熱致濃度差兩級雙溶液除濕系統(tǒng)理論與實驗研究

1、熱致濃度差兩級雙溶液除濕系統(tǒng)理論與實驗研究溶液除濕系統(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,具有獨立控制濕度、節(jié)能和環(huán)保等突出特點。所使用工質(zhì)除濕溶液具有強大蓄能能力,在太陽能利用方面具有顯著優(yōu)勢。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到需要范圍,實際系統(tǒng)溶液濃度變化?。ㄐ∮?%,約0.2%）,導(dǎo)致蓄能能力未得到有效開發(fā)利用,同時也限制了溶液除濕系統(tǒng)的能量利用效率進一步提高。基于此,本文開展了以下研究工作: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。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/再生過程溶液溫差,系統(tǒng)熱力性能系數(shù)進一步提高了25.9%,火用效率增加了23.0%。其次,搭建兩級雙溶液大濃度差除濕系統(tǒng)實驗臺,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。實驗驗證了系統(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)均能處理空氣絕對含濕量達到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)濕負荷比例在2060%之間?？諝獾牧魉俸腿芤旱某跏紳舛葘Τ凉裥阅苡绊懽顬轱@著,而再生性能則對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,計算結(jié)果與實驗結(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,深入分析了兩級雙溶液大濃度差除濕過程和再生過程的熱質(zhì)傳遞特性。研究發(fā)現(xiàn),在給定工況下(空氣與溶液進口

4、溫度分別為34oC和30oC)溶液除濕過程中約有70100%的除濕釋放熱量被溶液所吸收。對表征除濕過程和再生過程傳熱和傳質(zhì)情況的氣液界面Nusselt數(shù)和Sherwood數(shù)進行分析,結(jié)果表明采用兩級除濕/再生能夠增強氣液間傳熱傳質(zhì)效果。空氣側(cè)Nusselt數(shù)和Sherwood數(shù)分別在415和314之間，主要沿著空氣流動方向逐漸下降。除了進口段有小幅增大外,溶液側(cè)的Nusselt數(shù)在除濕/再生過程中均穩(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，主要是因為溶液側(cè)傳質(zhì)邊界層的發(fā)展速度比熱邊界層慢。論文還分析了兩級雙溶液大濃度差(5%)太陽能除濕空調(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小時連續(xù)除濕,而且通過季節(jié)蓄能,顯著提高了太陽能保證率和系統(tǒng)熱力性能系數(shù)。與小濃度差運行模式(0.2%)相比,兩級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,兩級雙溶液除濕系統(tǒng)熱力性能系數(shù)提高了20.3%,而太陽能保證率提高了51