干燥百科:太阳能再生式除湿换热器性能的实验分析

  • 2021-05-21 11:11:32
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刖言除湿空调依靠干燥剂除湿和蒸发冷却原理进行工作,可以实现温湿度单独控制。突出优点是采用对环境无污染的自然工质一水作为制冷剂,它克服了冷冻除湿和压缩空气除湿共有的电耗大的缺点,系统具有较大的通风量以及干燥剂能除去空气中污染物而能保证室内空气品质。对于固体干燥剂除湿空调,干燥剂释放的吸附热会导致除湿过程偏离理想等温除湿而影响吸湿性能。上海交通大学葛天舒等提出了理想的转轮式无限多级除湿空调的基金项目:国家科技支撑计划项目(2008BA12B01);上海交通大学SMC晨星青年学者奖励计划项目:彭作战,(1979-),男,硕士概念,理论上证明此理想流程具有*小的不可逆损失、系统的驱动热源温度*低而且系统的####除湿量*大,阐明实现该过程对于解决吸附热对除湿性能影响具有重要作用。北京航空航天大学袁##等提出了一种新型内冷却紧凑式固体干燥剂除湿器并建立了数学模型,采用数值模拟的方法对该除湿器进行了再生和除湿周期性切换的性能动态模拟3,该除湿器通过在次边通以气流对主边流道进行冷却,能够有效带走吸湿过程产生的吸附热。

本文研制的“太阳能再生式除湿换热器”采用在管内通以冷却水的方法来解决干燥剂的吸附热问题;并在吸湿完全后的除湿换热器管内通以太阳能热水来实现快速再生。

冷却水或热水1除湿换热器的结构及原理本文提出的“再生式除湿换热器”,其结构形式和换热原理类似于翅片管式换热器,如所示。

除湿换热器金属结构为铜管和铝翅片,干燥剂(本文所用的干燥剂为硅胶)通过粘结剂均匀地涂覆在铜管外表面以及翅片表面(如所示),空气流在此侧与干燥剂进行热湿交换,冷却水或热水在铜管内流动。其工作原理如所示:在除湿换热器管内通以热水而对干燥剂持续加热,干燥剂的水分被释放出来并被排风带走,即再生作用;在再生完全后的除湿换热器管内通以冷却水,冷却水带走干燥剂吸附水分时放出的吸附热以维持干燥剂表面较低的水蒸气分压力来吸附空气中水分,即除湿作用。

除湿换热器工作原理如所示,本除湿装置包括:冷却塔系统、太阳能热水系统、除湿换热系统,除湿换热系统又分为处理区和再生区,三个系统通过水管连接。

空调降温季节,在再生完全后的除湿换热器1内管通以来自冷却塔系统的冷却水,冷却水能带走干燥剂吸附水分时放出的吸附热以维持干燥剂表面较低的水蒸汽分压力来完成除湿过程,处理空气在双向风机1的作用下经送风口送往室内;与此同时,在吸湿完全后的除湿换热器2内管通以来自太阳能热水系统的热水,热水对干燥剂由内到外地持续加热,干燥剂的水分被加热释放出来后由双向风机2排到室外,完成再生过程。在夏季工况下,经过除湿换热器处理的送风,可以达到降低温度及除湿的理想效果。通过对再生区和处理区的功能切换可以保证上述系统能连续地除湿。

采暖季节,在吸湿完全后的除湿换热器2内管通以来自太阳能热水系统的热水,热水对干燥剂由内到外地持续加热,干燥剂的水分被加热释放出来后在双向风机2的作用下从送风口送往室内完成加湿过程。与此同时,在再生完全后的除湿换热器1内管通以来自冷却水系统的冷却水,排风由排风口出来后进入除湿换热器1,除湿换热器1吸收空气的水分,除湿后的空气在双向风机1的作用下排到室外;在冬季工况下,经过除湿换热器处理的送风,可以达到升高温度及加湿的理想效果。通过对再生区和处理区的功能切换可以保证上述系统能连续地加湿。

2性能。可以看出无论是系统的除湿量还是COPth都随处理空气进口含湿量的增加而明显提高。当处理空气进口含湿量从9.3g/kg提高到13.9g/kg时,除湿率提高约7.7%,COPA提高0.22左右。处理空气的水蒸气分压力随进口含湿量的增加而明显升高,强化了空气与除湿剂之间的质量传递,换言之,增强了系统的除湿效果和处理潜热负荷的能力,因此整个系统的性能大幅度上升。此类系统更适用于中、高湿地区使用。

系统太阳能除湿利用率的计算式为:其中太阳能集热器效率n是决定太阳能除湿利用率的一个主要参数,计算式为:Ti集热器进口水温(C);I-太阳辐照度(W/m2)。

预测系统在表3所示的运行参数下随进口温湿度和太阳辐照度变化的太阳能除湿利用率。计算结果如所示。结果显示,1)在太阳辐照度相同的情况下,太阳能利用率随着进口温湿度的增加而增加。在太阳辐照度和集热器进口水温一定的情况下,太阳能集热器效率ns环境温度的升高而增大,同时系统的COPth随空气进口温湿度的增大而提高,因此由式⑴可知看出太阳能利用率随之提高。2)当进口温湿度保持不变,太阳能利用率随太阳辐照度的增大而升高。当进口温湿度一定时,系统的COPth保持,太阳能集热器效率随太阳辐照度的升高而增大,因此太阳能利用率随之提高。3)在给定的太阳能辐射强度和环境工况下,太阳能除湿利用率的范围约为10%-30%. 3系统的性能分析通过以上计算分析可以看出:除湿换热器可以在较低的再生温度(6080C)下运行,目前的太阳能集热置通常都可以提供这样的温度,因此,本文所提出的除湿换热器可以采用太阳能再生。在以上分析的基础上,该部分对除湿换热器与太阳能集热装置结合的整体系统性能进行分析。本文采用太阳能除湿利用率作为评价太阳能驱动再生式除湿换热器的性能指标,计算太阳能再生除湿换热器在不同太阳能辐射强度下的太阳能除湿利用率。

表3系统运行参数参数基准值变化范围太阳能集热器面积(m2)冷却水流量(L/h)处理风量(m3/h)处理空气入口含湿量(g/kg)太阳能辐照度(W/m2)处理空气入口温度(C)集热器进口水温(C)再生热水进口温度(C)冷却水进口温度(C)4结论本文建立了太阳能再生式除湿换热器除湿空调的实验装置。给定条件下,测试了除湿换热器的主要性能,测量了除湿性能对处理空气流速、再生热水温度和空气进口含湿量的敏感性,此外,预测了太阳能驱动除湿换热器系统的太阳能除湿利用率。所得到的主要结果总结如下:(1)系统的除湿率随再生温度的升高而增大;而系统热能COPth随再生温度的升高先增大后减小,在本文给定工况下,再生温度为70C左右系统热能COPtll*佳,此类系统能很好地与太阳能等低品位能源利用相结合。

系统的除湿率随处理风速的增大而减小;系统热能COPth随风速的增大先增大后减小,在本文给定工况下,处理风速为1.5m/s时具有*佳的热能COPA.系统的除湿率和系统热能COPth均随处理空气进口含湿量的升高而增大,换言之,该除湿换热器更适用于中、高湿地区。

除湿换热器在给定的太阳能辐射强度和环境工况下的太阳能除湿利用率的范围为10%-30%.此类换热器有望在太阳能空调,环境湿度处理等领域获得广泛应用。

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