蓄能型太阳能液体除湿空调性能研究

液体除湿空调在常压开放环境中工作，以湿空气为工作介质，水为制冷剂，依靠干燥剂除湿和蒸发冷却原理实现制冷循环。突出优点是处理空气量大，控制环境相对湿度稳定，易于利用太阳能、余热等形式的低位热能，特别是与常规空调装置结合，以液体除湿装置处理空气湿负荷，蒸汽压缩空调处理空气显热负荷，具有显著的节能效果，还能在改善室内空气品质方面发挥一定作用。因此近年来，在太阳能制冷和暧通空调领域有关该技术涉及的各种问题的研究工作非常活跃。
液体除湿空调装置的核心部件为除湿器和再生器，实际上是一种气-液接触装置，通过空气和除湿剂溶液的热质交换完成除湿和再生过程。典型的结构形式有填料塔式、喷淋式和有冷却盘管的喷淋室等。填料塔因几何结构简单，气-液接触表面积大，传热传质效果好等原因应用多，特别是“结桕式填料”，通过合理的结构设计和材料选择，可以达到很好的使用效果m.与其他太阳能利用系统类似，太阳能液体除湿空调也存在由于太阳辐射随天气、昼夜和季节变化带来的运转不连续和性能波动问题，要保证系统稳定连续运转，必须采取蓄能措施。
本文研究的太阳能液体除湿空调采用一种蜂窝纸基填料结构，其特点是湿强度篼、气-液接触面积大、耐腐蚀等，既可用于除湿器，还可作为直接蒸发冷却器的篼效蒸发表面材料。尤其采用了利用液体除湿剂溶液浓度差进行蓄能的新型方法也称太阳能热化学储存方法。该蓄能方法蓄存的是太阳能空调系统的制冷和除湿能力，与传统的显热和潜热蓄存能量形式有所不同，特点是蓄能密度高，同时能量蓄存过程中不存在因储能介质存在与周围环境的温差造成的热损失。采取这种蓄能措施后，太阳能空调系统性能有望大幅改善。
本文主要对采用了新型填料结构的太阳能除湿空调系统性能进行分析，特别对系统采取太阳能热化学储存措施后系统性能改善效果进行深人探讨。
蓄能型太阳能液体除湿空调系统简太阳能再生装置I2热器（1）* 3浓除湿剂溶液储箱》4换热器（2h5叉流式液体干燥剂除湿器|6叉流式直接蒸发冷却器* 7叉流板式气气换热器，8水泵》9浓溶液泵》10稀溶液泵，11风机U12风机2 2系统介绍本文研究的太阳能液体除湿空调系统示于。包括叉流式液体干燥剂除湿器，太阳能干燥剂再生装置，直接蒸发冷却器，换热器，水泵，溶液泵，风机等。系统运行涉及两种液体和两股气流循环。一是液体干燥剂溶液循环，二是涉及蒸发冷却过程的冷却水循环>气流包括用于除湿操作的处理空气以及间接蒸发冷却装置中的冷却气流。
其中蒸发冷却器有两个作用，一是冷却再生后的浓除湿剂溶液，提高除湿器除湿效果，二是为间接蒸发冷却环节中的叉流式气-气换热器提供冷源，冷却除湿后的处理空气。在除湿器中，液体除湿剂溶液被送至装置顶部的布液器，经喷淋后在填料结构-纸蜂窝表面形成液膜，处理空气在风机作用下进入除湿器，在蜂窝纸间隙内与除湿剂溶液接触，液体除湿剂溶液表面水分蒸汽压低于处理空气中的水蒸气分压，处理空气中的水分被吸收实现除湿操作；吸收水分后的除湿剂溶液必须经再生恢复吸湿能力后才能继续使用。再生过程依靠太阳能加热进行，再生装置实际上也是一个开放式太阳能集热器，稀溶液首先泵送至集热器上部，经喷淋装置在涂有选择性涂层的倾斜表面上缓慢流下，经太阳能加热后吸收的水分释放出来排放至周围环境，除湿剂溶液同时被浓缩，这部分溶液首先对除湿器过来的稀溶液进行预热，降温后进一步由来自蒸发冷却装置的冷却水冷却至合适温度后，吸湿能力恢复，送人除湿器继续除湿。直接蒸发冷却器采用与除湿器相同的结构形式，由于蒸发冷却作用，空气经蒸发冷却过程处理后温度降低，湿度增加。由于混合热效应，经除湿器处理后的空气温度上升，湿度下降。直接蒸发冷却装置处理后的冷却空气作为冷源送入叉流气气换热器，对经除湿气处理后的工作气流进行冷却降温，至理想温湿度条件后送人调节空间。这里采用的液体干燥剂为40的化钙溶液。
所示为除湿器和直接蒸发冷却器中使用的蜂窝纸基填料结构，其特点是湿强度篼，耐腐蚀性强，用作气液接触装置具有比表面积大，传热传质效果好等突出优点。
