太阳能除湿系统中混合盐溶液的性能

万方数据
２３８
农业工程学报
２００９年
用中。
”
表２除湿量与空气流量、盐溶液流量和进口空气含湿量 的关系
Ｔａｂｌｅ ２ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ａｉｒ
ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｅｈｕｍｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ
ａｉｒ ｆｌｏｗ，
ｈｕｍｉｄｉｔｙ ａｎｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｌｏｗ
实验点
∞巧加坫
空气／Ｃｋｇ．流量ｇ－１）溶液／（ｋｇ紧进口（｝蛩Ｐ
万方数据
第１０期
丁涛等：太阳能除湿系统中混合盐溶液的性能
２３７
在本论文中，采用氯化钙（ＣａＣｌ２）和氯化锂（ＬｉＣＩ） 的混合盐溶液作为除湿剂。实验测试了不同质量分数的 组合盐溶液和单一组分的盐溶液的密度，以及除湿器进 口各参数的变化对除湿量的影响，试图在众多影响参数 中找到关键的影响因素。
钙（ＣａＣｌ２）和氯化锂（ＬｉＣｌ）混合盐溶液为除湿剂的工 作原理图。室外空气和室内回风的混合空气，通过ＦＪｌ （风机１）进入机组，经过ＦＪ２（风机２）实现间接蒸发 降温，再通过４级混和盐溶液除湿，由ＦＪ３（风机３）将 被处理后的空气送入室内。在除湿装置中，ＮＹＢｌ、２、３、 ４（浓盐溶液泵１、２、３、４）将浓盐溶液自项部的喷头均 匀向下喷淋使填料充分浸润，混合空气在波纹交错通道 的填料中与浓盐溶液接触，由于盐溶液的表面水汽压低 于空气的水汽分压力，空气中的水分进入到盐溶液中， 空气进行了除湿而盐溶液被稀释。稀盐溶液通过ＸＹＢ５ （稀盐溶液泵５）输送到换热器中进行两级换热再生。第 一级由太阳能集热器中的热水经过换热器ｌ来完成：第 二级由再生后的高温浓盐溶液经过换热器２来完成。在 再生器中，经过加热的稀盐溶液自上向下进行喷淋，室 外空气经过ＦＪ４（风机４）自下向上与盐溶液进行接触， 由于稀溶液加热后，其表面水汽压升高，当溶液表面水汽 压高于空气中水汽分压力时，溶液中的水分就蒸发到空 气中，稀盐溶液实现了浓缩再生。
太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，按 照其利用技术可以分为太阳能热利用、太阳能光利用、 太阳能储存与转换利用三大类。太阳能热利用的再生溶 液技术在溶液除湿系统研究中正在受到相关研究人员的 重视。溶液除湿是利用某些吸湿性溶液能够吸收空气中 的水分而将空气除湿的方法。如果空气中湿度过大，不 但会影响到人的生活环境，还直接影响工农业生产及产 品的储存，如设施农业中温室湿度过大会影响作物的健 壮生长，还会引起植物病害的侵染、蔓延。因此，必须 采取有效的措施来保证空气湿度符合生产工艺要求。目 前常用的除湿技术主要有４种，即通风除湿、冷却除湿、 固体吸附剂除湿和液体吸湿剂除湿。其中液体除湿技术 通过溶液的喷洒，可以去除空气中的尘埃、细菌、霉菌 及其它有害物，这项技术可以用于调控畜禽舍内空气的 湿度和对舍内空气进行杀菌。由于液体除湿技术所具备 的优势而被越来越多地应用到各种除湿环境中。液体除 湿可以靠低品位热能再生，如太阳能可以再生液体吸湿 剂，又由于没有制冷剂对大气环境的污染，对环境友好 而被越来越多的学者关注和研究，称其为节能的绿色除
丁涛，黄之栋，王平智，等．太阳能除湿系统中混合盐溶液的性能［Ｊ］．农业工程学报，２００９，２５（１０）：２３６－－２４０．
Ｄｉｎｇ Ｔａｏ，Ｈｕａｎｇ
Ｚｈｉｄｏｎｇ，Ｗａｎｇ
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Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆｔｈｅ ＣＳＡＥ，２００９，２５（１０）：２３６－－２４０．（ｉｎ
ａ１．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｍｉｘｅｄ ｓａｌｔ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｎ ｓｏｌａｒ ｄｅｈｕｍｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］． Ｃｈｉｎｅｓｅ ｗｉｔｈ Ｅｎｇｌｉｓｈ ａｂｓｔｒａｃｔ）
