030溶液除湿空调在高湿环境中应用的理论分析全文

溶液除湿空调在高湿环境中应用的理论分析

河北工程大学 刘守帅 张子平

张伟捷 煤炭工业邯郸设计研究院 邹嘉艳

摘 要：介绍了溶液除湿的基本原理，并通过一实例的理论计算分析，说明在高湿环境中应用溶液除湿空调比应用表冷器冷却除湿空调在节能方面具有很大的优势。 关键词：空气调节 溶液除湿 高湿环境 节能

湿度是影响室内舒适度的重要因素之一，室内空气湿度过大不仅影响人的生活环境，还直接影响生产和生活用品的储存。目前的空调系统大多采用表冷器冷却除湿的方法，以达到既降温又除湿的效果。但这种系统存在机器露点过低和需要较大过冷和再热量的不利因素。尽管当其应用在高湿环境中时，机器露点有所提高，但由于其送风量大，故仍需较大过冷和再热量。于是，各种除湿技术得到了广泛的关注和发展，溶液除湿技术就是其中之一。

Lof于20世纪50年代建立了第一个溶液干燥冷却系统[1]

。Peng和Howell提出并分析了一种使用三

甘醇作干燥剂的液体除湿系统[2]

。我国在上世纪70年代曾将溶液式除湿大量应用在三线建设的地下厂

房除湿中[8]

。近年来，国内也有很多学者对溶液除湿做了大量的研究工作，如李震、江亿等介绍了空调

领域的溶液除湿、再生系统的流程[9]；刘晓华、陈晓阳等对溶液全热办公楼已建成了以溶液处理新风实现湿度独立控制的空调系统回收进行了实验研究[10]

；北京某一

其负荷特点有：室内余热、余湿

1 溶液除湿的原理[14]

程中

2－

[11]

。

地下商业建筑是高湿环境的典型，主要来源于人体，无日照辐射，与其它建筑相对余热小，湿度

大，热湿比小。从目前已有的地下商业建筑的使用情况来看，空调效果较差的主要表现为空调季节商场内闷热，相对湿度偏高，空气

浑浊[12]

，其原因在于地下商业建筑中湿度控制不力。而溶液除湿空调系统可有效消除空气的霉菌、粉尘，还可利用各种自然冷源或采用高COP的冷水机组。溶液除湿方式还可实现高密度的能量蓄存[13]

。 图1 LiBr 溶液除湿－再生装置工作流程简图

溶液除湿过程是一个复杂的热质交换过程。在除湿过

，由于高浓度的盐溶液在常温下其水蒸汽分压力P S 低于空气中的水蒸气分压力P V ，故可吸附空气中的水分。随着传质过程的进行，除湿溶液浓度下降，P S 增大，而被

处理空气的湿度下降，P V 减小；若气液两相接触的时间 足够长，则P V ＝P S ，压力趋于零，传质过程结束。图1为

LiBr溶液除湿－再生装置工作流程简图。图2所示为 常温下LiBr 溶液除湿－再生过程，其中1－2为吸湿过程，

(kg/kg)

°温度/含湿量/C 图2 LiBr 溶液除湿－再生过程 3为加热过程，3－4为再生过程，4－1为冷却过程。吸湿后的LiBr 稀溶液经电能、太阳能、地热、工业余热等低品位能源加热升温，送入再生器，由于LiBr 稀溶液中的水蒸气分压力高于空气的水蒸气

分压力，这时水蒸气开始由液相向气相传递，这样就实现了除湿溶液的再生。再生后的浓溶液被送到除湿器进行除湿，从而形成了除湿和再生的连续循环过程。 2 实例计算

以上海一地下商业街为实例，对溶液除湿空调在高湿环境中的应用进行理论分析。本实例根据文献[15]：

（以上海为例）:t W =34℃,t WS =28.2℃ 查h-d图得：dw=21.8g/Kg,h W =90.3KJ/Kg.

