溶液調湿空调系统蓄能研究.docVIP

溶液调湿空调系统蓄能特性研究 北京市建筑设计研究院 唐艺丹 清华大学建筑技术科学系 刘晓华 摘要： 本文通过对清华大学建筑技术科学系已构建的一套温湿度独立控制空调系统进行模拟分析，以北京地区应用此系统的办公楼为例，建筑面积为7000m2，新风量为20000m3/h，研究再生器容量与储液罐容量之间的关系，通过合理选择储液罐容量，降低再生器容量的设计值。研究发现：储液罐容量与再生器容量成反比关系，且受热源的温度显著，随热源温度的提高，可减小系统容量。模拟得出，回风蒸发冷却型新风机COP变化范围在1～1.5，再生器随室外含湿量降低COP在0.7～0.8范围内变动，溶液除湿系统COP为0.7～1.2。在室外较干工况时，再生器间断运行时，应在室外含湿量较低的时刻开启，有利于性能提高。 关键词： 温湿度独立控制 溶液除湿 蓄能 背景 面对可利用低品位能源、节约能源消耗、保护环境等方面的问题，近年来，溶液式除湿空调系统的应用越来越广泛。传统的空调系统目前普遍采用冷凝除湿方式（采用7℃的冷冻水）除去建筑的显热负荷与潜热负荷。温湿度独立控制空调系统中，可采用溶液除湿、转轮除湿等方式处理空气湿度，采用高温冷源（18℃）控制空气温度，从而实现了温湿度的全面调节与控制。对于提高空调系统运行性能、降低能源消耗、提高室内空气品质、优化城市能源结构等方面均有重要意义[[1]]。 采用溶液除湿空调方式的温湿度独立控制空调系统中，溶液的蓄能特性与传统的冰蓄冷、水蓄冷等方式不同，并非直接的冷量，而是溶液吸收水分的能力（浓溶液）。在热源充足，系统浓溶液需求量盈余时储存起来，到系统浓溶液需求量较大时补给，从而缓解再生器对于持续热源的需求，同时也可降低整个溶液除湿空调系统的容量。近年来，溶液化学势能储存技术已逐渐受到国内外学者的关注，如张小松等[[8]]针对除湿蒸发冷却系统，利用太阳能或其他低品位热源作为再生热源的系统进行了研究，相同体积下比冰蓄冷的蓄能能力高3～5倍，其空调系统理论值达到1.21。代彦军等[[2]]对太阳能驱动的溶液除湿蒸发冷却空调系统建立了数学模型，并进行性能模拟研究。殷勇高等[[3],[4]]构建了溶液除湿蒸发冷却空调系统，在热源温度为70℃工况时COP可达0.8，且蓄能密度一般在1000MJ/m3以上。徐士鸣等[[6],[7]]建立了以溴化锂溶液为工质的闭式蓄能空调/供热的变质量能量转换与储存系统。对上海地区的办公楼模拟计算，表明系统有较高的性能系数（4.8）和较大的蓄能密度（413.8MJ/m3），并对蓄能空调在全量和分量蓄能策略下的工作情况进行数值模拟，为蓄能系统设计、控制、技术经济评价、设备选型或设计等工作奠定了基础。 本文采用数值模拟方法对余热驱动的溶液除湿空调系统的性能进行分析，以北京地区一典型的办公楼为例，对城市热网为热源驱动的系统，研究再生器容量与储液罐容量之间的关系，通过合理的选择储液罐容量，降低再生器容量的设计值。 温湿度独立控制空调系统 本文的研究对象为清华大学建筑技术科学系已构建的温湿度独立控制空调系统，溶液除湿系统由新风机、再生器、浓溶液罐和稀溶液罐构成，负责处理建筑内的潜热负荷，其中驱动再生器的热源为城市热网。系统中的高温冷水机组产生的高温冷水输送到辐射板或者干式风机盘管处理室内的显热负荷。 图1.温湿度独立控制空调系统图 热源 采用城市热网热水作为驱动溶液除湿系统的热源，热源为集中供热系统中一种热媒形式，热源稳定，系统用户可以根据自身需求随时取热，热水侧供应不变。 溶液除湿空调 溶液除湿空调由新风机、再生器、浓溶液罐和稀溶液罐构成，负责处理建筑内的潜热负荷。溶液泵将浓溶液罐的溶液输送到新风机组，产生足够干燥的新风，溶液本身变稀后流回稀溶液罐，稀溶液被送入再生器，经热源驱动再生成浓溶液流回浓溶液罐，由此完成溶液的循环。图3由三级全热回收模块和一级由喷水热回收后通过表冷器对送风进行冷却的模块构成，在三级全热回收上部模块中，通过喷水对回风进行直接蒸发冷却产生冷水作为下部模块除湿过程的冷源，从而提高溶液的除湿能力。室外新风依次经过除湿模块A、B、C被降温除湿后，继而进入回风模块G所冷却的空气-水换热器被进一步降温后送入室内。图4中为多级溶液再生装置的工作原理。采用空气-空气显热回收器预热新风，降低系统能耗。热水采用并联的方式进入各级再生装置的显热换热器以保证再生器的出口浓度。室外新风首先经过显热回收器被预热后，依次进入单元喷淋模块A～D与被热水加热后的溶液直接接触进行热量与质量的交换，空气沿程逐渐被加热加湿，最后高湿的空气经过显热回收预热新风后直接排出。级间溶液与空气逆流布置，使得模块A～D中的传热传质驱动力较为均匀，能够获得较好的传热传质效果。 图3 回风蒸发冷却的新风处理机结构示意图 图4 再生器结构示意图