试验中选用氯化钙和氯化锂的混合溶液作为除湿溶 液。其主要目的是对除湿溶液的性能进行测定，通过调节 除湿器的进口参数，来研究影响系统除湿性能的因素，为 系统的运行调节提供依据。 影响系统除湿性能的因素比较多，在试验过程中， 对比了两种工况，工况Ｉ：空气温度为１８．３８～２１．７７℃， 含湿量为６．８－－－，７．８ ｇ／ｋｇ，工况ＩＩ：空气温度为２３．７７～ ２４．７℃，含湿量为１４．０５～１４．６２ ｇ／ｋｇ。通过试验测得除湿 量随各种变量的变化，试验结果见表１，－一３。根据数据判 断出各个变量对除湿性能的影响。
Ｓ．Ｙｏｕｎｕｓｔｌ４】认为，氯化钙（ＣａＣｌ２）和氯化锂（ＬｉＣｌ） 的混合溶液的水汽压和密度，不受混合盐溶液中离子相 互作用的影响，但是混合溶液的黏度要受到其相互作用 的影响。本论文利用氯化钙（ＣａＣｌ２）和氯化锂（ＬｉＣＩ） 的混合溶液作为除湿剂，对不同质量分数的混合盐溶液 和单一组分的盐溶液的密度分别进行了测量，得出不同 质量分数的盐溶液与密度的关系如图２。 试验中，混合溶液（物质的量比１：１）的质量分数 为２０．７８％～２８．６５％（其中ＣａＣｌ２的质量分数为１９．４３％～
浓液桶
１试验系统及工作原理
溶液全热（显热、潜热）回收装置是以具有吸湿性 能的盐溶液，如溴化锂（ＬｉＢｒ）、氯化锂（ＬｉＣＩ）、氯化 钙（ＣａＣｌ２）作为工作介质。常温下一定浓度的除湿溶液 表面蒸汽压低于空气中的水汽分压力，可以实现水分由 空气向溶液的转移，空气的湿度降低、吸收了水分的溶液 浓度降低。稀溶液加热后，其表面水汽压升高。当溶液表 面水汽压高于空气中水汽分压力时。溶液中的水分就蒸 发到空气中，从而完成溶液的浓缩再生过程。利用盐溶液 的吸湿、放湿特性，可以实现被处理空气的热量和水分的 传递过程。 浙江省天喜集团在缙云县壶镇办公楼的会议大厅建 立了一套太阳能除湿降温系统。图１就是这套采用氯化
表１
Ｔａｂｌｅ ｌ
Ｔａｂｌｅ ３
表３除湿量与溶液质量分数、进口空气含湿量的关系 Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｅｈｕｍｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｑｕａｌｉｔｙ
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｉｒ ｈｕｍｉｄｉｔｙ
实验点
溶液嚣分数
除湿量与进口空气温度、含湿量的关系
Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ
补水桶
——浓盐溶液
一——热水
ＦＪ：风机
…一稀盐溶液
ｍ：浓盐溶液泵
ＳＢ：水泵ＸＹＢ：稀盐溶液泵
图１试验系统及工作原理
Ｆｉｇ．１
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｉｔｓ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐｍｃｉｐｌｅ
２
ＣａＣｌ２和ＬｉＣｌ混合盐溶液的物理性质
２８．４６％，ＬｉＣｌ的质量分数为７．９１％～１１．７８％）与单一成 分的ＣａＣｌ２盐溶液的密度基本一致（相差在０．５％以内）， 因此，可以认为混合盐溶液的密度（ＣａＣｌ２和ＬｉＣｌ）可以 由其中某一单一成分（ＣａＣｌ２盐溶液）的盐溶液的密度来 确定。而且盐溶液的密度与质量分数呈现出非常好的线 性关系。 假设质量分数为ｘ，密度为Ｙ，利用线性回归得到氯 化钙（ＣａＣｌ２）和氯化锂（ＬｉＣｌ）混合溶液的质量分数和 密度的关系ｙ＝０．９０８＋０．０１５７ｘ。残差的平方和０．０００１６８， 胄２＝Ｏ．９９３，进行Ｉ ｔ Ｉ≥ｆｏ．０２５（刀一２）假设检验（４２．５３＞２．１ ７８８）， 说明线性关系非常好。这一公式可以推广到工程实践应
明显增加，增强了水分子的驱动力。 在整个试验过程中，空气的质量流量为Ｏ．７～１．１７ ｋｅ／ｓ，
进管警严量
虐∞，
