热湿独立处理空调系统内热源型溶液再生过程研究

摘要

针对传统空调系统在热湿联合处理室内空气负荷时存在再热能量浪费、空气品质较差、室内末端装置对热湿负荷比适应性差等问题，基于溶液除湿循环与蒸气压缩式制冷循环结合、综合利用太阳能蓄能和溶液蓄能、分级利用蒸气压缩式制冷系统冷凝热作为辅助热源，提出了一种冷凝热分段利用热湿独立处理空调系统。该空调系统综合利用太阳能和制冷系统冷凝热作为溶液循环驱动热源，分级利用冷凝废热，同时太阳能蓄能和溶液蓄能结合，合理解决热湿独立处理空调系统中溶液循环再生热能的高效补偿问题，节省了大量的电能，利用潜热蓄能来提高能源利用率和系统稳定性，实现了能源利用的可持续性发展。
　　系统夏季运行时由于制冷循环蒸发温度提高，系统制冷系数得到提升;冬季运行时充分利用室外湿空气全热作为热泵蒸发器低温热源，提高了系统供热系数，同时有效改善室外机冬季结霜问题。论文针对夏季和冬季两种运行模式，分别对冷凝热分段利用热湿独立处理空调系统进行了热力计算，研究了室外空气状态参数、室内空气状态参数、新风比以及室内显热负荷比的变化对系统性能的影响。
　　基于NTU-Le模型的再生过程热质传递的机理，建立了逆流型再生过程的理论模型，在控制方程离散迭代的过程中，提出将Gauss Seidel法和对数平均含湿法结合来求得NTU数及空气、溶液的出口状态参数，从而避免了通过实验获得初始NTU数的繁杂过程，并为今后的设计计算提供了理论依据。通过模拟计算数值与实验所得数值进行对比，相对误差保持在±10％以内，可知该理论模型对空气加热再生过程和溶液加热再生过程均适用。
　　搭建了溶液再生系统实验平台，分析了冬季工况下溶液温度和湿度、空气温度和湿度等因素对再生性能的影响，进行了相同工况下绝热型再生系统和内热型再生系统传热传质性能的对比实验。实验表明提高溶液温度、湿度、空气温度、湿度都有助于提高再生过程的再生量。空气加热再生过程中，随着空气的温度、流量增加，再生热效率都是先增加后缓慢减少。溶液加热再生过程中，提高溶液流量有助于提高再生过程的再生热效率，而提高溶液进口温度时，再生热效率呈下降趋势。内热型再生过程的再生量、再生热效率均大于绝热再生过程，并且可以一直维持较高值。
　　同时还开展了冷凝显热和潜热的不同配比对溶液再生过程性能影响的实验研究，结果表明:无论是通过调节溶液温度还是溶液流量来改变冷凝显热，随着冷凝潜热与冷凝显热的比值减小，再生量均增大。调节溶液温度改变冷凝显热的方式要优于调节溶液流量，再生热效率更高。因此在冷凝热分段利用过程中，通过增加溶液热交换器中换热量来提高再生器进口溶液温度，将更有利于再生过程的开展，提高系统的能源利用率。

目录

声明

摘要

主要字符表

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 基于溶液除湿／再生的热湿独立处理空调系统现状

1．2．2 除湿／再生溶液研究现状

1．2．3 溶液除湿／再生装置研究现状

1．2．4 溶液除湿／再生过程数值模拟研究现状

1．2．5 溶液除湿／再生过程实验研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 一种冷凝热分段利用的热湿独立处理空调系统构建及热力特性分析

2．1 一种冷凝热分段利用的热湿独立处理空调系统构建

2．1．1 系统工作原理

2．1．2 系统工作模式

2．1．3 系统创新点

2．2 夏季工况下系统热力特性分析

2．2．1 夏季工况系统的参数选择

2．2．2 夏季工况系统的评价指标

2．2．3 夏季工况系统的性能分析

2．2．4 夏季工况系统热力热性分析总结

2．3 冬季工况下系统热力热性分析

2．3．1 冬季工况系统的参数选择

2．3．2 冬季工况系统的评价指标

2．3．3 冬季工况系统的性能分析

2．3．4 冬季工况系统的热力特性分析结论

2．4 本章小结

第三章 溶液除湿／再生过程的数学模型

3．1 溶液除湿／再生过程的原理

3．2 溶液除湿再生的数学模型

3．3 传质单元数-刘易斯数(NTU-Le)模型

3．4 基于传质单元数-刘易斯数(NTU-Le)方法的数值模拟

3．5 模型的计算结果与实验结果的对比

3．6 本章小结

第四章 溶液除湿／再生实验测试平台设计

4．1 实验平台和实验方案的设计

4．1．1 内热源溶液再生器设计

4．1．2 主要设备的选型

4．1．3 溶液再生实验平台设计

4．2 实验方案设计

4．3 本章小结

第五章 溶液再生过程特性实验研究

5．1 溶液再生过程实验平台热平衡分析

5．2 溶液再生过程的性能评价指标

5．2．1 溶液再生过程的再生量及传质系数

5．2．2 溶液再生过程的再生热效率

5．3 空气、溶液及内热源状态参数对再生性能的影响

5．3．1 进口溶液温度对再生性能的影响

5．3．2 进口溶液流量对再生性能的影响

5．3．3 进口空气温度对再生性能的影响

5．3．4 进口空气流量对再生性能的影响

5．3．5 内热源工质进口温度对再生性能的影响

5．4 内热型与绝热型再生器的对比实验研究

5．4．1 溶液温度对内热型与绝热型的再生性能影响

5．4．2 溶液流量对内热型与绝热型的再生性能影响

5．4．3 空气温度对内热型与绝热型的再生性能影响

5．4．4 空气流量对内热型与绝热型的再生性能影响

5．5 冷凝潜热与冷凝显热配比变化对再生实验的影响

5．5．1 冷凝潜热与显热配比(调节溶液温度)对再生性能的影响

5．5．2 冷凝潜热与显热配比(调节溶液流量)对再生过程的影响

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 研究总结

6．2 主要创新点

6．3 研究展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