专题一溶液除湿蒸发制冷学生展示

溶液除湿蒸发制冷组员：朱雨贤、卫昭夏、张涵玮、熊俊1235研究的背景与意义系统原理系统应用系统存在的问题与发展方向目录CONTENT6除湿剂4系统分类

研究的背景与意义1朱雨贤

研究的背景与意义发展与能耗，化石能源与污染（全球问题）溶液除湿蒸发式空调建筑能耗，空调能耗在空气蒸发制冷基础上加除湿环节，用于潮湿地区压缩式空调能耗大，制冷剂污染严重能耗小，无制冷剂污染情况压缩式空调主要是用电能等高品位能源余热、废热、地热、太阳能等低品位能源压缩式空调一般无新风系统，空调汗、细菌有新风系统、无凝结水

系统原理2朱雨贤溶液除湿蒸发制冷原理常用除湿方法：冷凝、固体吸附、通风置换、溶液吸收、加压冷却、膜除湿等液体除湿：清洁、环保、易于操作、除湿剂再生温度低、蓄能密度高适合用太阳能、工业余热等间歇性或波动性大的低品位能源作为再生热源液体除湿原理：未饱和溶液能够吸收水蒸气浓溶液水蒸气分压力小于潮湿空气水蒸气分压力液体除湿过程是一个传热与传质过程，传质的推动力是空气中水蒸气的分压与溶液表面的饱和蒸汽压之差，这个压力差就是所谓的传递势。除湿过程的传质平均压差表达式如下：H为除湿器入口和出口之间的距离，Pv和Ps分别为被处理湿空气的水蒸气分压与除湿溶液表面的水蒸气分压。

液体除湿原理：液体除湿装置：除湿器的工作机理：高温高湿的空气由送风管道自下而上通过紧密床体(大多由填料层构成),液体除湿剂由溶液泵通过液体分布器喷淋到紧密床体上并形成均匀的液膜向下流动,与空气在除湿器内进行热质交换,达到除湿的目的。参考文献：1.徐学利,张立志,朱冬生.液体除湿研究与进展【J】.暖通空调HV&AC，2004，34（7）：22-272.杨金伟，太阳能溶液除湿蒸发制冷系统中的主要过程研究【D】：中国科学技术大学低温与制冷工程系，20113.汪行，柳建华，赵永杰，张良.液体除湿空调除湿器性能研究【J】.制冷学报，2017，38（2）：45-504.陈光明，陈国邦.制冷与低温原理【M】：2.北京：机械工业出版社，2009,28-305.杨建坤，张旭.去湿蒸发制冷空调系统的运行特性分析【J】.同济大学

除湿剂3除湿剂的热物性质

在工作条件下有较高的溶解度，以减小耗用量；在工作温度范围内，不易发生结晶；在除湿器的工作条件下有较低的蒸汽压；以减少除湿剂的挥发损失和增强传质推动势；在操作温度下黏度要低，以改善除湿塔内的流动状况，提高吸收速率，降低泵的功耗，减小传热阻力；尽可能具有无毒性、无腐蚀性、不易燃、不发泡、冰点低、价格便宜等特点，并具有化学稳定性。除湿剂的选择

三甘醇属于有机溶剂，粘度大，在系统中的循环流动会有部分滞留，黏附在系统表面，影响系统稳定。

乙二醇性能好但易挥发，进入空调房间会对人体造成危害。故而现在研究较多的是水溶液。图表示的使溶液与空气接触时间足够长时，水分的传递过程达到平衡状态时这些除湿溶液的质量分数与空气相对湿度的关系。除湿剂的选择考虑到除湿剂对除湿器及再生器器壁产生的腐蚀性，等都属于非氧化性卤素盐，对碳钢及铜材料具有一定的腐蚀性，溶液与材料表面接触时会发生吸氧腐蚀。碳钢及铜材料的腐蚀与溶液的pH值密切相关，如图所示：在相同的摩尔浓度下，三种溶液pH值的关系为：。LiCl为中性盐，pH值为7.0。而溶液偏酸性，对金属的腐蚀性较大，温度升高时腐蚀更加剧烈。在相同的温度下，LiBr和LiCl溶液腐蚀性能大体相当，然而在再生过程中,LiBr溶液所需的再生温度比LiCl高，所以对设备的腐蚀相对较严重。除湿剂的选择

用氯化锂、氯化钙的混合物作为溶质，使两种除湿剂能够在性能上互补。根据所做混合溶液的饱和蒸汽压力实验显示，当氯化锂的质量分数由0变化到50%时，混合溶液饱和蒸汽压力降低幅度大于当氯化锂质量分数由50%变化到100%时的饱和蒸汽压力的降低幅度，因此选择质量比为1∶1的氯化锂和氯化钙作为混合溶液的溶质效果更佳。同时，该新型除湿剂的黏度比相同浓度的氯化钙溶液的黏度降低了40%左右，并且其溶解度也比单一溶质的除湿剂有所改善。

