溶液除湿空调系统的实验研究

2012-08-03梁玉红裴清清

制冷 2012年3期

梁玉红,裴清清

(广州大学土木工程学院,广州510006)

1 引言

在室内环境控制过程中,除了热湿环境外,室内的空气品质也受到越来越多的关注。传统空调系统中,温湿度联合处理,为满足湿度要求,采用冷凝除湿方式进行除湿,冷水温度须低于空气的露点温度,造成了能源利用品位上的浪费,甚至有些场合还需要对空气进行再热处理,这就造成了能源的进一步浪费;通过冷凝方式对空气进行调节,空调机组的热湿比只能在一定的范围内变化,难以适应室内热湿比的变化,而且大多数空调夏季运行时表面潮湿,为各种微生物的滋生提供了条件,这都是传统空调系统中存在的弊端。随着人们生活水平的提高,对室内环境的要求也越来越高,这就促进了新的空调方式的发展。

本文中的溶液除湿空调系统由除湿器、再生器、全热回收单元和一个制冷循环组成,利用吸湿性很强的除湿溶液控制新风的湿度,使新风能够承担室内全部的湿负荷,达到了调节室内空气湿度的目的。夏季,蒸发器和冷凝器与溶液之间的换热实现了溶液的再生和对送风温度的控制。由于溶液除湿空调系统可以与制冷系统联合运行,实现温湿度独立控制,避免因再热产生的不必要能源消耗,从而产生了较大的节能效果[1-2]。溶液除湿空调系统还有净化室内空气、消毒等作用,因此对它的运行性能研究具有一定的意义,近几年得到了较快的发展。

2 空调机组运行原理

溶液除湿空调机组主要由除湿单元、全热回收单元和再生单元组成,除湿溶液与空气中的水蒸气分压力差值是二者进行水分传递的驱动力。当溶液的表面蒸汽压低于空气的水蒸气分压力时,溶液吸收空气中的水分,空气被除湿;溶液当其表面蒸汽压高于空气中的水蒸气分压力时,溶液中的水分进入空气中,溶液被浓缩再生,空气被加湿。

图1 溶液除湿机组工作原理(The principle of liquid dehumidification of fresh air unit)

本文实验中采用热泵式溶液调湿机组,系统主要包括新风的处理、回风的处理及溶液的循环,工作原理如图1所示。

夏季工况时,高温潮湿新风经全热回收单元被降温除湿,然后通过除湿单元进一步降温除湿,形成干爽低温的新风送入室内;室内回风在全热回收单元和再生单元被加热成高温高湿空气排出室外,实现了对室内空气的热回收;低温浓溶液在再生器中吸收新风的热量和水分后变成高温稀溶液,进入再生单元与冷凝器换热后温度进一步升高,然后与回风接触被降温除湿,最后进入除湿单元与蒸发器换热变成低温的浓溶液,再对新风进行除湿降温。

冬季时,调节除湿剂的浓度,切换四通阀,改变制冷剂方向则可达到加温加湿的效果。

3 空调机组性能的评价

空调机组控制调节的参数主要为温度和湿度,其性能用除湿量与能效比EER(Energy Efficiency Ratio)来表示。

空调机组的除湿量计算方法如下:

空调机组除湿量W=(dx-ds)·Qs·ρ式中:dx—机组进风即室外新风含湿量,g/kg;ds—机组出风即新风送风含湿量,g/kg;Qs—新风送风量,m3/h;

ρ—空气密度。标准状态下,密度为1.29kg/m3。

空调机组的能效比值计算方法如下:

式中:

Qx—新风机组制冷量,W;

Pt—新风机组耗电量,W;

Gs—机组送风风量,m3/h;

hx—室外新风焓值,kJ/kg;

hs—送风焓值,kJ/kg;

U—新风机组的电源线电压,V;

I—新风机组的电源线电流,A;

cosθ—机组电源相电压与相电流之间的相位差系数,即功率因子,取0.8。

4 空调机组的性能

4.1 高温高湿气候条件下机组的性能

在高温高湿气候条件下,溶液除湿空调机组的设定送风参数为温度16℃,含湿量9.5g/kg,风量为2000m3/h时,测试机组运行时室外新风参数及机组的运行性能参数,并分析其影响因素。

