太陽能液體除濕空調(diào)系統(tǒng)蓄能特性實驗研究

1、2008年9月制第27卷第3期(總104期)冷1文章編號:ISSN1005-9180(2008)03-0001-05太陽能液體除濕空調(diào)系統(tǒng)蓄能特性實驗研究叢大勇,柳建華,安守超,沈鈺龍(上海理工大學動力工程學院,上海200093)摘要介紹了太陽能液體除濕空調(diào)系統(tǒng)的工作模式,引入了蓄能系數(shù)和COP的概念。通過整個系統(tǒng)的實現(xiàn)研究,分析再生溫度、液體比、再生溶液濃度對系統(tǒng)蓄能的影響。結(jié)果表明:再生溫度對系統(tǒng)的蓄能系數(shù)和COP有較大的影響。關(guān)鍵詞太陽能,液體除濕空調(diào)系統(tǒng),蓄能,實驗研究,再生TK511+13;TU831;TU834文獻標識碼A中圖分類號ExperimentalStudyonthePer

2、formanceofEerLiquidDesiccantAir-CONGDayong,LIUYulong(CollegeofPowerEngineering,ofTechnology,Shanghai200093,China)Abstract:Thisodesolarpowerliquiddesiccantair-conditioningsystem,andputsfor2wardofandOP1Experimentsareconductedtoanalyzetheinfluenceofthesolutiontempera2ture,ofandair,thesolutionconcentrat

3、ionontheenergystorageofthesystem1TheresultsareobtainedthatsolutiontemperaturegreatlyinfluencesthecoefficientsofenergystorageandCOP1Keywords:Solarenergy,Liquiddesiccantair-conditioningsystem,Energystorage,Experimentstudy,Regeneration1前言1,2太陽能液體除濕空調(diào)系統(tǒng)具有很多優(yōu)點:可以采取低溫熱源驅(qū)動包括太陽能、工業(yè)余熱、地熱等低品位熱源;不受制冷劑禁用的限制,與環(huán)境

4、友好;采用除濕空調(diào)可以除去空氣中的塵埃和細菌等有害物質(zhì),全新風運行,提高室內(nèi)空氣品質(zhì)。該系統(tǒng)還可以單獨控制處理空氣的溫度和濕度,能滿足多用途的需要。特別適用于一些具有較大潛熱負荷的場所(超市,商場),室內(nèi)游泳館等。如果有足夠的集熱再生面積,可以采取蓄能運行模式,充分改善太陽能不連續(xù)性的限制。因此太陽能液體除濕空調(diào)系統(tǒng)逐漸引起了人們的廣泛關(guān)注。2運行模式太陽能液體除濕空調(diào)系統(tǒng)分為除濕系統(tǒng)和再生系統(tǒng),如圖1所示,從蓄能的角度來看,可分為儲能系統(tǒng)和釋能系統(tǒng)兩部分,儲能系統(tǒng)即為再生系統(tǒng),釋能系統(tǒng)即為除濕、蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)。在再生系統(tǒng)中除濕溶液得到濃縮,設(shè)單位時間內(nèi)再生系統(tǒng)中空氣能夠帶走溶液中的水分量為Wr

5、,定義為再生量;同理,單位時間內(nèi)除濕系統(tǒng)中能夠吸收被處理空氣中的水分量為Wd,定義為除濕量。系統(tǒng)運行過程中的溶液蓄能與釋能決定于Wr和Wd。根據(jù)Wr和Wd大小的不同,系統(tǒng)運行狀態(tài)分為穩(wěn)定運行、蓄能運行和釋能運行。對于目前空調(diào)中使用最收稿日期:2008-6-16資助項目:國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)項目(編號:2007AA05Z211);上海市重點學科項目(編號:T0503)作者簡介:叢大勇(1982-),男,碩士研究生。研究專業(yè):制冷與低溫工程。E-mail:daringcngmail1com2REFRIGERATIONNo.3,2008,Sep.Vol.27(TotalNo.104)

