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基于低品位热源再生溶液除湿方式的空调系统研究
【摘要】：暖通空调系统的舒适性和能耗问题日益受到重视,对传统冷冻除湿空调系统提出了新的挑战。传统空调系统为了除湿需要将空气处理到露点状态,既增加了压缩机的耗功,又降低了空气的舒适度,不能完全适应当今社会对空调系统的要求。目前以湿度控制为突破口,国内外研究者提出了一些新的空气调节方式和系统。
本文从传质动力角度利用理论和实验手段研究了LiCl溶液除湿和再生过程。试验测试了传统冷冻除湿空调机组的变工况运行特性。在上述理论分析和试验结果的基础上,设计了低品位热源再生的小型溶液除湿复合空调系统,并分析了系统能耗情况。
从理论角度,基于溶液除湿过程传质动力的分析,依据LiCl溶液和湿空气的物性参数关系,编程计算了等温除湿过程的平衡曲线。在假设水蒸气凝结潜热全部进入溶液中的条件下,计算了溶液温升平衡曲线。以溶液和空气进口温度为25℃、30℃和35℃为例,将温升平衡曲线和与之对应的等温除湿平衡曲线比较发现,两者差距随溶液浓度降低而减小,而且进口温度越高,两者差距越明显。
开展了LiCl溶液除湿试验研究。试验结果表明：凝结热主要引起溶液温升；除湿量随空气流量增加而增加,并非随溶液流量单调增加；当满足空气和溶液充分接触条件时,除湿效率随空气流量增加而降低；除湿效率随溶液流量的变化类似于除湿量随溶液流量的变化特点。通过两种高度的填料的除湿性能比较发现,除湿量随填料高度增加而增大,但总容积传质系数减小。说明除湿过程同传热过程类似,存在入口段效应。
LiCl溶液再生试验结果表明,再生效果随溶液质量浓度增加而下降。再生量随溶液进口温度上升而增加,当溶液进口温度低于50℃时,再生效果较差。
为进行复合空调系统热泵机组变工况条件下的能效分析,试验研究了传统冷冻除湿空调机组变工况运行性能并获得机组能效比随蒸发温度和冷凝温度变化的修正系数。试验表明,室内环境参数对制冷量和除湿量有明显的影响。对于一定温湿度环境,单位除湿量耗功与循环风量呈二次曲线关系,具有极小值。湿度越大,该极值越小,而且向大风量偏移。
基于热湿独立控制原理和上述理论分析和试验研究结果,提出了二次回风两级溶液除湿方案,设计了低品位热源再生的小型溶液除湿复合空调系统。复合空调系统以保证出风参数优先,同时满足溶液再生温度和最大需热量要求。为此,设计使用了两台小热泵机组提供17℃高温冷水用于冷却空气和溶液,同时通过调节冷冻水流量分配实现系统综合能效比的最大化。
最后,以上海地区一三层别墅为例,分别建立了独立风冷热泵空调系统、地源热泵空调系统、复合空调系统的能耗分析模型。以夏季7、8两月最大负荷作为机组选择依据,以除湿率基本相等为基础,分析比较了三类空调系统在运行期间的送风参数、除湿性能、机组能耗等。结果表明,复合空调系统以小温差大风量形式送风,在保证出风温度的条件下,出风相对湿度降低,可以改善室内舒适度。在溶液除湿部分再生器溶液进口温度按照52℃,换热器效能按0.7设计时,复合空调系统节能优势并不明显。当换热器效能提高至0.8时,综合能效比平均提高0.22,有一定的节能优势。
【学位授予单位】：江苏大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2014【分类号】：TU831
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400-819-9993三级管式间接蒸发冷却空调机组的结构原理研究及温度场模拟分析--《兰州交通大学》2016年硕士论文
三级管式间接蒸发冷却空调机组的结构原理研究及温度场模拟分析