图2为空调机组除湿量随室外新风工况的变化曲线,各工况点新风参数如表1所示。根据图2及表1可以看出,机组的除湿量随着室外新风含湿量的变化而变化,与室外新风含湿量具有相似的变化趋势。这主要是因为在送风量不变时,新风除湿机组除湿量与室外新风及送风含湿量差值呈线性关系,而送风含湿量稳定,变化范围很小,因此机组的除湿量与室外新风的含湿量具有相似的变化趋势。

表1 室外新风参数(fresh air parameters)

图3为机组能效比EER值随室外新风工况的变化曲线图,EER为空调机组制冷量与耗电量的比值。根据图3和表1可以看出,EER值与新风含湿量有着相似的变化曲线,即与除湿量曲线相近的变化趋势。在高温高湿季节潜热负荷占总负荷比例较大,制冷量随着潜热负荷的变化而变化,因此EER具有新风含湿量与除湿量相似的变化趋势。即随着除湿量的增大而增大,反之亦然。机组能效比EER值比较高,机组整体运行性能良好。

4.2 低温高湿气候条件下机组的性能

在低温高湿气候条件下,溶液除湿新风机组的设定送风参数为温度20℃,含湿量8.5g/kg,风量为2000m3/h时,测试机组运行时室外新风参数及机组的运行性能参数,并分析其影响因素。

图4为机组除湿量随室外新风工况的变化曲线,各工况点参数如表2所示。根据图4及表2可以看出,空调机组的除湿量随着室外新风含湿量的变化而变化,与室外新风含湿量具有相似的变化趋势。这主要是因为当新风送风量不变时,除湿机组除湿量与室外新风及新风送风含湿量之间的差值呈线性关系,而送风含湿量相对稳定,变化范围很小,因此机组的除湿量与室外新风的含湿量具有相似的变化趋势。

表2 室外新风参数(fresh air parameters)

图4 机组除湿量变化曲线 (The change curve of Dehumidification mass)

图5为机组能效比EER值随室外新风工况的变化曲线图,EER为空调机组制冷量与耗电量的比值。根据图5和表2可以看出,EER值与新风含湿量有着相似的变化曲线,即与除湿量曲线相近的变化趋势。在低温高湿季节,实验中新风机组对室外新风只进行除湿处理,新风经风机后温度有一定的温升。机组承担总负荷即新风潜热负荷,制冷量随着潜热负荷的变化而变化,因此EER与新风含湿量以及除湿量具有几乎相同的变化趋势。即随着除湿量的增大而增大,反之亦然。机组能效比EER值比较高,机组整体运行性能良好。

4.3 低温低湿气候条件下机组的性能

图5 机组能效比EER变化曲线(The EER change curve of fresh air unit)

在低温低湿气候条件下,溶液除湿新风机组的设定送风参数为温度20℃,含湿量8.5g/kg,风量为2000m3/h时,测试机组运行时室外新风参数及机组的运行性能参数,并分析其影响因素。

表3 室外新风参数(fresh air parameters)

图6 机组加湿量变化曲线(The change curve of humidifying mass)

根据图6及表3可以看出,机组的除湿量随着室外新风含湿量的变化而变化,且与新风含湿量具有相反的变化趋势,这是因为室内所需湿量一定,送风含湿量基本不变,所以当室外新风含湿量增大时,加湿量减小,反之亦然。机组的送风参数说明送风能够满足加温加湿的要求,机组运行效果良好。

图7为机组能效比EER值随室外新风工况的变化曲线图,EER为空调机组加热加湿量与耗电量的比值。根据图7和表3可以看出,EER值与新风含湿量有着相反的变化曲线,与加湿量曲线有着相近的变化趋势,当加湿量增大时,机组能效比EER值相应随之提高,反之亦然。这主要是因为机组耗电量的增加速度小于制热量的增加速度。机组能效比EER值波动范围不大,机组运行稳定。