系统分类和优势4除湿器类型再生器类型驱动热源绝热型除湿器内冷型除湿器是否拥有内部热源是否采用中间介质太阳能燃气余热热泵工作原理简单式系统复合式系统绝热型除湿器

绝热型除湿器是指在空气和液体除湿剂的流动接触中完成除湿。一般采用填料喷淋塔式布液方式，塔内可以填充不同类型的填料。除湿剂溶液从除湿器顶部喷洒而下，在填料塔内的填料层上以均匀薄膜的形式缓缓下流，被处理的空气从塔的下部逆流而上，在塔内与除湿溶液发生热质交换。另外，保持溶液的大流量可以起到溶液对自身的冷却效果，以保持良好的除湿性能。由于绝热型除湿器中空气与溶液的质量比一般比较小，因此它的蓄能能力较差。缺陷：结构简单、比表面积大。但其空气流动的阻力增大，由于除湿溶液的绝热吸湿升温，除湿效率低，使其应用受到了限制。内冷型除湿器

内冷型除湿器中空气和液体除湿剂之间进行除湿的同时，被外加的冷源(如冷却水或冷却空气等)所冷却，藉以带走除湿过程中所产生的潜热(水蒸气液化所放出的潜热)，该除湿过程近似于等温过程。一般采用冷水盘管或冷却空气(都不与除湿溶液直接接触)将除湿过程释放出的部分潜热带走，抑制除湿溶液的温升，提高除湿效率。由于绝热型除湿器中空气与溶液的质量比一般比较小，因此它的蓄能能力差，而内冷型除湿器的蓄能能力较强。水冷型除湿器

右图为水冷型除湿器。除湿剂溶液从除湿器上部沿着平板往下流动，平板上的涂层使除湿剂溶液均布于整个平板上，被处理的空气从下往上流动，在板间与溶液发生热质交换。而冷却水管敷设于平板内部，这样湿空气内的水蒸气液化所产生的潜热会被冷却水带走。冷却水或冷却空气的泄漏会影响内冷型除湿器的正常工作，因此要求密封性好，这使得它的制造比绝热型除湿器复杂。交叉流型除湿器

右图是一种交叉流型板式除湿器。被处理的空气在平板的一侧与除湿剂溶液直接接触从而被除湿。同时，从空调室出来的回风与水在平板的另一侧直接接触发生热质交换，带走主流空气侧在除湿过程中所产生的潜热。平板两侧的流体是以交叉流的形式流动的，所以这种除湿器也被称为交叉流型板式除湿器。离子液体溶液除湿技术

离子液体具有较高的热稳定性、较好的溶解性，对金属无腐蚀等特点。参考文献：[1]徐学利，张立志，朱冬生.液体除湿研究与进展[J].暖通空调，2004，34（7）[2]王倩，郝红，卢建津.液体除湿空调系统国内外研究进展[J].煤气与热力，2005，25（10）[3]卢大为，邵双全.新型高效除湿技术研究进展[J].制冷与空调，2017，17（8）[4]刘晓华，李震，张涛．溶液除湿[M].北京:中国建筑工业出版社，2014：1-10[5]FANHM,SHAOSQ,TIANCQ.Performanceinvestigationonamulti-unitheatpumpforsimultaneoustemperatureandhumiditycontrol[J].AppliedEnergy,2014,113:883-890[6]杨兴林，邹晓薇，吴鹏等.LiCl溶液除湿性能的数值模拟和试验研究[J].流体机械，2016，44（2）[7]钱俊飞，殷勇高，张小松.叉流除湿器热质传递性能实验研究[J].制冷学报，2014，35(1):45-52

