毕业论文（设计）一种低位热驱动溶液除湿蒸发冷却空调系统的热性能分析

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1、一种低位热驱动溶液除湿蒸发冷却空调系统的热性能分析摘要：提出了一种低位热驱动的溶液除湿蒸发冷却空调系统，该系统由处理全部湿负荷的溶液除湿系统和承担显热负荷的再生式间接蒸发冷却器（RIDEC）构成。建立了系统各主要部件的数学模型，研究了工作空气比r不同时再生温度和环境参数对系统稳态热力性能的影响。结果表明，系统在工作空气比r为0.25时对再生热源品位的要求低于r为0时，应用于高温高湿地区时优势更加明显。RIDEC的使用扩大了系统可利用的热源温度的范围和适用的气候区域。关键词：溶液除湿；蒸发冷却；再生；低位热；工作空气比0引言溶液除湿技术与传统蒸气压缩式制冷技术或蒸发冷却技术结合构成的复合型空调系

2、统，能够有效处理湿负荷并去除空气中的污染物，具有对环境友好、可降低电力消耗等优点[1]。其中，将溶液除湿技术与蒸发冷却技术结合的溶液除湿蒸发冷却空调系统，具有较大的发展潜力[2]，近年来受到了广泛关注[3,4]。TuMin等[5]提出了一种将溶液除湿系统与间接蒸发冷却器（IDEC）及直接蒸发冷却器（DEC）结合的复合型空调系统，应用热力学第一定律和第二定律研究了关键参数对系统性能的影响。Kim等[6]对所提出的溶液除湿蒸发冷却全新风空调系统开展了实验研究，结果表明IDEC的效率为40-70%，送风温度可达17-20ºC。上述系统均采用室内排风作为IDEC的二次空气，但当二次空气的湿球温度较高时

3、，IDEC的冷却效率会受到限制。为进一步提升IDEC的性能，可以使用再生式间接蒸发冷却器（RIDEC），即将IDEC出口的一部分一次空气作为二次空气使用。RIDEC可以分为内部冷却型和外部冷却型，其中外部冷却型可以获得最低的送风温度[7]。将溶液除湿系统与RIDEC结合使用，可以将RIDEC的使用范围扩大至夏季高温高湿地区。现有的溶液除湿系统多采用单一的溶液环路[8-10]，即除湿器出口溶液全部经溶液热交换器流入再生器进行再生，再生后的溶液全部返回除湿器用于除湿。然而，由于现有系统多采用绝热型除湿器/再生器，进出口溶液浓度差很小，故常采用较大的溶液流量，导致除湿器与再生器间的溶液交换量较大。由

4、于除湿器与再生器工作区间的温差较大，溶液交换量的增多会增加再生热耗和溶液冷却器的冷却负荷，从而降低系统的性能。因此，可以在除湿器侧和再生器侧设置溶液自循环来减小溶液交换量。所谓自循环，是指除湿器/再生器出口的大部分溶液，不经过除湿器与再生器间的溶液热交换器，而是直接经冷/热源降温/升温后返回除湿器/再生器，除湿器与再生器只通过溶液热交换器交换小部分的溶液。基于以上研究，本文提出了一种具有溶液自循环的低位热驱动除湿冷却空调系统。该系统由设置了溶液自循环的溶液除湿系统和外部冷却型再生式间接蒸发冷却器组成。建立了系统各主要部件的数学模型，研究了RIDEC不同工作空气比下关键参数对系统应用于夏季高温高

5、湿地区时稳态热力性能的影响。1系统介绍所提出的一种低位热驱动溶液除湿蒸发冷却空调系统如图1所示，主要包括溶液循环和空气处理过程。图1一种低位热驱动溶液除湿蒸发冷却空调系统示意图溶液循环为：浓溶液S1进入除湿器吸收室外空气A1中的水分变成稀溶液S2，其中一部分与再生后经液-液热交换器预冷的浓溶液S7混合成为浓溶液S8，经溶液冷却器冷却成为低温浓溶液S1进入除湿器除湿，完成除湿溶液自循环（S1→S2→S8→S1），另一部分则经液-液热交换器加热成为稀溶液S3。S3与部分再生后的浓溶液S6混合成为溶液S4，经溶液加热器加热成为高温溶液S5进入再生器，将其中的水分传递给室外空气A1从而被浓缩为浓溶液S

6、6。其中S4→S5→S6→S4为再生溶液自循环。S6中的一部分与除湿后经液-液热交换器预热的稀溶液S3混合成为溶液S4，另一部分则经液-液热交换器冷却成为浓溶液S7。空气处理过程为：室外空气A1进入除湿器被除湿至干空气A2，经空气预冷器被蒸发冷却器I制备的冷水冷却至低温干空气A3。A3中的一部分在蒸发冷却器I中直接蒸发冷却制备冷水供空气预冷器使用，被加湿到A4后排入环境中；另一部分进入蒸发冷却器II中进一步降温。由于蒸发冷却器II在对空气进行降温的同时会引起含湿量的上升，可通过调节蒸发冷却器II侧的旁通比获得合适的送风参数A6。再生空气采用室外空气，在再生器中与溶液进行热质交换后变为高温高湿空

7、气A7排入环境中。蒸发冷却器I及空气预冷却器构成外部冷却型再生式间接蒸发冷却器，承担系统大部分的显热冷负荷，对送风参数有较大影响。定义工作空气比r为蒸发冷却器I进口空气质量流量与除湿器进口空气质量流量的比值。理论上，r在0.25左右时再生式间接蒸发冷却器的性能最佳[11]。当r=0时，既可以看作是该系统的一种运行模式，即除湿器出口空气全部旁通过蒸发冷却器I；也可以看作是另一种系统型式，即溶液除湿与