143溶液独立除湿辐射空调系统的初步研究.docVIP

溶液独立除湿辐射空调系统的初步研究 谢丁旺1 张小松1 夏卓平2 （1东南大学能源与环境学院 江苏南京 210096） （2江苏省建筑设计研究院） 摘 要: 地板辐射是一种节能和舒适的采暖方式，但结露的问题限制了地板冷辐射在高温、高湿地区夏季的应用，针对此问题提出了太阳能溶液除湿辐射空调系统。该系统采用热、湿分开处理的基本原理，以氯化锂溶液作为除湿剂；除湿干空气承担空调房间的湿负荷；对除湿后的干空气直接蒸发冷却，使空调回水降温，负担空调房间的热负荷。该系统既具有辐射空调的节能、舒适的优点，避免了地板的结露问题，同时使用了可再生的太阳能，是实现建筑耗能可持续发展的途径之一。 关键词: 结露；溶液除湿；辐射空调；热湿独立处理；可持续发展 1 引言 低温地板辐射采暖是目前国内外暖通界认为的最为理想的采暖方式之一，其系统有节能、舒适、便于区域控制、不占用室内使用面积等突出特点，但其仅仅解决了冬季采暖的需要，无法满足夏季降温的要求，一定程度上阻碍了地板辐射技术的发展和应用。制约辐射地板夏季供冷主要因素在于结露问题，这一问题在我国长江以南的气候潮湿地区更加突出。 在探索新的制冷技术和空调方法中，热湿独立处理的空调系统技术受到许多专家学者的关注。江亿院士指出，“将排湿和排除污染物的任务与排热的要求分别处理，应该是未来综合解决热湿环境和空气质量的空调系统应考虑的方式”[1]。自从L?f 1955年最先提出了太阳能液体除湿空调的思想并进行了实验研究，他采用三甘醇作除湿剂，被干燥后的空气经过蒸发冷却，除试剂用太阳能加热的空气进行再生。1969年Kakabaev利用LiCl溶液作为除湿溶液，试制了一台太阳能溶液除湿空调机。2002年Sultan等对填料塔再生器性能进行了部分实验研究[2]，主要研究了空气的入口参数（温度、含湿量、流量）对再生器出口参数的影响;2004年Grossman[3]等对LiCl溶液为除湿剂的除湿蒸发冷却空调系统进行了连续性实验研究，得出了几个工况点的基本数据，为此类空调部件的设计提供参考。20044 年，谢晓云[4]等人对利用盐溶液制备冷水的冷水机组进行了研究，利用室外的空气预冷后进行直接蒸发冷却，输出冷水，同时利用溶液热回收技术对排出系统的湿空气进行冷量回收，得到不同室外气候条件的系统性能及其影响情况。 把太阳能溶液除湿系统结合地板冷辐射应用于空气调节中，汇集二者的优势，是热湿独立处理空调的重要方式之一。热湿独立处理空调的湿负荷主要来自室内人员的散湿及新风的含湿量，这部分负荷在总的空调负荷占20 ~ 40%[5]是整个空调负荷的重要组成部分。因此把空调区域的显热负荷和潜热负荷分开处理，即采用太阳能溶液除湿系统处理新风或新风与回风混合空气的潜热，而显热由地板冷水辐射系统承担。 2 现有的除湿方法及除湿过程的基本原理 除湿方法[6]归纳起来列于表1，从表1种可以比较出来溶液除湿有较为明显的优势，可再生能力强，不存在混合损失，在系统中可设置储液器，利用溶液进行蓄能。特别是在利用太阳能的时候可以在白天蓄能，晚上从储液器中释放出浓溶液，保证除湿设备连续工作。 表1 几种现有的除湿方法及其特点 除湿原理 除湿方式 特点 降低空气饱和含湿量使水析出 冷凝除湿 效率低 将空气加压冷凝 功耗大 吸湿降低 空气 含湿量 膜法 除湿 依靠膜两侧的水蒸气分压力 功耗很大，对膜的强度也有很高的要求 依靠膜两侧的水蒸气化学势差 膜本身很薄，膜两侧的温差较小，而温差是产生化学势差的原因，导致膜两侧传湿动力很小 吸湿材料除湿 固体吸湿剂 采用多孔材料或有机物及盐类，吸湿能力强可以将空气处理到湿度很低的状态 溶液吸湿剂 吸湿能力较强，液体具有流动性，在设备中可以灵活地设计其流程 3 太阳能溶液除湿辐射空调系统的原理 热湿独立处理空调系统可以节省空气处理过程中冷却除湿和再热的大量能耗。传统的风机盘管空气处理（一次回风）过程如图1中虚线所示，新风W与回风N混合至状态C，经过表冷气降温除湿到L，最后加热至送风状态O。而热、湿独立处理的冷辐射空调系统空气处理过程如图中的实现所示，新风W与室内排风N的混合空气C被除湿到状态01点，经地板冷辐射降温到室内设计温度N。 图1 空气处理含湿图 采用溶液除湿的空气处理方式省区了CL和LO段，特别在长江流域的梅雨季节，气温不太高，但湿度大，此时系统要承担的湿度负荷很大，冷负荷较小，热湿独立处理的节能效益更为突出。 图2为太阳能溶液除湿辐射空调系统的原理图，其基本流程是夏季室外高湿的湿空气经过间接蒸发冷却→与空调房间回风混合→经溶液除湿器，成高温干空气→经过气—液热交换器被冷却水冷却→经过空—空换热器与经过直接蒸发冷却的低温空气换热，温度降低→送风分两部分，一部分送人空调房间，承担空调房间