金属基复合除湿剂导热系数及动态除湿性能研究-郑旭

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1、中国工程热物理学会传热传质学学术会议论文编号：143079金属基复合除湿剂导热系数及动态除湿性能研究郑旭*，王如竹，葛天舒，胡雷鸣（上海市闵行区东川路800号，上海交通大学制冷与低温工程研究所，上海，200240）（Tel：021-54747909，Email：cindy1989v@sjtu.edu.cn.）摘要本文将硅胶涂覆于金属翅片上，并浸入不同浓度的氯化钙溶液，制成了不同类型的金属基复合除湿材料。通过激光闪光法、扫描型X射线荧光光谱仪(XRF)和动态称重法对样品进行导热系数、成分分析及动态除湿性能测试。结果表明，金属基复合除湿剂样片的导热性能随着氯化钙含量的增加而

2、增大，导热系数最高可达4.67Wm-1K-1。XRF测试显示复合除湿剂含有丰富的Ca元素和Cl元素，表明了浸渍法能使氯化钙颗粒充分浸入到硅胶孔隙中。金属基复合除湿剂样片的吸湿性能是纯硅胶样片的2-3倍，并随着氯化钙含量的增加而增大。此外，复合除湿剂金属基样片的吸湿-放湿动态特性较纯硅胶样片提升1-2倍。关键词硅胶；导热系数；氯化钙；动态吸湿性能；复合除湿剂1引言传统的化石能源，如煤、石油、天然气等终将消耗殆尽，能源危机迫在眉睫。能源界近几十年的研究和实践表明，建筑节能是缓解能源紧张的最有效措施之一[1]。近年来，随着极端气候在全球各地的频繁出现以及人类生活水平的提高，空

3、调系统的能耗不断增加[2]。据不完全统计，其能耗约占整体社会电力消耗的30-40%。常规的蒸汽压缩式热泵空调系统虽然效率高，但需电能驱动，加剧了能源结构的不平衡，并且该类空调系统采用氟利昂作为制冷工质，引发各种环境问题[3,4]。此外，常规压缩式空调热力循环常采用冷凝除湿的热力过程集中处理显热和潜热负荷。通过将被处理空气在蒸发器表面冷却至露点温度，使空气中的水分凝结，实现潜热负荷的处理。室内露点温度往往低于送风温度，又需再热过程，造成能量的浪费[5,6]。同时，空调蒸发盘管的潮湿表面还容易滋生细菌，影响室内空气品质[7]。因此，如何寻求节能环保的制冷技术来辅助或取代传统

4、的压缩式空调系统，是制冷领域迫切需要解决的问题。固体除湿冷却系统就是其中之一。相比于常规空调系统，固体除湿空调系统有以下几个优势[5,8]：1）可使用废热资源及太阳能、地热等可再生能源作为驱动热源；2）可采用水等环境友好型自然工质作为制冷工质；3）固体除湿系统的干燥剂提供了一种经济有效的除湿方式。固体除湿空调系统常采用除湿转轮或固体吸附床处理潜热负荷，然后通过蒸发冷却方式处理显热负荷。值得注意的是，除湿材料在除湿过程中释放出的吸附热，不仅会增加后续需处理的显热负荷，还会引起除湿剂再生温度的升高[9]。为解决这个问题，近年来葛天舒等提出一种新型的固体除湿器方案-除湿换热器

5、（DCHE,desiccantcoatedheatexchanger）[10,11]。除湿换热器是一种金属表面涂覆着固体除湿材料的管翅式换热器。当处理空气通过除湿换热器表面时，管内流动的冷却水或制冷剂，可以瞬时带走吸附热，实现等温除湿，进而减少能量消耗。此外，Aynur等[12-13]研究了可变制冷剂流量系统（VRF）和热泵系统组成的复合制冷系统，其中，该热泵系统采用除湿换热器，而非传统的换热器。实验结果表明，在保持10gkg-1的湿度条件下，该复合系统可节能26.3％之多。Enteria等人[14]研发了一种新型的除湿热泵系统，将硅胶干燥剂涂覆到蒸发器和冷凝器的散热片

6、上，同时采用HCFC-22作为制冷剂工质。不同的工况下，该系统的COP维持在在2.9-5.7之间，比普通的热泵系统高得多。除湿换热器能带走除湿剂的部分吸附热，提高系统除湿性能。同时，除湿剂吸湿性能的好坏对除湿系统有着极大地影响，但是，现有的除湿换热器大多采用商业化硅胶或吸水树脂作为除湿材料。硅胶价格低廉，稳定性好，但是存在除湿量小的问题。胡雷鸣等[15]分别比较了由氯化锂和氯化钙饱和溶液制成的金属基复合吸附剂样片和纯硅胶样片的吸湿性能。研究表明复合除湿剂样片的吸湿性能较硅胶提升30-45%，其中，氯化锂复合吸附材料的吸湿性能略微优于氯化钙复合吸附剂。然而，很少有文献对由

7、不同浓度盐溶液制备而成的复合除湿剂进行吸湿性能的研究。此外，就我们所知，几乎没有学者对金属基除湿剂样片进行传热性能的测试和研究。同时考虑到氯化锂的价格比氯化钙高出十几倍，500g的无水氯化锂（AR）售价为141.50元，而500g的无水氯化钙（AR）的售价仅为12.60元[16]。因此，本文研制出一种适合除湿换热器的，由不同浓度的氯化钙溶液制备而成的金属基复合除湿剂样片,并对其导热系数、成分组成及动态除湿性能进行实验研究。2实验2.1金属基复合除湿剂样片的制备本次实验的原材料主要包括铝片，硅胶，水溶胶，水性复合胶，无水氯化钙，其规格如下表