6、為廣泛的蓄能方法水蓄冷、冰蓄冷和氣體水合物蓄冷,其蓄能方式都是利用這些蓄能物質(zhì)來儲存一定量的熱量或者冷量,而溶液的蓄能并不是儲存熱量,而是消耗一定熱量使其具有較大的吸濕能力,它所儲存的是一種吸收水分的勢能。如果其濃度越高,則其吸濕能力越大,說明其所蓄的能量越多,其勢能越大,所需耗掉的熱能也越多。根據(jù)太陽能液體除濕空調(diào)系統(tǒng)除濕、再生開啟方式以及除濕量和再生量大小不同,運行模式可分為:(1)當Wr0,Wd=0時,液體除濕空調(diào)系單獨再生蓄能運行;(2)當Wr=0,Wd0時,液體除濕空調(diào)系單獨除濕釋能運行;(3)當Wr=Wd0時,液體除濕空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定連續(xù)運行;(4)當WrWd0時,液體除濕空調(diào)系統(tǒng)蓄能

7、運行模式;(5)當0WrWd時,能運行模式。熱質(zhì)交換,完成溶液的再生濃縮。然后經(jīng)再生的濃溶液流入溶液箱存儲。陰天或熱量不足,系統(tǒng)運行時可開啟電加熱輔助加熱溶液。白天利用太陽能蓄存濃溶液用于夜間制冷,可提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性,節(jié)能效果顯著。太陽能空調(diào)的應(yīng)用正好與季節(jié)相吻合。夏季太陽能輻射最強烈、環(huán)境溫度最高,也正是空調(diào)需求最大的時候,空調(diào)負荷最大,需要的制冷量也最大,而此時太陽能再生溶液能力最強,太陽能空調(diào)提供的冷量也最大。212夜晚溶液的蓄能流程夜晚為減少電力供應(yīng)的峰谷差,利用低谷電能加熱熱水箱內(nèi)的水,稀溶液經(jīng)板式換熱器與熱水箱內(nèi)熱水進行換熱被加熱達到需要溫度值后,經(jīng)溶液泵送至再生塔頂部噴淋而下,。

8、然后經(jīng)再,由于用電的峰,產(chǎn)生系。將加熱再生后的濃溶液儲存在濃溶液箱內(nèi),通過晚間儲存的濃溶液來進行除濕。3實驗參數(shù)3為了研究太陽能液體除濕空調(diào)系統(tǒng)的蓄能特性,引入下面的參數(shù),定義如下:1)再生液氣質(zhì)量比(MR):MR是被處理空氣的質(zhì)量流量和除濕溶液質(zhì)量流量的比值:MR=ma(1)式中ms為除濕溶液流量,ma為空氣流量。2)蓄能系數(shù)():即為當液體除濕系統(tǒng)再生與除濕同時運行時,再生量與除濕量的比值:=再生量m()(2)=(d,i-d,o)ma,ddma,dr,o為再生空氣進出口含濕量,式中,r,i、d,i、d,o為除濕空氣進出口含濕量,ma,r為再生空氣流量,ma,d為除濕空氣流量。3)性能系數(shù)(

9、COP):蓄能型太陽能液體除濕空調(diào)系統(tǒng)采用COP(CoefficientofPerformance)來研究其自身的能量利用率,定義為:圖1溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)示意圖211白天溶液的蓄能流程白天陽光輻射最強,利用太陽能集熱器加熱熱水箱內(nèi)的水,稀溶液經(jīng)板式換熱器與熱水箱內(nèi)熱水進行換熱被加熱達到需要溫度值后,經(jīng)溶液泵送至再生塔頂部噴淋而下,在填料表面與空氣接觸進行2008年9月制第27卷第3期(總104期)冷3COP=(3)=輸入冷量Qr其中Q0為進入除濕器的濕空氣中除去的熱量,由于系統(tǒng)設(shè)計的除濕器是內(nèi)冷型的,所以除濕器內(nèi)的濕空氣的溫度變化不大,且顯熱變化遠小于潛熱變化,故濕空氣中除去的顯熱可忽略不計,

