除濕法空調(diào)及系統(tǒng)

1、除濕法空調(diào)及系統(tǒng)摘要：本文綜合了各種濕度控制方式，總結(jié)出液體除濕方式的優(yōu)勢(shì)。該方式對(duì)進(jìn)步空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行性能，優(yōu)化城市能源構(gòu)造有重要意義。關(guān)鍵詞：獨(dú)立除濕，溶液，三聯(lián)供，能效比1.引言空調(diào)的濕負(fù)荷主要來(lái)自室內(nèi)人員的產(chǎn)濕及新風(fēng)中的濕，這局部濕負(fù)荷在總的空調(diào)負(fù)荷中占20%40%，是整個(gè)空調(diào)負(fù)荷的重要組成局部。目前，常用的空調(diào)形式的空氣處理方式為采用表冷器降溫除濕。這樣為了滿(mǎn)足除濕的要求，經(jīng)常要把空氣冷到很低的溫度。如滿(mǎn)足室內(nèi)舒適性需求的空氣溫度為24，露點(diǎn)為14，為了實(shí)現(xiàn)除濕的目的，冷凍水的溫度要低到7，而冷機(jī)的蒸發(fā)溫度低到2-5。不難看出，需要在溫度為24的熱源下取熱以滿(mǎn)足降溫要求，而需要在14下取

2、熱以滿(mǎn)足除濕要求。冷源的低溫要求首先是為了滿(mǎn)足除濕要求而設(shè)定的，假設(shè)只是為了降溫，蒸發(fā)溫度可以高的多。為了除濕在冷凝過(guò)程中把干空氣也冷到了同樣低的溫度，某些情況下還需要再熱來(lái)滿(mǎn)足送風(fēng)溫度的要求，這也造成能量的浪費(fèi)。所以，需要一種可以獨(dú)立除濕的手段，把除濕和降溫過(guò)程分開(kāi)，從而使用溫度較高的冷源就能把空氣處理到送風(fēng)狀態(tài)，進(jìn)步制冷機(jī)的效率，也可進(jìn)步室內(nèi)的舒適性。本文對(duì)目前各種除濕方法進(jìn)展分析比擬，進(jìn)而給出一種通過(guò)液體除濕實(shí)現(xiàn)空調(diào)的方法。2現(xiàn)有的除濕方法及吸附除濕過(guò)程的根本原理2.1幾種現(xiàn)有除濕方法除濕有很多方法，歸納起來(lái)如下表：除濕原理除濕方式特點(diǎn)通過(guò)降低空氣中飽和含水量的方法使水份析出冷凝除濕效率

3、低如引言所述將空氣加壓冷凝干空氣也同時(shí)被壓縮，功耗大營(yíng)造一個(gè)外部吸濕源來(lái)吸收空氣中的濕膜法除濕另一側(cè)抽真空依靠膜兩側(cè)的水蒸氣分壓差抽真空方法同樣耗功很大，另外對(duì)膜的強(qiáng)度也有很高的要求另一側(cè)加熱再生依靠膜兩側(cè)的水蒸氣化學(xué)勢(shì)差膜本身很薄，膜兩側(cè)的溫差很小，而溫差又是產(chǎn)生化學(xué)勢(shì)差的原因，所以，導(dǎo)致膜兩側(cè)的傳濕動(dòng)力很小，不可行利用吸附材料吸濕固體吸附材料多孔材料：硅膠，活性炭，沸石分子篩，氧化鋁凝膠，有機(jī)物及鹽類(lèi)：高分子材料，氯化鋰晶體等液體吸附材料溴化鋰，氯化鋰，氯化鈣，乙二醇，三甘醇等2對(duì)表中各種除濕方式比擬可以看出，利用吸附材料除濕是現(xiàn)有的除濕方式中可以實(shí)現(xiàn)濕度獨(dú)立控制的較為可行的方式。2.2吸

