調系統(tǒng)來說也是一個非常重要的設備。圖 4 叉流型間接氣化冷卻器流程概略圖作者研發(fā)了一種用于吸附式除濕空調系統(tǒng)的高效率，無內(nèi)部泄漏、無交叉污染發(fā)生的特殊構造叉流型間接氣化冷卻器 10）o 其構造及運轉原理如圖 4 所示。其性能測試結果在圖 5 中給由。為了與其他

10、類型的熱交換器性能進行比較，在圖 5 中同時給由了顯熱交換轉輪、普通的叉流型顯熱交換器的測定結果。結果表明：間接氣化冷卻器比普通的叉流型顯熱交換器、以及顯熱交換轉輪的熱交換效率都好。以面風速 2m/s 的操作條件為例，開發(fā)的間接氣化冷卻器的熱交換效率卻達到了 85%比顯熱交換轉輪的熱交換效率高 5 溢右。同時，壓力損失在三種熱交換器中最小。圖 5 各種熱交換器性能比較綜上研究，開發(fā)了一種用于與各種分布型發(fā)電設備配套的熱電并給系統(tǒng)用新型高效吸附式除濕空調系統(tǒng)， 如圖 6 所示。 其運轉原理與現(xiàn)行的吸附式除濕空調系統(tǒng)基本相同，即首先對空氣進行除濕，然后再對其進行冷卻處理。該系統(tǒng)有如下的特性：（1）

11、根除了顯熱交換轉輪所存在的由換氣側向冷風側的水分攜帶問題及所謂交叉污染的問題；（2）提高了熱交換效率，降低了冷風的溫度及始值；（3）由于采用了排熱氣體直接用于除濕轉輪的再生，降低了廢熱鍋爐及熱水供水管等過程約 30%勺熱損失；（4）突破了現(xiàn)行的吸附式除濕空調系再生溫度只能達到 80C 的界限。再生效率可提高 2030%（5）減少了構成設備，降低了造價。4.實證實驗及其結果討論為了對上述空調系統(tǒng)的性能從實驗上加以確認，自 2001 年 1 月起，在株式會社西部技研辦公大樓設置了一臺冷風量為 5500m3/h 的吸附式除濕空調系統(tǒng)及與其配套的發(fā)電能力為 28kW 勺微型燃氣輪發(fā)電機所構成的一個熱電

12、并給系統(tǒng)。進行了為期 1 年的實證實驗。4.1 實證實驗裝置系統(tǒng)概要實證實驗是由開發(fā)的吸附式除濕空調系統(tǒng)（概要見表 2）,和美國 CapstoneTurbineCorporation公司制造的微型燃氣輪發(fā)電機(MicroGasTurbineGenerator,概要見表 3)所構成的熱電并給系統(tǒng)。該熱電并給系統(tǒng)設備配置如圖 7 所示。照片的左側為微型燃氣輪發(fā)電機，右側為新型吸附式除濕空調機。燃氣輪機發(fā)電機排生的排氣的溫度約為 275C。將其與用來冷卻發(fā)電機內(nèi)部構成設備的溫度約為 65c 的被稱為低溫排熱的空氣混合后， 直接用作吸附式除濕空調系統(tǒng)的驅動熱源一再生除濕轉輪。表 2 新型高效吸附式除濕

13、空調系統(tǒng)概要冷風風量 5,500m3/h 制冷能力*(夏季)顯熱： 9.4kW 合計： 53.4kW 潛熱： 44kW 加熱能力*(冬季)顯熱：46.1kW 合計：68.1kW 潛熱：22kW 外形尺寸 2200(H)×3380(L)×1450(W)運轉方式制冷、供暖、換氣(可切換)*制冷、加熱能力計算基準：外氣條件夏季：溫度 32C,相對濕度 65 修季：溫度 2C,相對濕度 57 魅內(nèi)條件夏季： 溫度 27C,相對濕度 55 修季： 溫度 22C,相對濕度 50%3 微型燃氣輪發(fā)電機概要制造廠商美國(CapstoneTurbineCorporation)發(fā)電能力28kW

14、燃料消費112.1kW發(fā)電效率 26%最高轉速 96,000rpm 排氣中 NOx9ppm(O2=15%)外形尺寸 2040(H)×2000(L)×800(W圖 7 實證實驗系統(tǒng)設備構成 4.2 系統(tǒng)運轉狀況及結果討論開發(fā)的這一吸附式除濕空調系統(tǒng)，不僅可以用于夏季的制冷，而且也可以用于冬季的供暖，及中間期的換氣運轉。這里，僅對夏季的制冷運轉實驗結果作詳細討論。由于該空調系統(tǒng)向空調室內(nèi)供給的空氣全部為新鮮的室外空氣，因此，其冷卻能力 CC(kW)可由下面的公式計算：其中為冷風量(kg/s),與分別為室外空氣 OA 和冷風 SA 的始值(kJ/kg)。從實驗數(shù)據(jù)中，選取了晴天(