10、將Q0取為濕空氣中除去的潛熱。即制冷量:(4)Q0=ma,d(hi-he)式中ma,d為除濕塔處理空氣的質(zhì)量流量,hi為進口空氣的焓值,he為出口空氣的焓值。Qr為溶液再生被加熱時所吸收的熱量即加熱量,由于本系統(tǒng)是通過溶液-熱水板式換熱器加熱溶液的,故溶液被加熱量為溶液進、出熱水板式換熱器的溫差乘以溶液流量和比熱。即加熱量:(5)Qr=ms,rcp,sts,r式中ms,r進入溶液-熱水板換的溶液流量,cp,s為溶液的比熱容,ts,r為溶液進出口溫差。(b)蓄能系數(shù)、COP與溶液溫度的關(guān)系圖2再生塔溶液噴淋溫度與蓄能的關(guān)系如圖2,高,溶液,所以出口溶液濃度增大,溶液蓄能能力增4實驗結(jié)果分析411

11、4145m3/h和1146m3/h,分別為58Hz和48Hz,以降低液氣比,降低再生液氣比是為了提高系統(tǒng)COP,降低除濕液氣比是為了降低除濕溶液噴淋溫度,并且便于了解低除濕液氣比下除濕塔的效率。先不開啟冷卻塔,開全部電加熱使再生溶液溫度達到最高值,再開啟冷卻塔供應(yīng)給冷水板換的冷卻水量和逐步降低電加熱量,以便逐步降低再生溶液的溫度。每隔一段時間對溶液取樣測試密度。實驗結(jié)果數(shù)據(jù)處理如圖2所示。(a)113時蓄能系數(shù)與溶液溫度的關(guān)系(b)0186時蓄能系數(shù)與溶液溫度的關(guān)系(a)再生量與溶液溫度的關(guān)系圖3不同再生液氣比時溶液噴淋溫度與蓄能的關(guān)系4REFRIGERATIONNo.3,2008,Sep.V

12、ol.27(TotalNo.104)強,蓄能系數(shù)增大,同時系統(tǒng)性能系數(shù)也增大4,5。412不同液氣比時再生溶液溫度對蓄能的影響除濕溶液流量為7108m3/h,除濕風機頻率50Hz,風量2479m3/h,除濕液氣比2189;再生溶液流量為1178m3/h,2164kg/h,開始再生風機頻率30Hz,風量1198m3/h,再生液氣比為113。后再生413再生溶液濃度對COP的影響風機頻率調(diào)為40Hz,風量為2762m3/h,再生液氣比為0186。實驗結(jié)果處理如圖3和圖4。對于再生液氣比分別為113和0186時,隨著再生塔溶液噴淋溫度的升高,液體除濕空調(diào)系統(tǒng)的蓄能系數(shù)與COP均增大,COP增大趨于平

13、緩,且當液氣比減小時,蓄能系數(shù)和COP增大。這是由于隨再生溶液溫度升高,溶液再生效果增強,再生塔出口溶液濃度提高,溶液蓄能能力和吸濕能力增強,故蓄能系數(shù)與COP均增大。當液氣比減小時,溶液再生效率提高,故蓄能系數(shù)與COP均增大。溶液濃度升高后,濃溶液與空氣間的水蒸氣分壓力差減小,平緩,故隨再生溶液溫度升高,COP。圖5COP與溶液濃度的關(guān)系圖6COP與進口溶液濃度和溫度的關(guān)系開啟風機、泵、電加熱,調(diào)節(jié)除濕風機頻率52Hz,風量3234m3/h。再生風機頻率40Hz,風量2359m3/h。除濕溶液流量516m3/h,再生溶液流量1176m3/h?；仫L濕膜加濕器關(guān)閉,冷水泵開啟,冷(a)113時C