4、濕材料除濕根本原理采用液體和固體吸濕材料除濕1.4的系統(tǒng)出現(xiàn)于本世紀(jì)50年代，之后蓬勃的開(kāi)展起來(lái)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種形式的系統(tǒng)。篇幅所限，這里不做介紹。吸濕劑完成整個(gè)除濕-再生循環(huán)的狀態(tài)變化如下列圖所示：圖1吸濕劑狀態(tài)的變化采用固體吸附材料除濕的系統(tǒng)，有固定床式和轉(zhuǎn)輪式兩種。固定床式固體吸附除濕裝置是通過(guò)改變空氣測(cè)流向?qū)崿F(xiàn)間歇式的吸濕再生；轉(zhuǎn)輪式除濕得到了更廣泛的應(yīng)用，它可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的除濕和再生。這兩種除濕方式有著致命的弱點(diǎn)就是動(dòng)態(tài)的運(yùn)行過(guò)程，期間混合損失大，影響效率，另外，這種形式很難實(shí)現(xiàn)等溫的除濕過(guò)程，而除濕過(guò)程釋放出的潛熱使除濕劑的溫度升高，吸濕才能大打折扣，整個(gè)過(guò)程傳熱傳質(zhì)的不可逆損失大，效

5、率不高。相對(duì)于固體吸附材料，由于液體具有流動(dòng)性，采用液體吸濕材料的傳熱傳質(zhì)設(shè)備比擬容易實(shí)現(xiàn)；另外，液體除濕過(guò)程容易被冷卻，從而實(shí)現(xiàn)等溫的除濕過(guò)程，不可逆損失可以減校所以采用液體吸收除濕的方法有可能到達(dá)較好的熱力學(xué)效果。圖2、圖3是帶有不同濃度溶液的飽和分壓力線(xiàn)的濕空氣的溫濕圖。圖2是液體除濕中溶液狀態(tài)變化過(guò)程，1-2是除濕過(guò)程，溶液濃度升高，同時(shí)假設(shè)采用逆流、冷卻等手段，該過(guò)程可以近似等溫甚至降溫進(jìn)展；2-3-4是溶液被加熱、再生的過(guò)程，該過(guò)程需要提供熱量，使溶液中的水份蒸發(fā)，溶液變濃；4-1溶液被冷卻，再進(jìn)入除濕器除濕。圖3表示的是液體除濕中空氣的狀態(tài)的變化過(guò)程，雙線(xiàn)表示除濕的過(guò)程，單線(xiàn)表示

6、再生的過(guò)程。圖2吸濕溶液的循環(huán)過(guò)程圖3除濕及再生空氣的循環(huán)過(guò)程3液體除濕空調(diào)系統(tǒng)液體除濕系統(tǒng)開(kāi)展已經(jīng)有40幾年的歷史，應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)了諸多問(wèn)題，如開(kāi)場(chǎng)使用的溴化鋰、氯化鋰溶液對(duì)管道、設(shè)備有強(qiáng)腐蝕性，而一些有機(jī)的溶液如三甘醇有揮發(fā)性，有機(jī)物彌漫在空氣中，會(huì)危害人體安康；由于稀釋和再生過(guò)程都為變溫過(guò)程，不可逆損失大，導(dǎo)致該類(lèi)系統(tǒng)的效率很低，產(chǎn)出冷量與消耗的再生熱量的比能效比一般在0.3左右。上述的問(wèn)題如今已經(jīng)根本得到理解決：使用塑料材料可以防止鹽溶液的腐蝕，而且本錢(qián)較低，鹽溶液不會(huì)揮發(fā)到空氣中影響污染室內(nèi)空氣；通過(guò)對(duì)調(diào)整工藝流程，可以得到接近等溫的除濕與再生過(guò)程，實(shí)現(xiàn)較高的能效比。3.1液體降濕系

7、統(tǒng)的能耗分析要進(jìn)步液體除濕系統(tǒng)的能耗，首先要分析原有的液體除濕系統(tǒng)能耗低的原因。傳統(tǒng)的液體除濕空調(diào)系統(tǒng)除濕器溶液的流量很大，濃溶液和稀溶液的濃度差在2%左右。這樣盡管在除濕過(guò)程中采取一些冷卻的措施來(lái)減小由于溶液溫升導(dǎo)致其吸濕才能的下降，但是傳質(zhì)過(guò)程中的水蒸氣分壓差造成的不可逆損失仍然很大。如下列圖所示：上述過(guò)程導(dǎo)致的直接后果是再生溫度高，從而再生器的效率低。由于解決上述問(wèn)題的方法是采用分級(jí)除濕的思路5，即在除濕的過(guò)程鹽溶液的濃度是隨著濕空氣濕度的變化而變化的，同時(shí)每一級(jí)都采取相應(yīng)的冷卻措施。這樣，如圖5所示，傳熱溫差，傳質(zhì)的濃度差會(huì)大大減小，從而減小了除濕過(guò)程的不可逆損失。充分的利用了溶液的吸