ｔｈｅ ｄｅｈｕｍｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｉｒ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ
从表１中可以看出，随着进入除湿器空气的温度升 高和含湿量的增加，系统的除湿量也明显增加。因为空 气温度升高和含湿量的增加使空气中的水蒸汽的分压力
注：工况１：空气温度为１８．３８～２１．７７℃，含湿量为６．８～７．８ ｇ，ｌ【ｇ，工况ＩＩ： 空气温度为２３．７７～２４．７＂Ｃ，含湿量为１４．０５～１４．６２∥Ｉ【ｇ。
０引
言
湿方式。 对空气的除湿是依赖于吸湿溶液较低的表面蒸汽压 来进行的，所以对太阳能溶液除湿的研究最早是从吸湿 溶液的物性开始的。三甘醇溶液（ＴＥＧ）是最早用于溶液 除湿系统的吸湿剂，但由于它是有机溶剂，黏度较大， 在系统中循环流动时容易发生停滞，黏附于空调系统的 表面，影响系统的稳定工作。而且三甘醇等有机物质易 挥发，容易进入空调房间，对人体造成危害。上述缺点 限制了它们在太阳能溶液除湿系统中的应用，已经逐渐 被金属卤盐溶液所取代。溴化锂、氯化锂等盐溶液为难 挥发物质，虽然溶液有一定的腐蚀性，但使用塑料等防 腐材料，可以防止盐溶液对管道等设备的腐蚀，另外盐 溶液还具有杀菌净化功能，有益于提高室内空气品质， 所以盐溶液逐渐成为优选的吸湿剂【ｌ弓ｌ。 国内外不少研究机构和学者［４－引，详细测试了溴化锂 （ＬｉＢｒ）、氯化锂（ＬｉＣｌ）、氯化钙（ＣａＣｌ２）等单一组 分盐溶液的吸湿结晶线、表面水汽压、密度、比热容、 黏度等参数，并给出了上述性能参数随溶液温度和浓度 的变化规律。在常用的吸湿剂中，溴化锂（ＬｉＢｒ）、氯化 锂（ＬｉＣｌ）的价格较贵，氯化钙（ＣａＣｌ２）的价格比较低 廉，但是氯化钙（ＣａＣｌ２）的吸湿性能低于前两者。 Ｎｅｌｓｏｎ［９］、张小松［１０】、沈钰龙［１１１实验测试了以ＬｉＣｌ盐溶液 为吸湿剂的除湿与再生性能。刘晓华【１２ｊ实验测试了常用 ＬｉＢｒ、ＬｉＣｌ吸湿剂的除湿性能。对混合盐溶液的除湿性能， 也有一些学者进行了研究。宫小龙【１３Ｊ研究了ＣａＣｌ２和ＬｉＣｌ 混合溶液与除湿量的关系，Ｓ．Ｙｏｕｎｕｓｔｌ４１实验测试了ＣａＣｌ２ 和ＬｉＣＩ混合溶液的密度、黏度、水汽压等参数，杨英【１５Ｊ 实验测试了ＣａＣｌ２和ＺｎＣｌ２混合溶液的除湿性能。
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第２５卷第１０期 ２００９年 １０月
农业工程学报
Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆｔｈｅ
、，太阳能除湿系统中混合盐溶液的性能
丁涛１，一，黄之栋１，一，王平智１，一，赵伟金３，李保明１，２※
（１．中国农业大学水利土木工程学院，北京１０００８３； ２．农业部设施农业工程重点开放实验室，北京１０００８３； ３．浙江天喜实业集团公司，丽水３２１４００） 摘要：溶液除湿和太阳能再生技术，是解决高温高湿地区蒸发降温技术难题的关键。该文利用建立的太阳能再生溶液 除湿实验台，实验测量研究了氯化钙（ＣａＣｌ２）和氯化锂（ＬｉＣｌ）混合盐溶液（物质的量比ｌ：１）的密度与不同质量分数 之间的关系；研究了进口空气的温度、湿度、流量，盐溶液的流量，溶液的质量分数、水汽压差等参数与除湿量之间的 关系。结果表明：混合溶液的密度与其中的某一组分的溶液（ＣａＣｈ）密度非常近似，两者有很好的线性关系；影响除湿 量的关键因素是传热传质过程中混合盐溶液和窄气的水汽压差的大小。根据Ｅｒｔａｓ的实验研究，论文得到了氯化钙（ＣａＣｌ２） 和氯化锂（ＬｉＣＩ）混合溶液质量分数为２０％～４０％的溶液水汽压的计算公式，以及水汽压差和除湿量之间的关系式。该 研究为禽畜舍、温室等设施除湿技术提供了新的研究思路。 关键词：太阳能，降温，密度，再生，除湿，混合盐溶液，水汽压差 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—６８１９．２００９．１０．０４３ 中图分类号：￥２１４．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—６８１９（２００９）一１０—０２３６－０５