溶液除濕空調系統的實驗研究

2012-08-03 08:22:26梁玉紅裴清清

制冷 2012年3期

梁玉紅,裴清清

(廣州大學土木工程學院,廣州510006)

1 引言

在室內環境控制過程中,除了熱濕環境外,室內的空氣品質也受到越來越多的關注。傳統空調系統中,溫濕度聯合處理,為滿足濕度要求,采用冷凝除濕方式進行除濕,冷水溫度須低于空氣的露點溫度,造成了能源利用品位上的浪費,甚至有些場合還需要對空氣進行再熱處理,這就造成了能源的進一步浪費;通過冷凝方式對空氣進行調節,空調機組的熱濕比只能在一定的范圍內變化,難以適應室內熱濕比的變化,而且大多數空調夏季運行時表面潮濕,為各種微生物的滋生提供了條件,這都是傳統空調系統中存在的弊端。隨著人們生活水平的提高,對室內環境的要求也越來越高,這就促進了新的空調方式的發展。

本文中的溶液除濕空調系統由除濕器、再生器、全熱回收單元和一個制冷循環組成,利用吸濕性很強的除濕溶液控制新風的濕度,使新風能夠承擔室內全部的濕負荷,達到了調節室內空氣濕度的目的。夏季,蒸發器和冷凝器與溶液之間的換熱實現了溶液的再生和對送風溫度的控制。由于溶液除濕空調系統可以與制冷系統聯合運行,實現溫濕度獨立控制,避免因再熱產生的不必要能源消耗,從而產生了較大的節能效果[1-2]。溶液除濕空調系統還有凈化室內空氣、消毒等作用,因此對它的運行性能研究具有一定的意義,近幾年得到了較快的發展。

2 空調機組運行原理

溶液除濕空調機組主要由除濕單元、全熱回收單元和再生單元組成,除濕溶液與空氣中的水蒸氣分壓力差值是二者進行水分傳遞的驅動力。當溶液的表面蒸汽壓低于空氣的水蒸氣分壓力時,溶液吸收空氣中的水分,空氣被除濕;溶液當其表面蒸汽壓高于空氣中的水蒸氣分壓力時,溶液中的水分進入空氣中,溶液被濃縮再生,空氣被加濕。

圖1 溶液除濕機組工作原理(The principle of liquid dehumidification of fresh air unit)

本文實驗中采用熱泵式溶液調濕機組,系統主要包括新風的處理、回風的處理及溶液的循環,工作原理如圖1所示。

夏季工況時,高溫潮濕新風經全熱回收單元被降溫除濕,然后通過除濕單元進一步降溫除濕,形成干爽低溫的新風送入室內;室內回風在全熱回收單元和再生單元被加熱成高溫高濕空氣排出室外,實現了對室內空氣的熱回收;低溫濃溶液在再生器中吸收新風的熱量和水分后變成高溫稀溶液,進入再生單元與冷凝器換熱后溫度進一步升高,然后與回風接觸被降溫除濕,最后進入除濕單元與蒸發器換熱變成低溫的濃溶液,再對新風進行除濕降溫。

冬季時,調節除濕劑的濃度,切換四通閥,改變制冷劑方向則可達到加溫加濕的效果。

3 空調機組性能的評價

空調機組控制調節的參數主要為溫度和濕度,其性能用除濕量與能效比EER(Energy Efficiency Ratio)來表示。

空調機組的除濕量計算方法如下:

空調機組除濕量W=(dx-ds)·Qs·ρ式中:dx—機組進風即室外新風含濕量,g/kg;ds—機組出風即新風送風含濕量,g/kg;Qs—新風送風量,m3/h;

ρ—空氣密度。標準狀態下,密度為1.29kg/m3。

空調機組的能效比值計算方法如下:

式中:

Qx—新風機組制冷量,W;

Pt—新風機組耗電量,W;

Gs—機組送風風量,m3/h;

hx—室外新風焓值,kJ/kg;

hs—送風焓值,kJ/kg;

U—新風機組的電源線電壓,V;

I—新風機組的電源線電流,A;

cosθ—機組電源相電壓與相電流之間的相位差系數,即功率因子,取0.8。

4 空調機組的性能

4.1 高溫高濕氣候條件下機組的性能

在高溫高濕氣候條件下,溶液除濕空調機組的設定送風參數為溫度16℃,含濕量9.5g/kg,風量為2000m3/h時,測試機組運行時室外新風參數及機組的運行性能參數,并分析其影響因素。