15、圖 8)、雨天(圖 9)兩種典型的天氣狀況下的結果加以說明。在室外空氣溫度 2633C,相對濕度 5598%勺情況下，不論是晴天、還是雨天，該新型高效吸附式除濕空調系統(tǒng)都可以向空調對象室提供溫度為 1925C,相對濕度 4070%勺溫、濕度條件比較穩(wěn)定的冷風。冷風的溫度比室外空氣溫度約低 69C,絕對濕度也降低到室外空氣的一半以下。而且冷風的始值也只有室外空氣的 60 額下，換算為冷卻能力超過了設計值的 53kW以上。而且在外氣溫度變化 6C(2733C)的情況下，冷風的溫度僅變化 3C(2225C)。 冷風的溫度雖然受到外氣溫度的影響， 但其影響程度卻不是很大。止匕外，對圖 9 所示的運轉結

16、果進行考察發(fā)現(xiàn)：即使是相對濕度85%RH 勺雨天，該吸附式除濕空調系統(tǒng)也可以向室內(nèi)提供溫度 2224C,相對濕度45%-60%勺冷風。 圖10是將吸附式除濕空調系統(tǒng)運轉時外氣、冷風及室內(nèi)空氣的狀態(tài)在空氣給濕圖上描繪的結果。同時，將壓縮制冷式空調機的冷風空氣狀態(tài)也標繪在同一圖上。壓縮機制冷式空調機為了把空氣的濕度降到 12g/kg 以下，需要將空氣冷卻到 1316c（相對濕度達 95100%）。這樣的冷風直接吹到人身上會讓人感到很冷，時間長了會使人得空調病。而吸附式除濕空調系統(tǒng)所提供的冷風空氣卻是體感最舒適的狀態(tài)。雖然該空調系統(tǒng)所提供的冷風空氣溫度與壓縮機制冷式空調機吹曲的冷風溫度相比有些偏高，

17、但是兩者的始值卻相差無幾。4.3 熱電并給系統(tǒng)運轉結果表 4 給由了該系統(tǒng)運轉的一個結果。可見，開發(fā)的高效吸附式除濕空調系統(tǒng)與微型燃氣輪發(fā)電機所構成的新熱電并給系統(tǒng)的綜合能量利用率達到了 90.9%，比現(xiàn)行的熱電并給系統(tǒng)提高了 15%以上。圖 8 晴天條件時吸附式除濕空調系統(tǒng)運轉結果圖 9 雨天條件時吸附式除濕空調系統(tǒng)運轉結果圖 10 吸附式除濕空調系統(tǒng)運轉時外氣、冷風及其室內(nèi)空氣的狀態(tài)表 4 熱電并給系統(tǒng)運轉結果新熱電并給系統(tǒng)現(xiàn)行熱電并給系統(tǒng)項目（kVV 百分率（kVV 百分率投入能量 102.2100%112100%發(fā)電量22.522.0%2825%熱回收量70.468.9%5650%熱損

18、失量9.39.1%2825%能量利用率=6+90.9%（實測值）75%（設計最大值）吸附式除濕空調系統(tǒng)（實驗結果一例）溫度相對濕度絕對濕度室外空氣條件32C66.4%20.02g/kg冷風空氣條件 24C54.6%11.07g/kg空調制冷能力CO59.7kW,成績系數(shù)COP=0.855.結論對開發(fā)研制的高效吸附式除濕空調系統(tǒng)的基本構成、運轉原理、性能特性作了介紹。并對實證實驗結果作了詳細闡述與討論。得到以下結論：（1）開發(fā)的吸附式除濕空調系統(tǒng)與微型燃氣輪發(fā)電機所構成的熱電并給系統(tǒng)的綜合能量利用率達到了 90.9%,比現(xiàn)行的熱電并給系統(tǒng)提高了15 額上。 （2）在外氣溫度 32C,相對濕度 6

19、6.4%的條件下，吸附式除濕空調系統(tǒng)的冷風溫度為 24C,相對濕度 54.6%,外氣基準的制冷能力達到 59.7kW。（3）外氣溫度變化 6c 的情況下，冷風的溫度僅變化 3C。吸附式除濕空調系統(tǒng)的冷風的溫度雖然受到外氣溫度的影響，其影響程度不是很大。（4）與采用壓縮機制冷式空調機相比，吸附式除濕空調系統(tǒng)所提供的冷風空氣溫度雖然偏高， 但由于其濕度較低， 兩者的始值卻相差無幾。（5）該吸附式除濕空調系統(tǒng)從根本上解決了隨著顯熱交換轉輪的旋轉而產(chǎn)生的由換氣側向冷風側的水分攜帶問題及所謂交叉污染的問題。（6）該吸附式除濕空調系統(tǒng)向室內(nèi)供給的空氣全部為新風，可以大大提高 IAQO而且吸附式除濕空調系統(tǒng)

20、所提供的空氣處于體感最舒適的狀態(tài)，自然也就不會有空調病的問題。參考文獻1JurinakJJ,MitchellJW,BeckmanWA.Open-CycleDesiccantAirConditioningasanAlternativetoVaporCompressionCoolinginResidentialApplications.ASMEJournalofSolarEnergyEngineering,1984,106(8):252-2602KangTS,Maclaine-crossIL.HighPerformance,SolidDesiccant,OpenCoolingCycles.ASMEJournalofSolarEnergyEngineering,1989,111(5):176-1833FarooqS,RuthvenDM.NumericalSimulationofaDesiccantBedforSolarAirConditioningApplications.ASMEJournalofSolarEnergyEngineering,1991,113(5