8、濕才能，即在吸收同樣多的濕量的情況下，分級(jí)的方法可使得溶液的濃度差到達(dá)10%左右。這樣送回再生器的溶液的濃度降低了，更容易被再生，從而減少了高溫?zé)嵩吹南?。根?jù)質(zhì)量平衡關(guān)系，采用了分級(jí)思想的除濕器溶液的流量會(huì)因?yàn)闈舛炔畹脑龃蠖冃?，而小流量?huì)減小氣、液的接觸面積。為了強(qiáng)化換熱，保證除濕器每一級(jí)內(nèi)的溶液流量很大，而級(jí)與級(jí)之間的流量很校這樣即保證了換熱有充分的接觸面積，又使得溶液進(jìn)出口可以實(shí)現(xiàn)高的濃度差。整個(gè)除濕器的流程如圖6所示，圖中的數(shù)據(jù)是一組實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其中，除濕過(guò)程不斷被冷卻，冷卻水一局部來(lái)自室外的冷卻塔，一局部來(lái)自室內(nèi)回風(fēng)。對(duì)室內(nèi)回風(fēng)的焓的回收也使得整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的能效比大大進(jìn)步。圖6除濕器

9、流程圖對(duì)于再生器也要采用分級(jí)的思想，用高溫的熱源再生比擬濃的溶液，用比擬低溫的熱源再生比擬稀的溶液，這樣使得熱源的利用效率進(jìn)步。圖7是一種分級(jí)再生器的思想，圖中的溫度都為設(shè)計(jì)溫度。定義以下幾個(gè)參數(shù)：其中，EERliquid為液體除濕空調(diào)的能效比，Q為得到的冷量，k；Qh為再生器的加熱量，k。對(duì)于除濕器，由于冷卻水的引入，使得整個(gè)過(guò)程近似等溫的進(jìn)展，被處理的室外空氣狀態(tài)為：33.9,22.3g/kgair,焓值為91.3kJ/kgair，出口狀態(tài)為39.4,6g/kgair，該空氣經(jīng)過(guò)與室內(nèi)回風(fēng)間接蒸發(fā)冷卻，狀態(tài)被處理至22，6g/kgair，焓值為37.3kJ/kgair。之后，空氣被等焓加濕

10、到送風(fēng)狀態(tài)17?？諝馓幚淼撵什顬?4kJ/kgair，除濕量d為16.3g/kgair。i為被處理空氣的焓差，那么Q表示為：Q=i=91.3-37.3=54kJ/kgair如圖7中的一個(gè)熱水進(jìn)水溫度為90，出水溫度為65的再生器，設(shè)計(jì)的空氣進(jìn)口狀態(tài)為33.9，含濕量din為22.3g/kgair，焓值iin為91.3kJ/kgair,換熱器的溫差按照5計(jì)，得再生空氣的出口狀態(tài)為58，含濕量dut48g/kgair,焓值iut為183.4kJ/kgair,這樣，每除去1g水，再生器需要的加熱量q為：，再根據(jù)除濕器的數(shù)據(jù)，得到：可見(jiàn)在熱源最高溫度為90的情況下，采用該方式可以比采用同樣熱源驅(qū)動(dòng)的吸

11、收式制冷機(jī)有更高的效率。3.2集中再生的液體除濕空調(diào)系統(tǒng)將液體除濕系統(tǒng)的空氣處理局部和再生局部分開(kāi)，并且多個(gè)空氣處理局部共用一個(gè)再生器，構(gòu)成如圖8所示的集中再生的液體除濕空調(diào)系統(tǒng)。集中的再生器可采用多級(jí)回?zé)岬男问揭赃M(jìn)步其效率。濃溶液分出各個(gè)支路通往空氣處理模塊，吸濕后的稀溶液通過(guò)管路流回再生器再生，如此循環(huán)。溶液的回路帶有儲(chǔ)液灌，起到了蓄能調(diào)峰的作用。末端的空氣處理模塊有兩股空氣流過(guò)，即被處理的空氣3和起冷卻作用的空氣2，被處理的空氣被除濕并冷卻，放出的熱量被排風(fēng)吸收，排到大氣中。還有一小局部經(jīng)過(guò)除濕的干空氣通過(guò)蒸發(fā)冷卻的方法產(chǎn)生冷水可以冷卻除濕后溫度較高的送風(fēng)到達(dá)適宜的送風(fēng)溫度，如圖中的11