【摘要】：按照科学发展观的要求,调整我国的能源结构,积极推进能源多样化,通过技术创新、开发新型能源,已成为当前迫切的任务。相对于其它新能源,干空气能具有清洁、无污染、不破坏臭氧层、资源分布广泛,适宜就地开发利用等通用优点外,还具有可连续使用、能量密度高、能量利用效率好、无需能量储存装置可直接利用,尤其能将其作为空调系统制冷的动力源而取代常规电能,是一种可持续利用的新能源方式。蒸发冷却空调技术是利用液态的水遇干空气蒸发从而降低温度这一原理来获得冷量,即水和干空气进行热湿交换可得到较低温度的冷风冷水。当干空气的水蒸气分压力处于不饱和状态时具有对外做功的能力,只要存在水源,干空气能就会转化为热能,对于干燥地区,室外的干空气是一种新型的取之不尽、用之不竭的可再生能源。蒸发制冷技术具有节能、环保、高效、空气品质好等诸多优点,是一种真正意义上的可持续发展制冷技术,目前在我国西部地区已经得到了一定程度的推广。蒸发制冷空调技术按其制冷过程可分为直接蒸发冷却与间接蒸发冷却两大类。在直接蒸发冷却(DEC)中,待处理空气在喷淋室中与喷淋水直接接触,干空气遇水蒸发冷却为低温的湿空气,其热处理过程是等焓降温的过程,干空气温度被降低的同时湿度增加,所以直接蒸发冷却适用于炎热干燥的地区,或在房间有冷却加湿的场合使用;在间接蒸发冷却(IEC)中,待处理空气(一次空气)在管道内而用来蒸发冷却的空气(二次空气)在管道外,一次空气被管道隔开只通过管道进行表冷而不会被加湿,故而可以被更广泛地应用。在大力倡导节能环保的当今社会,蒸发冷却空调技术必将会在我国多数地区不断地得到推广和应用。如果只采用直接蒸发冷却或间接蒸发冷却,其温降幅度是有限的,难以实现大幅降温,其应用通常会受地域或使用场所的限制。为了实现大幅度的降温,本领域专家提出了直接与间接相结合的各种形式的多级蒸发冷却机组,高效的机组可将一次空气的温度处理到低于室外空气的湿球温度,甚至接近空气的露点温度。但由于这类机组随着级数的增加设备结构也变得庞大而复杂,能耗较高、操作难度高、适用范围小,不适合住宅建筑及一些商业建筑中使用。因此,提高多级蒸发冷却器的换热效率,增大适用范围是目前迫切需要研究的制冷技术。基于目前蒸发冷却空调的种种优缺点,本课题提出一种完全创新的三级管式间接蒸发冷却空调机组,研究的目的是:实现机组模块化设计,使得机组初投资少,便于控制调节,且冷却效率高。并与现有的多级蒸发制冷空气处理机、干空气能间接蒸发冷水机、间接蒸发冷风冷水机进行比较,得出本课题所设计机组的优缺点及使用范围。本文首先简要分析了国内及国外多级管式间接蒸发冷却器的研究情况,说明此新型机组研究的目的、意义、方法以及目前在该领域仍然存在的一些缺点和问题。并在与现有的三级管式间接蒸发冷却器相对比的基础上设计出新型机组结构简图,分析了新型机组的优缺点。该机组在结构上最大的特点是第二级和第三级的二次空气均取自于上一级的一次空气,所以二次空气温度较低,这样有利于提高机组的整体效率;当然,这就导致所需一次空气风量较大,使得机组体积大。之后详细分析了换热管道内外的传热传质过程和空气、喷淋水流动的具体过程,确定了不同换热过程的热质交换系数。在此基础上建立了管式间接蒸发空气冷却的数学模型,对冷却器的传热传质特性进行了模拟研究,用Fluent软件计算和分析了热质交换过程,对换热器内不同的物理参数和流体参数下的蒸发冷却过程进行了三维数值模拟,主要参数有:一、二次空气以及喷淋水在通道内的温度、压力和流速,并用图表形象地表示出了通道内不同参数的分布随时间的变化。接着对影响多级管式间接蒸发冷却器传热传质的诸多因素进行理论计算,主要研究了以下几种量对冷却效率的影响:一次空气干湿球温度,二次空气湿球温度,一、二空气的流速,二次/一次风量比,淋水量的大小等。最后,根据模拟和热工计算所得结果,确定了机组机组送回风量,每级风量的分配(进入本级间接管道的一次风量大小和用于本级直接蒸发冷却的二次风量大小),每一级进出口空气的干湿球温度,喷淋水量及其温度,机组的能耗和冷却效率等。据此建立了三级管式间接蒸发冷却机组的详细结构。包括壳体具体尺寸,壳体内的设备分布位置,以及过滤器、风机、喷淋水器、水泵、喷淋水循环管道、换热管、风阀、风道等设备的具体型号和材料等,并与常规机组进行比较。
【学位授予单位】：兰州交通大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2016【分类号】：TU831
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