应用5张涵玮应用321太阳能驱动溶液除湿空调地下建筑、船舶用溶液除湿空调蓄能太阳能驱动溶液除湿空调我国低纬度极端热湿地区高温高湿强辐射的气候特点导致该地区空调能耗常年处于较高值,而当地极佳的辐射资源为发展太阳能空调提供能源保障,因此,太阳能溶液除湿空调系统是非常好的一个选择,该系统由太阳能集热器提供溶液再生热量,由光伏板提供整个空调系统所需电量,具有温湿度独立控制,高效节能等优点。太阳能驱动溶液除湿空调太阳能薄膜液体除湿空调系统在此系统中，液体-空气膜能量交换器被用于对湿空气除湿和稀释除湿剂液体的再生。在送风和排风空气中除湿剂液滴的剩余,限制了传统直接接触液体除湿空调在商业和民用建筑中的应用。而液体-空气膜能量交换器可以解决这个问题，因为液体-空气能量交换器使用一张半透膜使空气和液体分离，从而在不接触液体除湿剂的情况下传热和传湿。太阳能薄膜液体除湿空调系统地下建筑用溶液除湿空调地下建筑被岩土所包围且空间相对封闭,存在通风效果差、空气不新鲜、湿度大、噪音大和照度不足等问题,尤其是湿度很大的问题对地下建筑的使用效果产生很大影响,所以“防潮除湿”是维持地下建筑良好工作环境的一个重要保障技术措施。溶液除湿方法对空气热湿处理要求具有很强的适应能力，因为它可以将空气直接处理到所要求的送风状态点，无疑是较好的空气调节方式之一。船舶用溶液除湿空调受船舶空间限制和运行环境影响，系统应该尽量简单，以便于安装和维护管理。溶液除湿蒸发冷却空调系统应用在船舶上可采用船舶余热驱动，船舶余热很丰富的，充分适应船舶空调夏季工况湿负荷大的特点。同时，节能环保的蒸发冷却技术可以利用充足的海水冷源对空气进行热、湿调节，从而获取良好的空气质量。蓄能这里的蓄能能力是指浓溶液的吸湿能力。通过再生得到的浓溶液储存在浓储液槽中,就相当于存储了冷量。实际应用时,将浓溶液与未经再生的稀溶液混合至除湿器所需浓度后送入除湿器中使用。和传统的冰、水等蓄能方式有异曲同工之妙,只是所蓄的并非直接的冷量,而是溶液吸收水分的能力。参考资料：1.太阳能驱动溶液除湿空调系统集热/光伏面积优化匹配研究，邱正豪，西安建筑科技大学2.一种太阳能薄膜液体除湿空调系统的应用分析，林远深，绿色科技3.独立光伏溶液除湿空调系统在极端热湿岛礁的应用，刘俊杰、孙婷婷、刘艳峰，暖通空调4.地下建筑溶液除湿空调系统的应用探讨，刘长俊、孔维同，洁净与空调技术5.船用溶液除湿蒸发冷却空调系统，郑超瑜、陈武，集美大学学报（自然科学版）6..溶液除湿空调系统蓄能性能分析，杜斌、施明恒，暖通空调

熊俊现状、问题与发展69852张小松等提出了蓄能型太阳能溶液除湿与蒸发冷却技术相结合的空调系统，并以实验的方法对系统的再生性能进行了研究。

他们还介绍了一种新型的太阳能溶液集热／再生器，并构建了一种太阳能溶液独立除湿与蒸发冷却辐射供冷空调系统，解决了房间空气处理的热湿耦合问题。现状[6][7]9852清华大学的溶液调湿技术课题组对热泵驱动、余热驱动及带有热回收装置的溶液调湿技术进行了系统的研究。李震等提出了一种带有溶液热回收器的新风空调机，该新风机性能系数可达6～10。而后，刘晓华等提出了以溶液作为媒介的全热回收装置和热泵系统相结合的新风处理机，该机组是对之前李震等人提出的机组进行了改进，实测数据显示改进后的热回收效率比之前提高11％一16％。在这些研究的基础上，刘拴强等提出了一种新型热泵驱动的双级溶液调湿新风机组。现状[4]9852熊珍琴等提出了一种热致浓度差溶液除湿系统，即通过反复利用溶液，增加溶液工作浓度差来改进系统运行性能。而后他们又在此基础上进行了改进，提出了两级溶液除湿系统，该系统利用价格低且易于再生的CaCI：溶液在第一级除湿器中预处理空气，而第二级除湿器则采用性能稳定的LiCl进一步处理送风，如图1。陈晓阳等于2011年针对各种实际应用场合的特殊要求提出了各种新的利用溶液调湿技术的处理流程，如舒适性空调环境、洁净空调环境和要求极低湿度的深度除湿环境等，这为设计人员针对不同环境需求选择合适的除湿技术提供了参考。现状[4]一目前的研究主要停留在粗略模拟二理论计算三实验研究相对匮乏，主要部件的耦合关系研究等几乎未见报道现状[4][5]问题3目前其除湿、冷却效果较传统空调系统差，溶液再生也需要较大的太阳能集热面积，致使系统体积庞大，影响其推广应用在高温高湿的气候下，能量回收显得尤为重要，溶液除湿蒸发冷却类空调系统的流程布置对系统综合性能有较大影响1溶液除湿蒸发冷却空调的系统性实验研究较少，溶液除湿与蒸发冷却之间的耦合问题仍需解决2空调房间的热湿负荷随着室外环境和房间使用状况不断发生变化，目前系统热湿实时控制方面的研究还比较匮乏45产业化与工艺问题需要