的相关参数设计计算，以便于与文献[15]中已有的空调系统作比较。由于地下商业街的负荷与新风

量、人流密度、照明及设备散热量有关，与围护结构无关，故可设面积为100 m 2

，最后可得出单位面积的耗电量。

2.1 计算条件1） 外空气状态2） 间面积S＝100 m 2 ,人员密度f=1人/ m 2 [1]；新风量20m 3

/人.h；

3） 明及设备散热：50W/ m 2

；

4） 室内空气状态：t N =26℃，ϕ=70%，计算得d N =14.7g/Kg，h N =63.7KJ/Kg；

； 调系统的COP＝4.42；提供18-21℃冷水的空调系统的COP＝7.34[11]

。

5） 室内人员从事轻度劳动，每个人的显热58W，潜热123W，散湿量184g/h.人6） 送风温差取8℃；

7） 提供7-12℃冷水的空8） 溶液再生效率82.0=×∆=r W ηQ

r 化，

Q为再生耗热量，电热价比为4

[11]

。

2.2 空气[11]

，其中ΔW为溶液浓缩前后含水量差，r是水的汽潜热

处理过程分析

图3 表冷器冷却除湿 图4 溶液除湿

图3为表冷器冷气处理过程中，室内回风与新风混合至状态点却除湿一次回风系统（文献[15]中已有空调系统）。在这种系统的空C 后经表冷器冷却除湿至状态点L(由与%95L d =ϕ可以确定状态点L)，图4为溶液除湿一次回风系统，室内回风与新风混合至再等湿加热至状态点O，最后沿等热湿比线ε送入室内。

状态点C 后，经多级溶液装置除湿至状态点H，此面所给条件，可计算出：新风量G W =2300

kg/h，送风状态点温度t o =18℃，室内余热LQ 1＝22kW,溶液装置的冷冻水为18－21℃，然后再通过表冷器（内流7－12℃的冷冻水）干冷至状态点O，最后沿热湿比线ε送入室内。

2.3 计算

根据前

余湿W＝5.1g/s，从而可得：43001≈=W LQ εkJ/kg，新风负荷LQ 2＝N W w h h G −⋅＝29 kW，总负荷LQ＝

LQ 1+ LQ 2＝51 kW。

如图3、图4所示，根据)(N W W N C h h G G h h −+=，)(N W W N C d d G G d d −+=；并查焓湿图得各

状态点的参数值，见表1。

表1 各状态点的参数值 W 点状态参数 N 点状态参数 C 点状态参数L/H 点状态参数 O 点状态参数

除湿方式

t w

℃ h w

kJ/kg d w

g/kg

t N

℃ h N

kJ/kg d N

g/kg h C

kJ/kg d C

g/kg t L/H ℃h L/H kJ/kg d L/H

g/kg t O

℃ h O

kJ/kg d O

g/kg 表冷器冷却

除湿

34 90.3 21.8

26 63.714.779.318.9

1540.310 18 43.610溶液除湿 34 90.3 21.8 26 63.714.779.318.9

23

48.7

10

18 43.6

10

1）在表冷器冷却除湿的一次回风系统中

表冷器冷却除湿负荷 C L lq h h G Q −⋅=， 再热负荷 L O z h h G Q −= ；

根据表冷器冷却除湿耗电量 ， 再热耗电量:

1/COP Q E lq lq =z z Q E = ； 单位面积再热耗电量 S E E z pz /= ；总的耗电量z lq E E E += ；平均耗电量。 S E E p /=根据表1中的已知参数，可得其结果见表2。

表2 表冷器冷却除湿一次回风系统能耗

lq Q

z Q

lq E

z E

pz E

E

p E

42510W

3597W

9618W

3597W

35.97 W/ m

2

13215W

132 W/ m

2

2）在溶液除湿一次回风系统中 溶液再生耗热量r

H C r

z

r

d d G r

W Q ηη×−=

×∆=

；不考虑再生器的热损失，再生耗热量扣除被排

除的水分带走的热量则为再生溶液的被加热量，这些热量需在除湿溶液降温时冷却，所以用于除湿溶液降温的冷负荷H C r h h G Q −=+)1(r z Q η−×； 表冷器的(7-12℃)干冷负荷O H g h h G Q −=。

进而可知，用于溶液降温的耗电量2

/COP

Q E R r =；表冷器干冷耗电量；

1/COP Q E g g =由于电热价比为4，即1 W 的电的价钱相当于4 W 的热的价钱。可将溶液再生耗热量折合成等价的耗电量，即 ；总的耗电量4/z z Q E =z g r E E E E ++=；平均耗电量S E E p /=。根据表1中的已知参数，可得其结果见表3。

表3 溶液除湿一次回风系统能耗