干燥冷卻空調(diào)系統(tǒng)的研究進(jìn)展與應(yīng)用

黎　嬌，楊正德

（湖南人文科技學(xué)院 能源與機(jī)電工程學(xué)院，湖南 婁底　417000）

干燥冷卻空調(diào)系統(tǒng)的研究進(jìn)展與應(yīng)用

黎嬌，楊正德

（湖南人文科技學(xué)院 能源與機(jī)電工程學(xué)院，湖南 婁底417000）

干燥冷卻空調(diào)由低品位熱源驅(qū)動(dòng)，干燥轉(zhuǎn)輪處理潛熱負(fù)荷，蒸發(fā)冷卻器處理顯熱負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)溫濕度獨(dú)立控制。與傳統(tǒng)空調(diào)相比，低品位熱源與除濕轉(zhuǎn)輪相結(jié)合的新型空調(diào)系統(tǒng)在人體舒適度、能源節(jié)約、保護(hù)環(huán)境等方面都具有優(yōu)勢(shì)。文章介紹了除濕轉(zhuǎn)輪的工作機(jī)理，干燥冷卻空調(diào)系統(tǒng)形式，太陽能及其他低品位熱源在干燥冷卻空調(diào)系統(tǒng)中的發(fā)展與應(yīng)用情況。

干燥冷卻系統(tǒng)；除濕轉(zhuǎn)輪；太陽能；低品位能源

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，能源問題日趨嚴(yán)峻，我國正積極推行節(jié)能減排政策。建筑能耗中，大約1/3的一次能源被空調(diào)系統(tǒng)所消耗，尋求節(jié)能環(huán)保的新型空調(diào)技術(shù)已迫在眉睫。將低品位熱源（太陽能、地?zé)崮?、工業(yè)余熱等）與除濕轉(zhuǎn)輪相結(jié)合的新型空調(diào)系統(tǒng)正滿足了這一要求。干燥冷卻系統(tǒng)是熱驅(qū)動(dòng)的冷卻機(jī)組，它介于傳統(tǒng)的蒸汽壓縮和吸收冷卻系統(tǒng)之間。主要部件有除濕轉(zhuǎn)輪、顯熱交換器、再熱裝置和蒸發(fā)冷卻器。其中除濕轉(zhuǎn)輪處理潛熱負(fù)荷，蒸發(fā)冷卻器處理顯熱負(fù)荷。目前一系列關(guān)于干燥冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)和分析研究正在進(jìn)行中。

1　干燥冷卻空調(diào)系統(tǒng)的研究進(jìn)展

（1）除濕轉(zhuǎn)輪工作機(jī)理。除濕轉(zhuǎn)輪是干燥冷卻空調(diào)系統(tǒng)的核心部件，分為除濕區(qū)和再生區(qū)。處理空氣首先送入除濕區(qū)，空氣中的水分被干燥劑吸附，同時(shí)釋放大量吸附熱，空氣溫度升高，濕度降低。同時(shí)，再生空氣經(jīng)加熱器加熱到指定溫度，逆向流進(jìn)再生區(qū)，帶走干燥劑中的水分，使干燥劑脫附，恢復(fù)再生能力。電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，如此反復(fù)循環(huán)便可達(dá)到連續(xù)除濕的目的。除濕轉(zhuǎn)輪再生的能量消耗是轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)的主要能耗之一，為了使除濕空調(diào)系統(tǒng)更節(jié)能、更具有優(yōu)越性，許多學(xué)者致力于降低再生能耗的研究。

（2）干燥冷卻空調(diào)系統(tǒng)。1955年，Pennington取得了第一個(gè)與轉(zhuǎn)輪式除濕空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)的專利。該系統(tǒng)采用直流式送風(fēng)，處理空氣完全來自室外?？諝馓幚磉^程：外界空氣經(jīng)風(fēng)管進(jìn)入干燥轉(zhuǎn)輪的處理區(qū)，空氣中的水分被吸附劑吸附，濕度降低，溫度升高。在風(fēng)機(jī)作用下，高溫低濕空氣進(jìn)入轉(zhuǎn)輪換熱器，與來流冷空氣進(jìn)行顯熱交換，溫度降低。然后進(jìn)入直接蒸發(fā)冷卻器，將處理空氣處理至送風(fēng)狀態(tài)，送入室內(nèi)。再生過程：來自室內(nèi)的回風(fēng)先進(jìn)入直接蒸發(fā)冷卻器，再送入顯熱換熱器，與處理空氣進(jìn)行顯熱交換，吸收處理空氣的顯熱后溫度升高，再經(jīng)熱源加熱至再生溫度后，進(jìn)入干燥轉(zhuǎn)輪的再生區(qū)域?qū)ξ絼┻M(jìn)行再生。

2　干燥冷卻空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用

20世紀(jì)80年代以來，許多有關(guān)太陽能空調(diào)技術(shù)研究開來，特別是在美國和歐洲。實(shí)際應(yīng)用中，為減少再生能耗，將低品位能源（太陽能、地?zé)崮艿龋┳鳛榱烁稍镛D(zhuǎn)輪的再生熱源，低品位能源利用成為除濕轉(zhuǎn)輪空調(diào)系統(tǒng)的研究方向之一。