蜂窝纸填料结构示意图蓄能型太阳能液体除湿空调性能研究3性能计算方法我们编制了专用程序对上述系统的性能进行分析，该程序包括如下几个环节：液体干燥剂除湿和再生，间接蒸发冷却，蓄能转换过程等。其中计算液体干燥剂除湿和再生过程的数学模型，以及计算叉流式直接蒸发冷却装置性能的计算方法均采用作者以往发展的方法。关于液体干燥剂太阳能热化学储存过程的能量转换分析方法系W.Kessling，etal⑷等推荐。
为了对系统性能进行评估，我们定义了如下系统性能系数：太阳能辐照度；A是再生装置太阳能集热面积。根据，单位体积的液体干燥剂溶液储能密度可表示为：热是液体除湿剂溶液的体积流量，ay是单位质量湿空气的除湿量，数值上等于处理空气进出口湿度差。
4系统性能假定除湿剂溶液与循环冷却水流量相同，工作气流与间接蒸发冷却过程冷却气流流量相同。在如表1所列条件下，对所示系统性能进行了分析。
如无特别声明，表中参数在分析过程中保持不变。系统在通风模式下工作，工作气流全部为新风，而蒸发冷却过程所用气流来自室内排气。系统中使用的液体干燥剂为质量百分比40的化钙溶液。若工作气流进口条件设为ARI工况：35t：，40，计算结果表明系统COP仅有约0. 2，储能密度SCP与报道的理想储能密度相比也要小很多，主要是受实际传热传质效果和装置的构造尺寸限制。另外，此系统在处理湿负荷即从湿空气中去除水分方面效果较好，但在降温效果方面主要依赖间接蒸发冷却效应，出口温度偏篼O20T.要使系统出口温度降低至舒适性要求，需配备辅助空调装置。此外，通过改变系统结构和运行参数等也可使系统性能得到进一步改善。下面对进口工作气流的相对湿度和温度，液体干燥剂溶液的质量流量等参数变化对系统性能的影响进行了分析。
表1系统有关结构和运行参数列表参数取值参数取值除湿器结构蒸发冷却器尺寸结构尺寸篼宽通道长度当童间距当量间距气流来流速度太阳能再生加热换热器效能装置集热效率除湿剂溶液线流循环水线流量童5分析讨论给出了除湿器人口空气相对湿度和温度的变化对系统COP的影响。系统COP受温湿度条件影响很强，进口温湿度越篼，系统COP越大。条曲线对应入口空气温度26. 7*C，若相对湿度从5090变化，系统COP从0.11增加到0*8.第二条曲线对应人口空气温度35T：，随相对湿度在4090范围内变化，系统COP从0.15增加到1.71.还表示出了除湿液浓度对系统性能的影响，在不考虑溶液结晶问题影响下，浓度越篼，系统性能越好。如所示，显然使用45化钙溶液效果比40的化钙溶液效果好。
环境温度和相对湿度变化对系统COP的影响液体干燥剂储能密度scp随溶液质童流量的变化示于。如图中所示，除湿剂溶液流量越小，21世纪太阳能新技术储能密度越高。
SCP随除湿剂旗量流置的变化在不考虑传热传质装置具体尺寸的条件下，影响储能密度的因索还包括处理空气的温度和湿度等条件。度越高，湿度越大，越能够提高储能密度，这表明液体除湿空调系统在热湿气候地区应用具有优势。本文计算所得SCP远小于w报道的40化钙除湿剂溶液的理想储能密度，主要是由于处理空气经除湿器后其水蒸气分压未降低至与除湿剂溶液平衡蒸汽压相等的程度，要实现这样的指标，一方面要除湿器尺寸足够大，有充分大的传热传质表面积保证传热传质效果，另一方面在除湿过程中必须将产生的混合热带走，即实现等温除湿。进*步的工作应该从改善COP和SCP两方面对系统进行深入的优化。
6结论所研究的太阳能液体除湿空调系统适用于热湿气候条件，在处理湿空气潜热负荷方面，具有的优势，环境温湿度越篼，系统性能越好。在给定条件下，对除湿剂质童流量的分析表明系统储能密度受除湿剂溶液的质量流量影响很大，流量越大，储能密度越小。同时系统性能还与除湿剂溶液的浓度有关，在不发生结晶的条件下，除湿液浓度越高，系统性能越好。研究发现，实际系统的储能效果远小于理想条件下的化钙溶液储能密度，主要受除湿器结构和运行等条件限制，进一步的工作应从系统结构优化和运行控制方面开展工作。