一种太阳能溶液除湿空调系统模型验证及实验研究

摘要

太阳能溶液除湿通风与辐射供冷空调系统将空调房间的显热负荷和潜热负荷独立分开处理，并采用太阳能、余热、废热等低品位热源作为驱动能源，利用空气与水作为制冷介质，故其具有节能、环保、健康等特点，在未来的空调领域具有很好的应用前景。本文采用理论与实验相结合的方式对系统的性能进行了探讨，主要研究内容与成果如下:
　　根据当前能源与环境问题以及传统空调所存在的问题，综述了溶液除湿空调系统的研究进展，包括溶液除湿技术以及溶液除湿空调系统性能理论与实验研究进展。
　　阐述太阳能溶液除湿通风与辐射供冷空调系统工作原理，并构建了太阳能溶液除湿通风与辐射供冷空调系统实验测试平台，对系统中的主要部件，包括除湿器/再生器以及直接蒸发冷却器的外型与结构尺寸进行了描述，并对系统中典型工况下的实验数据误差进行分析，结果显示系统各个性能参数的最大相对误差均在2％以内，表明实验数据具有很强的准确性和可靠性。
　　在太阳能溶液集热再生实验平台上，对太阳能溶液集热性能和太阳能溶液再生性能进行了实验研究，获得了重要运行参数如空气流量、溶液流量、溶液浓度、溶液进口温度、室外空气温度以及太阳辐射值等对太阳能溶液集热性能以及太阳能溶液再生性能的影响，并对太阳能溶液集热过程运行参数的动态调节进行了分析。该实验结果为后续如何充分利用太阳能和系统输入能量，优化太阳能溶液集热再生性能提供了参考依据。
　　建立系统中主要设备的数学计算模型，并通过实验研究不同部件的运行参数对其性能的影响情况，从而为各部件的优化运行提供实验依据，同时利用实验数据的拟合得到除湿器/再生器以及直接蒸发冷却器的传热传质经验关联式，并将实验数据与通过模型和经验关联式计算得到的模拟结果进行对比来对各部件的数学模型进行验证。
　　最后，通过验证准确的各个部件的数学模型得到的程序进行人为的对接，从而对系统进行模拟，研究不同的运行工况，如溶液流量、空气流量、循环水流量、除湿器和再生器溶液入口温度、溶液浓度、室外环境空气状态、空调房间送风比以及换热器效率等对系统性能的影响。并通过实验进一步验证系统主要运行参数对系统性能的影响情况，从而对模拟结果进行验证。然后对不同季节（包括夏季和过渡季节）情况下系统制冷量以及系统性能系数COP进行了对比，并对不同季节下系统空调房间的送风含湿量以及辐射吊顶冷媒水进口温度随时间的变化情况进行了分析和对比，为后续系统的优化运行和负荷变化时参数控制策略的实施提供理论和实验依据。

目录

声明

摘要

主要符号表

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 全球能源现状及环境问题

1．1．2 传统空调系统存在的问题

1．2 溶液除湿空调系统及其优势

1．2．1 溶液除湿空调系统原理

1．2．2 溶液除湿空调系统优势

1．3 溶液除湿空调系统文献综述

1．3．1 溶液除湿技术的研究

1．3．2 溶液除湿空调系统性能理论与实验研究

1．4 本文的研究内容

第二章 实验系统介绍及误差分析

2．1 太阳能溶液除湿通风与辐射供冷空调系统工作原理

2．2 太阳能溶液除湿通风与辐射供冷空调系统实验装置

2．2．1 实验系统组成

2．2．2 系统主要部件

2．3 实验内容

2．4 实验系统误差分析

2．4．1 误差分析基本原理

2．4．2 实验数据误差分析

2．5 本章小结

第三章 太阳能溶液集热再生性能与动态调节特性实验研究

3．1 太阳能溶液集热再生实验平台

3．1．1 太阳能溶液集热再生系统介绍

3．1．2 太阳能溶液集热再生实验平台

3．2 太阳能溶液集热性能实验研究

3．2．1 太阳能溶液集热性能评价指标

3．2．2 太阳能溶液集热性能实验研究

3．3 太阳能溶液再生性能实验研究

3．3．1 太阳能溶液再生过程性能评价指标

3．3．2 太阳能溶液再生性能实验研究

3．4 太阳能溶液集热性能动态调节

3．4．1 太阳能溶液集热数学模型

3．4．2 太阳能溶液集热动态调节

3．5 本节小结

第四章 系统主要部件的性能实验研究与模型验证

4．1 溶液除湿器／再生器传热传质模型

4．1．1 溶液除湿器／再生器工作原理

4．1．2 溶液除湿／再生数学模型

4．2 溶液除湿／再生过程实验研究与模型验证

4．2．1 能量平衡分析

4．2．2 叉流除湿器溶液除湿过程实验研究

4．2．3 叉流再生器溶液再生过程实验研究

4．2．4 溶液除湿／再生过程耦合传热传质系数实验关联式

4．2．5 叉流溶液除湿器／再生器模型验证

4．2．6 填料型与平板降膜型溶液除湿／再生过程热质传递性能对比

4．3 直接蒸发冷却器性能实验研究与模型验证

4．3．1 直接蒸发冷却器传热传质模型

4．3．2 直接蒸发冷却器性能研究与模型验证

4．4 本章小结

第五章 系统性能模拟与实验研究

5．1 太阳能溶液除湿通风与辐射供冷空调系统性能评价指标

5．2 太阳能溶液除湿通风与辐射供冷空调系统性能模拟分析

5．2．1 除湿溶液流量的影响

5．2．2 除湿空气流量的影响

5．2．3 循环水流量的影响

5．2．4 除湿溶液温度的影响

5．2．5 再生溶液温度的影响

5．2．6 溶液浓度的影响

5．2．7 室外环境状态的影响

5．2．8 空调送风比的影响

5．2．9 换热器换热效率的影响

5．3 太阳能溶液除湿通风与辐射供冷空调系统实验研究

5．3．1 系统性能实验研究

5．3．2 不同季节连续运行时系统性能及参数对比

5．4 本章小结

第六章 研究总结与展望

6．1 研究总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献

硕士期间发表的论文及其他成果