转轮式两级除湿空调理论与实验研究

论文摘要

除湿空调依靠干燥剂除湿和蒸发冷却原理进行工作,可实现潜热负荷和显热负荷的分开处理。突出优点是采用对环境无污染的自然工质-水作为制冷剂,同时能够充分利用低品位热能,如太阳能、余热等驱动空调过程。对于转轮式除湿空调,固体吸附剂释放的吸附热是导致除湿过程偏离理想等温除湿的主要原因。论文提出了理想的转轮式无限多级除湿空调的概念,理论上证明此理想流程具有最小的不可逆损失、系统的驱动热源温度最低而且系统的绝对除湿量最大,阐明实现该过程对于解决吸附热对除湿性能影响具有重要作用。论文通过热力学分析提出了带中间冷却的双转轮式两级除湿空调流程,结合采用一种复合干燥剂材料,使得系统的除湿靠近等温过程,能够利用更低（50～90℃）的工作再生温度运行,同时系统热性能系数提高到1.0左右。建立了双转轮式两级除湿空调系统实验装置,从理论和实验两个方面对双转轮式两级除湿空调进行了深入研究分析。结果表明与传统一级除湿空调流程相比,两级系统具有再生温度低、（火用）效率高、除湿量大等显著优点。在相同的模拟工况下,两级系统在再生温度76℃下的除湿量与一级系统100℃下的除湿量相同,两级系统的（火用）效率提高约17%。论文发展建立了可以准确预测复合干燥剂除湿转轮器性能的气固侧热阻模型,克服了传统模型没有考虑除湿剂侧热量传导和质量扩散的不足。模型计算精度提高,最大误差不超过9%。为了改进转轮除湿器运行效果,提高转轮的利用率,论文还提出了转轮除湿器四区式运转新过程,采用一个除湿转轮实现了两级除湿空调流程。通过实验揭示了转轮厚度,再生温度,转轮转速对系统性能的影响。在上述工作基础上,本文结合某办公楼首次实施了太阳能驱动的转轮式两级除湿空调系统,取得了良好的性能效果。还结合热舒适性条件,对转轮式两级除湿空调送风条件进行了分析,研究比较了转轮式两级除湿空调和传统的电压缩式空调的热力性和经济性,揭示了转轮除湿空调的适用条件。研究结果表明转轮式两级除湿空调系统再生温度要求低,能源利用效率高,在太阳能和余热利用、空调除湿等场合有广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 符号说明
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 除湿空调系统研究
• 1.2.2 高效吸附除湿材料的研制
• 1.2.3 除湿转轮传热传质数学模型
• 1.3 研究内容
• 第二章 双转轮式两级除湿空调的提出和热力过程分析
• 2.1 理想的转轮式无限多级除湿空调
• 2.2 双转轮式两级除湿空调的组成和工作原理
• 2.3 两级系统与一级系统?比较分析
• 2.3.1 ?平衡方程建立
• 2.3.2 结果分析和讨论
• 2.4 本章小结
• 第三章 双转轮式两级除湿空调的实验分析
• 3.1 实验系统的建立
• 3.1.1 空气预处理设备
• 3.1.2 采用复合干燥剂材料的除湿转轮
• 3.1.3 显热换热器
• 3.1.4 空气加热器
• 3.1.5 风机
• 3.1.6 控制装置
• 3.1.7 测试传感器
• 3.2 系统性能评价指标和误差分析
• 3.2.1 系统性能参数
• 3.2.2 误差分析
• 3.3 测试结果分析和讨论
• 3.3.1 两级系统在ARI 夏季工况下的测试结果
• 3.3.2 两级系统在ARI 潮湿工况下的测试结果
• 3.3.3 两级系统在上海夏季工况下的测试结果
• 3.3.4 两级系统与一级系统测试结果比较
• 3.4 空气进口状态对系统性能影响
• 3.4.1 处理空气进口温度
• 3.4.2 处理空气进口含湿量
• 3.4.3 再生空气进口温度
• 3.4.4 再生空气进口含湿量
• 3.4.5 再生空气流量
• 3.5 本章小结
• 第四章 双转轮式两级除湿空调数学模型与计算分析
• 4.1 双转轮式两级除湿空调数学模型
• 4.1.1 除湿转轮数学模型
• 4.1.2 换热器，蒸发冷却器和空气加热器数学模型
• 4.1.3 系统数学模型
• 4.2 模拟结果分析讨论
• 4.2.1 ratio1 影响分析
• 4.2.2 ratio2 影响分析
• 4.2.3 转轮转速影响分析
• 4.2.4 换热器和蒸发冷却器效率影响分析
• 4.3 实验工况与模拟最优工况的比较讨论
• 4.4 本章小结
• 第五章 单转轮式两级除湿空调
• 5.1 实验分析
• 5.1.1 除湿转轮四驱式运转方式的提出
• 5.1.2 实验测试装置介绍
• 5.1.3 误差分析
• 5.2 实验结果分析和讨论
• 5.2.1 转轮转速的影响
• 5.2.2 转轮厚度的影响
• 5.2.3 再生温度的影响
• 5.3 系统性能总结分析
• 5.4 模拟分析
• 5.4.1 系统模型
• 5.4.2 模拟结果和讨论
• 5.5 本章小结
• 第六章 转轮式两级除湿空调的应用及分析
• 6.1 双转轮式两级除湿空调应用实例
• 6.1.1 系统介绍
• 6.1.2 太阳辐射测试
• 6.1.3 系统评价指标
• 6.1.4 测试结果
• 6.2 双转轮式两级除湿空调与气体压缩式空调的模拟比较
• 6.2.1 系统介绍
• 6.2.2 建筑物冷负荷计算
• 6.2.3 结果和讨论
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 研究总结
• 7.2 创新点总结
• 7.3 今后的研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录及其它