12、所示。1送風(fēng)2冷卻空氣進(jìn)口3被處理空氣進(jìn)口4濕熱排風(fēng)5空氣處理模塊6濃溶液7稀溶液8儲(chǔ)液灌9再生熱源10再生器11間接蒸發(fā)制冷模塊12表冷器圖8集中再生的液體除濕空調(diào)系統(tǒng)采用液體除濕空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備相比，主要的換熱部件采用塑料材料，防腐蝕而且價(jià)格低廉，溶液的管道尺寸小且無(wú)需外保溫，這些都使得設(shè)備的本錢(qián)很低。相比之下，溶液的投資占了整個(gè)系統(tǒng)投資的主要局部，綜合下來(lái)，整個(gè)系統(tǒng)的投資會(huì)低于傳統(tǒng)的空調(diào)方式。3.3液體除濕系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)采用液體除濕空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)相比有以下優(yōu)勢(shì)：1.熱負(fù)荷、濕負(fù)荷分開(kāi)處理，防止了過(guò)度冷卻和再熱的損失，有較高的能源利用效率并進(jìn)步了室內(nèi)的舒適程度：2.通過(guò)

13、溶液的噴灑可以除去空氣中的塵埃、細(xì)菌、霉菌及其他有害物；同時(shí)由于防止了使用有凝結(jié)水的盤(pán)管，也消除了室內(nèi)的一大污染源；可采用全新風(fēng)運(yùn)行；進(jìn)步了室內(nèi)空氣品質(zhì)；3.可使低溫有熱源驅(qū)動(dòng)，為低品味熱源的利用提供了有效的途徑；4.可以方便的實(shí)現(xiàn)蓄能，系統(tǒng)中設(shè)儲(chǔ)濃溶液的容器，負(fù)荷小的時(shí)候儲(chǔ)存濃溶液，負(fù)荷大的時(shí)候用來(lái)除濕，從而減小了系統(tǒng)的容量和相應(yīng)的投資；單位質(zhì)量蓄冷才能為冰的蓄冷才能的60%，而且無(wú)需保溫等措施。5.整個(gè)設(shè)備各個(gè)部件構(gòu)造簡(jiǎn)單，節(jié)省初投資。4應(yīng)用前景展望隨著我國(guó)城市能源構(gòu)造的調(diào)整，天然氣將成為重要的城市能源，燃?xì)?蒸汽結(jié)合循環(huán)是天然氣利用的理想的方式3。在該方式中，一年四季都需要有熱負(fù)荷。在冬

14、季，燃?xì)?蒸汽結(jié)合循環(huán)所提供的熱能可用來(lái)供暖；在夏季，該熱源用于空調(diào)中有以下幾種方式：采用集中的制冷機(jī)，送冷水到用戶(hù)，由于冷水的溫差小，冷水流量就會(huì)很大，造成管路初投資、冷水的輸運(yùn)損失都很大；還有一種方法是送熱水來(lái)驅(qū)動(dòng)末端用戶(hù)的吸收機(jī)，這種方法的問(wèn)題在于所提供的熱水溫度不是很高，導(dǎo)致吸收機(jī)的能效比下降，一般只有0.4-0.6左右，這種方法根本上也不可行。根據(jù)本文前面的介紹。采用液體除濕空調(diào)系統(tǒng)無(wú)疑是理想的選擇。5總結(jié)綜合各種除濕方式，液體除濕法空調(diào)是可以實(shí)現(xiàn)濕度獨(dú)立控制的空調(diào)方式，防止了冷凝除濕的能源浪費(fèi)，并且該方式可以利用低品位的熱源溫度為90來(lái)驅(qū)動(dòng)，而且具有較高的效率。而目前其他已有技術(shù)對(duì)

15、于應(yīng)用這樣低溫的熱源制冷沒(méi)有什么令人滿(mǎn)意的方法。其應(yīng)用在熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)中，是優(yōu)化城市能源構(gòu)造的有效的方式。參考文獻(xiàn)1.Desiantlinganddehuidifiatin,1992,p33-39,AerianSietyfHeating,Refrigerating,andAir-nditiningEngineers,In.,Atlanta.2.S.YunusAhed,P.Gandhidasan,1998TherdynaianalysisfLiquidDesiants,Slarenergy,Vl.62,pp,11-183.FuLin,JiangYi,YuanEixing,QinXuzhng,2001,Influeneandreturnaterteperaturesntheenergynsuptinfadistritl