蓄能型太阳能溶液除湿蒸发冷却空调系统研究

    随着制冷空调的发展与广泛应用,能源问题和环境问题是该领域面临的两大问题,也是当今社会可持续性发展密切关注的核心问题.太阳能液体除湿蒸发冷却空调系统(DECS)兼有节能和环保的优点[1],其节能性体现在:①有效利用可再生能源(如太阳能)和充分回收如工业废气余热等低品位热源;②高效的蓄能能力[2]有利于用户侧电力调荷)))/移峰填谷0负荷调节.其环保性体现在:系统没有传统的对大气臭氧层产生破坏作用和温室效应制冷的工质,而是采用具有环保的自然工质—水.鉴于DECS的应用潜力,越来越多的研究者开始进行此类课题的研究[3~6].DECS运行特性参数特别是传热传质性能参数对于系统的设计和运行调节有着重要的研究意义和应用价值.

    自从LÊf1955年最先提出了太阳能液体除湿空调的思想后,不少学者开始从事此领域的研究工作.2002年Sultan等对填料塔再生器性能进行了部分实验研究[7],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等[8]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.本文在理论上对系统的蓄能特性[9]和LiCl水溶液为除湿剂的除湿蒸发冷却系统的传热传质性能进行研究,定量地描述系统的蓄能性能,并得出再生系统的传质特性,指出提高再生性能应解决的关键问题,并提出该类问题的解决方案.

    1 填料再生器的再生性能

    太阳能溶液除湿蒸发冷却空调系统的流程如图1所示,采用电加热器及其控制模块作为热源模拟太阳能或者其他低品位热源,以研究不同热源温度下系统的再生性能.再生器采用填料塔结构的绝热型再生装置.溶液除湿蒸发冷却空调系统是通过除湿溶液对空气先进行除湿后经过蒸发冷却实现空气调节过程.所以除湿溶液的再生成为此类空调系统的一个重要性环节,涉及到所需驱动热源的品位和再生能耗(即系统能源输入环节),是制约系统性能系数的一个关键过程.

    传质通量是填料塔式再生器再生性能的一个重要的性能指标,其大小决定再生性能的强弱.为了测定特定设计结构再生器的传质通量,对内直径为0.7m,丝网填料螺旋盘绕在箱体内部,填料高度H=0.m,填料总长度L=6.5m,填料总面积S=5.2m²的再生装置进行实验研究.空气的质量流量为97.68g/s, LiCl水溶液的质量流量为71g/s,LiCl溶液的进口质量分数为20%,再生器进口湿空气的干球温度为27.5℃,相对湿度为60%,热源温度在55.5~77.5℃之间.

    实验结果如图2所示,图中实验数据点表明随着热源温度的升高,传质性能显著增强.这是由于随着热源温度的升高,溶液的温度也相应升高,此时溶液在填料塔上形成的降膜表层水蒸气压力越高.而且随着温度的升高,表层水蒸气分压力显著性增大,这与LiCl水溶液的表层水蒸气压力的分布一致.因此,对于随着温度升高而表层水蒸气压力沿温度的梯度增大的溶液除湿剂,如LiCl水溶液,应尽量选用温度较高的热源,而且运行过程中,应使溶液保持该温度,这样溶液除湿剂就会发挥更好的再生性能.