除湿换热器系统冬季采暖加湿性能研究

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1、除湿换热器系统冬季采暖加湿性能研究摘要本文在上海典型冬季工况下,测试了除湿换热器系统的采暖加湿性能。同时针对再生热水温度、再生热水流量和再生风量等三个影响再生过程的重要因素进行了实验研究。结果表明，除湿换热器系统可以有效实现冬季采暖加湿，系统的最适再生热水温度和再生热水流量分别为40oC和0.4kg/s。同时，针对冬季不同环境含湿量提出了相应的风量控制策略，实现系统COP和采暖加湿性能的最优化。关键词除湿换热器；采暖加湿；实验研究0前言基金项目：自然科学基金51576121，自然科学基金重点项目5133

2、6004。目前，蒸汽压缩空调系统被普遍应用于中国南方地区以实现冬季采暖，然而传统空调系统仅能满足对空气温度的提升，无法提供加湿。除湿换热器作为一种新型的固体除湿设备，不仅能实现理想的等温除湿，其再生过程也可应用于冬季工况，实现对室内的采暖加湿。近年来，国内外学者针对除湿换热器的研究主要集中在除湿侧的传热传质性能上。在实验研究方面，已有学者针对单个除湿换热器单元的除湿性能进行了深入研究[1]。并有学者进一步搭建了除湿换热器空调系统，对该系统的夏季除湿性能及影响除湿性能的重要参数进行了测试与分析[2]。在数

3、值模拟方面，已有学者建立了除湿换热器的数学模型，可准确预除湿换热器系统的除湿量和系统COP[3-4]。同时，对于新型固体除湿材料的研制也有了一定进展[5-6]。从文献调研中可以看到，目前对于除湿换热器应用于冬季的采暖加湿性能及其影响因素的研究，仍处于较为空白的阶段。基于以上研究现状，本文重点探究了除湿换热器系统在典型上海冬季工况下的采暖加湿性能，并对不同再生条件对于系统送风空气状态以及系统能效的影响进行了实验研究。1系统原理及组成本系统主要可分为三个部分，包括除湿换热器单元、太阳能集热器单元和冷却单元。

4、如图1所示。除湿换热器作为本系统的核心部件，由翅片管式换热器经表面喷涂和浸泡硅胶等工艺制成，换热器的尺寸和上胶量等具体参数如表1所示。同时，系统由两组除湿换热器（DCHEA和DCHEB）组成，通过电磁阀控制三通风阀和三通水阀的周期性切换，从而交替实现两组换热器除湿过程和再生过程的进行，达到系统的连续运行的目的，为室内提供持续的暖风供应。再生过程所需的热水由真空管太阳能集热器组供应，且采用水箱对热水进行储存。在再生过程中，热水通入除湿换热器为固体干燥剂提供再生热。固体干燥剂中吸附的水分进入空气，同时空气被

5、加热温度升高，送风潜热显热增加，实现冬季采暖加湿功能。除湿过程中，由冷却塔提供冷却水，冷却水可带走吸附过程中产生的吸附热，实现等温除湿。图1实验系统原理示意图Fig.1Operationprincipleofthesystem表1换热器结构尺寸及固体干燥剂参数Table1Thestructuralparametersoftheheatexchangerandthebasicparametersofthesoliddesiccantmaterial.名称参数换热器尺寸（长×宽×高）（mm×mm×mm）40

6、0×150×400翅片厚度（mm）0.15干燥剂涂层厚度（mm）0.5翅片间距（mm）3铜管外径（mm）9.87铜管内径（mm）8.67上胶量（kg）2.521系统测试实验中需要测量的变量参数包括：环境空气温度和相对湿度，空气侧进出口温度、相对湿度，冷热水进出口温度，以及空气和冷热水的质量流量。实验系统中使用的温度传感器均采用铂电阻（PT100RTD），其精度为±0.1oC，测量范围为0~200oC。空气的相对湿度由精度为±2%RH湿度传感器测量。空气流量采用热线风速仪（精度为±0.015m/s，测量范

7、围为0~50m/s）多次测定风速求平均值的方法，结合空气密度和风管横截面积计算得到。冷热水流量则由流量计（精度为±1.0，允许的流量范围为3~20L/min）进行测量。所有数据信号均由型号为A-34972A的安捷伦采集并记录。2性能评价指标除湿换热器系统的采暖加湿性能主要由系统的加湿量和送风空气的温度、含湿量的平均值进行评价。加湿量Dt是评价系统冬季加湿性能的首要指标，其计算式如下：Dt=da,out-da,in（1）式中，da,in和da,out分别为再生侧进出口空气含湿量，g/kg。送风空气的平均含

8、湿量和温度是衡量送风舒适性的重要评价标准，由于系统运行的过程中送风空气状态呈周期规律变化，因此平均送风含湿量Dave可表示为：Dave=0→12teDt（2）式中，Dt为瞬时出口含湿量，g/kg；te为循环周期，s。热力性能系数COPth是评价除湿换热器系统能效性能的重要参数，它的定义是再生侧空气焓值的增量Qt与再生过程中太阳能热水消耗量Qw之比，即COPth=QtQw=Maha,out-ha,incwMwTw,in-Tw,out（3）式中