圖2為空調機組除濕量隨室外新風工況的變化曲線,各工況點新風參數如表1所示。根據圖2及表1可以看出,機組的除濕量隨著室外新風含濕量的變化而變化,與室外新風含濕量具有相似的變化趨勢。這主要是因為在送風量不變時,新風除濕機組除濕量與室外新風及送風含濕量差值呈線性關系,而送風含濕量穩定,變化范圍很小,因此機組的除濕量與室外新風的含濕量具有相似的變化趨勢。

表1 室外新風參數(fresh air parameters)

圖3為機組能效比EER值隨室外新風工況的變化曲線圖,EER為空調機組制冷量與耗電量的比值。根據圖3和表1可以看出,EER值與新風含濕量有著相似的變化曲線,即與除濕量曲線相近的變化趨勢。在高溫高濕季節潛熱負荷占總負荷比例較大,制冷量隨著潛熱負荷的變化而變化,因此EER具有新風含濕量與除濕量相似的變化趨勢。即隨著除濕量的增大而增大,反之亦然。機組能效比EER值比較高,機組整體運行性能良好。

4.2 低溫高濕氣候條件下機組的性能

在低溫高濕氣候條件下,溶液除濕新風機組的設定送風參數為溫度20℃,含濕量8.5g/kg,風量為2000m3/h時,測試機組運行時室外新風參數及機組的運行性能參數,并分析其影響因素。

圖4為機組除濕量隨室外新風工況的變化曲線,各工況點參數如表2所示。根據圖4及表2可以看出,空調機組的除濕量隨著室外新風含濕量的變化而變化,與室外新風含濕量具有相似的變化趨勢。這主要是因為當新風送風量不變時,除濕機組除濕量與室外新風及新風送風含濕量之間的差值呈線性關系,而送風含濕量相對穩定,變化范圍很小,因此機組的除濕量與室外新風的含濕量具有相似的變化趨勢。

表2 室外新風參數(fresh air parameters)

圖4 機組除濕量變化曲線 (The change curve of Dehumidification mass)

圖5為機組能效比EER值隨室外新風工況的變化曲線圖,EER為空調機組制冷量與耗電量的比值。根據圖5和表2可以看出,EER值與新風含濕量有著相似的變化曲線,即與除濕量曲線相近的變化趨勢。在低溫高濕季節,實驗中新風機組對室外新風只進行除濕處理,新風經風機后溫度有一定的溫升。機組承擔總負荷即新風潛熱負荷,制冷量隨著潛熱負荷的變化而變化,因此EER與新風含濕量以及除濕量具有幾乎相同的變化趨勢。即隨著除濕量的增大而增大,反之亦然。機組能效比EER值比較高,機組整體運行性能良好。

4.3 低溫低濕氣候條件下機組的性能

圖5 機組能效比EER變化曲線(The EER change curve of fresh air unit)

在低溫低濕氣候條件下,溶液除濕新風機組的設定送風參數為溫度20℃,含濕量8.5g/kg,風量為2000m3/h時,測試機組運行時室外新風參數及機組的運行性能參數,并分析其影響因素。

表3 室外新風參數(fresh air parameters)

圖6 機組加濕量變化曲線(The change curve of humidifying mass)

根據圖6及表3可以看出,機組的除濕量隨著室外新風含濕量的變化而變化,且與新風含濕量具有相反的變化趨勢,這是因為室內所需濕量一定,送風含濕量基本不變,所以當室外新風含濕量增大時,加濕量減小,反之亦然。機組的送風參數說明送風能夠滿足加溫加濕的要求,機組運行效果良好。

圖7為機組能效比EER值隨室外新風工況的變化曲線圖,EER為空調機組加熱加濕量與耗電量的比值。根據圖7和表3可以看出,EER值與新風含濕量有著相反的變化曲線,與加濕量曲線有著相近的變化趨勢,當加濕量增大時,機組能效比EER值相應隨之提高,反之亦然。這主要是因為機組耗電量的增加速度小于制熱量的增加速度。機組能效比EER值波動范圍不大,機組運行穩定。