14、OP與溶液溫度的關(guān)系水箱送出的水先進入送風空調(diào)箱內(nèi)的空氣表冷器,升溫后的水再送入送風濕膜加濕器對空氣進行蒸發(fā)冷卻。待熱水箱熱水溫度和再生溶液噴淋溫度穩(wěn)定后,調(diào)節(jié)電加熱與冷卻水控制溶液溫度。每隔半小時取溶液一次,測試溶液濃度變化,再生結(jié)束后溶液實際濃度略高于40%。由圖5和圖6可知,增大除濕溶液的濃度,會導致系統(tǒng)COP的減小。這是因為除濕溶液濃度的增大,吸濕能力增強,增加除濕量,使再生熱量增大;同時由于再生困難,為了保持再生量與除濕量相等,必須要提高再生溫度,因此系統(tǒng)的耗能增加(b)0186時COP與溶液溫度的關(guān)系大,結(jié)果導致COP減小。而且同理隨著再生溶液溫度的提高,再生效率提高,再生溶液濃度

15、提高,圖4不同液氣比時溶液噴淋溫度與系統(tǒng)性能的關(guān)系2008年9月制第27卷第3期(總104期)冷5耗電量少,是一個理想的存儲制冷和除濕能力的空調(diào)方式。繼續(xù)再生將需消耗更多熱量,如圖所示COP上升趨于平緩。5結(jié)論1)太陽能液體除濕空調(diào)系統(tǒng)采用不同的運行6參考文獻1Longo,G1A1;Gasparella1A1Experimentalandtheoreticalanalysisofheatandmasstransferinapackedcolumndehu2midifier/regeneratorwithliquiddesiccant1InternationalJour2nalofHeatand

16、MassTransfer48(2005):5240-52542345模式,可以解決太陽能不連續(xù)性的問題,做到全天候使用。溶液儲存的化學勢能可比較容易地轉(zhuǎn)變成暖通空調(diào)所需的除濕能。2)再生溶液溫度升高,系統(tǒng)的再生量、蓄能系數(shù)和系統(tǒng)COP會有顯著的增加。3)再生液氣比減小,系統(tǒng)的蓄能系數(shù)和系統(tǒng)COP增加。4)再生溶液濃度增大,系統(tǒng)的COP減小。5)該系統(tǒng)使用低品位熱源,對大氣污染少,方承超孫克濤1太陽能液體除濕空調(diào)系統(tǒng)模型的建立與分析J1太陽能學報12007,18(2):128-133孫建施明恒1太陽能液體除濕空調(diào)系統(tǒng)性能參數(shù)研究J1流體機械12007135(7):61-66裴清清,韓俊召1太陽能

17、集熱型溶液再生器性能實驗研究J1廣州大學學報1200716()79-82陳穎等11128(:20-23陜西暖通、西安制冷2008年聯(lián)合學術(shù)年會隆重舉行陜西暖通、西安制冷2008年聯(lián)合學術(shù)年會于2008年7月1820日在古城西安文化底蘊十分厚重的學術(shù)年會以“節(jié)能減排”技術(shù)為中心議題,由山東工業(yè)大學方肇洪教授、西安工程大學黃翔教授、長安大學王天富教授、中國建筑西北設(shè)計研究院總工程師陸耀慶教授級高工,分別就地源熱泵的應(yīng)用技術(shù)、節(jié)能生態(tài)型蒸發(fā)冷卻空調(diào)工程與技術(shù)、新版實用供熱空調(diào)手冊的創(chuàng)新內(nèi)容和設(shè)計要點進行了專題報告。代表們圍繞著4個專題報告,就暖通空調(diào)工程設(shè)計以及設(shè)備節(jié)能等問題展開了十分熱烈的討論。大會收到學術(shù)論文共計47篇,并匯編成陜西暖通、西安制冷2008年聯(lián)合學術(shù)年會論文集。7月20日,學術(shù)年會在季偉主任和黃翔理事長共避暑勝地常寧宮隆重舉行。研討會由陜西省暖