（1）干燥冷卻空調(diào)系統(tǒng)與太陽能。太陽能取之不盡、用之不竭、安全環(huán)保。就太陽能的使用而言，其特點(diǎn)與空調(diào)負(fù)荷的特點(diǎn)十分匹配，夏季空調(diào)負(fù)荷高峰期，正是太陽能最豐富的時(shí)候。而轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)具備對(duì)熱源要求低的特點(diǎn)，將兩者結(jié)合起來自然成為國內(nèi)外研究的焦點(diǎn)。

第一個(gè)干燥冷卻循環(huán)是在瑞士建成的。在歐洲，太陽能輔助空調(diào)系統(tǒng)就有70多個(gè)，而德國和西班牙的太陽能空調(diào)系統(tǒng)數(shù)量最多。Mavroudaki等人討論了在南歐太陽能再生的單級(jí)轉(zhuǎn)輪干燥冷卻技術(shù)的應(yīng)用，選擇了歐洲七個(gè)典型城市進(jìn)行分析。結(jié)果表明，幾個(gè)城市的能源節(jié)約達(dá)到該地區(qū)的25.1%～46.5%，尤其是挪威奧斯陸的能源節(jié)約可達(dá)93%。Khalidh等人分析了太陽能輔助干燥冷卻系統(tǒng)在巴格達(dá)的兩層住宅使用情況。結(jié)果表明，室外溫度，再生溫度，熱交換器效率和蒸發(fā)冷卻器的效率對(duì)太陽能輔助干燥冷卻系統(tǒng)性能影響較大。

國內(nèi)，張于峰等人提出以太陽能為再生能源的復(fù)合式空調(diào)系統(tǒng)，結(jié)果表明，使用太陽能再生時(shí)，系統(tǒng)節(jié)能分別為61.86%和71.16%。該系統(tǒng)節(jié)能效果顯著。代彥軍等人提出由轉(zhuǎn)輪除濕和太陽能吸附式制冷組成的系統(tǒng)，在標(biāo)準(zhǔn)工況下，復(fù)合系統(tǒng)的性能系數(shù)大于0.4，系統(tǒng)出口溫度低于20℃。

（2）干燥冷卻系統(tǒng)與其他低品位能源。太陽能受天氣條件限制，太陽能熱水不能完全滿足除濕轉(zhuǎn)輪再生要求，添加輔助加熱器進(jìn)行再熱是常用手段之一。為此，有人研究采用其他低品位能源進(jìn)行轉(zhuǎn)輪干燥劑再生。Valentin等人提出利用地源熱泵與太陽能相結(jié)合設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)可再生能源與居民熱需求兩者的能源整合。L.Z.Zhang等人提出與冷卻頂板相結(jié)合的干燥冷卻系統(tǒng)，通過分析結(jié)果顯示，該系統(tǒng)可節(jié)省40%的一次能源，系統(tǒng)運(yùn)行再生溫度均低于80℃的。

國內(nèi)，逯紅梅等人提出了燃?xì)鉄岜媒Y(jié)合除濕轉(zhuǎn)輪的系統(tǒng)，通過燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，完成熱泵循環(huán)，實(shí)現(xiàn)制冷和供熱。左志遠(yuǎn)等提出將一次能源的發(fā)電技術(shù)與低品位熱能驅(qū)動(dòng)技術(shù)集成起來。利用工業(yè)余熱、廢氣等低品位能源來實(shí)現(xiàn)夏天供冷和冬天供熱。

3　結(jié)語

轉(zhuǎn)輪除濕技術(shù)可滿足人體舒適性要求，利用低品位能源來實(shí)現(xiàn)循環(huán)。低品位能源與除濕轉(zhuǎn)輪相結(jié)合的空調(diào)系統(tǒng)，既節(jié)約能源，又可避免氟利昂污染大氣環(huán)境，還具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。在利用低品位能源方面，研究仍在繼續(xù)。

［1］代彥軍，臘棟.轉(zhuǎn)輪式除濕空調(diào)系統(tǒng)研究與應(yīng)用最新進(jìn)展［J］.制冷學(xué)報(bào)，2009，30（4）：1-8.

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Research Progress and Application of Desiccant Cooling Air Conditioning Systems

LI Jiao，YANG Zheng-de
（School of Energy and Electromechanical Engineering，Hunan Humanities Science and Technology University，Loudi，Hunan 417000，China）

Desiccant cooling driven by low grade thermal energy is an environmental friendly technology.It can control humidity and temperature separately using desiccant wheel processes latent load and evaporative cooling processes sensible heat load.Compared with traditional air conditioning system，rotary desiccant wheel-based air conditioning system derived by the low grade energy has advantages in human comfort，energy conservation and environment protection.This paper introduces the principle of dehumidification wheel，desiccant cooling air conditioning system configurations，the utilization and development of solar energy and other low grade thermal energy in desiccant cooling air conditioning systems.

desiccant cooling systems；dehumidification wheel；solar energy；low-grade thermal energy

TU831.5

A

2095-980X（2016）07-0065-02

2016-06-17

湖南人文科技學(xué)院科學(xué)研究資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2015QN 04）。

黎嬌（1986-），女，湖南新化人，碩士，助教，主要從事建筑節(jié)能及新能源方面的教學(xué)與科研工作。