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－循环泵[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PS低

于空气中的水蒸气分压力PV，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，PS 增大，而被处理空气的湿度下降，PV减小；若气液两相接触的时间 足够长，则PV＝PS，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，空气进再生器空气出填料(kg/kg)20010°温度/30405060700.020.01含湿量/0.0360%65%70%12455%饱和水蒸气线50%0.040.050.06溶液饱和线40%LiBr345%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）:tW=34℃,tWS=28.2℃ 查h-d图得：dw=21.8g/Kg,hW=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 m2，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 m2 ,人员密度f=1人/ m2 [1]；新风量20m3/人.h； 3） 明及设备散热：50W/ m2； 4） 室内空气状态：tN=26℃，ϕ=70%，计算得dN=14.7g/Kg，hN=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=×∆=

rWη

Qr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%95Ld=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GW=2300 kg/h，送风状态点温度to=18℃，室内余热LQ1＝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

LQεkJ/kg，新风负荷LQ2＝NWwhhG−⋅＝29 kW，总负荷LQ＝

LQ1+ LQ2＝51 kW。 如图3、图4所示，根据)(NWWNChhGGhh−+=，

)(NWWNCddGGdd−+=；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 ℃ hw kJ/kg dw g/kg tN ℃ hN kJ/kgdN g/kghC kJ/kgdC g/kgtL/H℃hL/H kJ/kgdL/H g/kg tO ℃ hO kJ/kgdO

g/kg

表冷器冷却除湿 34 90.3 21.8 26 63.714.779.318.91540.310 18 43.610

溶液除湿 34 90.3 21.8 26 63.714.779.318.92348.710 18 43.6101）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 CLlqhhGQ−⋅=， 再热负荷

LOzhhGQ−= ；

根据表冷器冷却除湿耗电量 ， 再热耗电量: 1/COPQElqlq=zzQE= ； 单位面积再热耗电量 SEEzpz/= ；总的耗电量zlqEEE+= ；平均耗电量。 SEEp/=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

lqQ zQ lqE zE pzE E pE

42510W 3597W 9618W 3597W 35.97 W/ m213215W 132 W/ m22）在溶液除湿一次回风系统中

溶液再生耗热量rHCrz

rddGrWQηη×−=×∆=；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HCrhhGQ−=+)1(rzQη−×； 表冷器的(7-12℃)干冷负荷OHghhGQ−=。

进而可知，用于溶液降温的耗电量2/COPQERr=；表冷器干冷耗电量； 1/COPQEgg

=

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/zzQE=zgrEEEE++=；平均耗电量SEEp/=。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 rQ gQ zQ rE gE zE E pE

35483W 5559W 11830W 4834W 1258 W 2958W 9050W 90.5W/ m23）节能率

溶液除湿与表冷器冷却除湿相比较，节能率%5.31132154165≈=＝量表冷器冷却除湿总耗电总耗电量差η 3 结论 通过以上的计算可见，在地下商业街这类高湿环境中使用普通的表冷器冷却除湿一次回风系统处理空气与用溶液除湿一次回风系统比较，不利因素主要有二： 1） 要较大的再热量。通过计算可以看出，每平方米需再热量约为36W。 2） 响室内空气品质。原因有二点，一是表冷器在湿工況下运行，易产生霉菌，带入室内；二是室内回风与新风混合后又送入了室内，送入室内的风污染物不能除去，只能稀释。

而与之比较，溶液除湿一次回风系统能克服以上缺陷，主要表现为以下四点： 1） 空气处理过程无需过冷和再热，故可节省能源； 2） 这种系统中，用于除湿溶液降温的冷冻水可用18℃的高温冷冻水，可以提高制冷机组COP。由于冷冻水的温度高，甚至可以用深井自来水（天然水源）代替，再生能源还可用低品位热能为动力。如工业废热、冷凝器的散热等，也可节能。其总的节能率约为31.5%。如果再生热源利用冷凝热，那将更加节省能源。 3） 采用溶液除湿空调处理空气，除溶液本身可以消灭多种病菌和病毒外，还不存在凝结水，消除了霉菌、军团菌抢救无效的滋生条件[16]，从而可改善空气的品质。

4）调整溶液浓度，可以实现湿度灵活控制，不受冷冻水温度的限制。 所以结合工程实际条件，高湿环境中可考虑采用溶液式除湿空调系统。

参 考 文 献： [1] PENG C S，HOWELL J R . Analysis and design of efficient absorbers for low-temperature desiccant air conditions. ASME J of Solar Energy Engineering，1981，103：67-74. [2] ALBERS W F，BECKMAN J R，FARMER R W，et al. Ambient pressure，liquid desiccant air conditioner. In：ASHRAE Trans, 1991，97(2)：603-608. [3] JAIN S，DHAR P L，KAUSHIK S C. Evaluation of liquid desiccant based evaporative cooling cycles for typical hot and humid climates. Heat Recovery Systems & CHP，1994，14(6)：621-632. [4] 李震，刘晓华，江亿，等.带有溶液全热回收装器的新风空调机.暖通空调，2003，33(3)：55-57. [5] 刘晓华，李震，江亿.溶液全热回收装置与热泵系统结合的新风机组.暖通空调，2004，34(11)：98-102. [6] 杨盛旭，李刻铭，郭春信，等.地下商场空调设计问题探讨. 暖通空调，2004，34(2)：44-47. [7] 江亿，李震，陈晓阳，等.溶液式空调及其应用. 暖通空调，2004，34(11)：88-97. [8] 徐学利，张立志，朱冬生.液体除湿研究与进展. 暖通空调，2004，34(7)：22-26. Theoretical