【摘 要】
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工业建筑中存在大量的余热废热,其中温度较低的低品位余热不仅总量大,利用难度也较高。通过热驱动的制冷除湿技术提供舒适的工作环境是低品位余热利用的一大方向。但是,当热源温度较低时(<80℃),这些制冷和除湿技术的能效表现并不理想(COP<0.7),甚至不能正常工作。为了改善这个问题,通过溶液除湿系统和单效吸收式制冷系统的有机耦合,提出了一种高效的吸收式制冷除湿一体化系统。该系统与常规系统相比,低位热源
【基金项目】
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国家重点研发计划(2018YFC0705306);
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工业建筑中存在大量的余热废热,其中温度较低的低品位余热不仅总量大,利用难度也较高。通过热驱动的制冷除湿技术提供舒适的工作环境是低品位余热利用的一大方向。但是,当热源温度较低时(<80℃),这些制冷和除湿技术的能效表现并不理想(COP<0.7),甚至不能正常工作。为了改善这个问题,通过溶液除湿系统和单效吸收式制冷系统的有机耦合,提出了一种高效的吸收式制冷除湿一体化系统。该系统与常规系统相比,低位热源下能效提升显著。为了探究此系统的特性,构建了系统的计算模型,对此系统进行了理论研究。首先,介绍了系统的主要流程,此系统的关键在于使用吸收式制冷系统中的发生器再生除湿器中除湿后的稀溶液;定义了系统性能指标,介绍了主要部件的负荷计算方法;根据除湿器的热力学模型,建立了除湿器的离散化计算方法,通过对系统除湿侧能效的计算,证明了除湿器内溶液再循环不仅有利于提高填料表面润湿性对系统除湿侧性能也有重要意义,当除湿器液气比为1.5~2时,系统除湿侧能效最高。其次,在热力学层面比较了系统除湿侧和常规溶液除湿系统的能耗。基于可及处理区域的概念,确定了理想常规溶液除湿循环理论最高能效的决定因素,以及计算方法,定义了热湿角γ,并证明了γ越小,常规溶液除湿系统能效越高;比较了发生器与溶液再生器中的热力过程,说明了此系统能效较高的原因在于发生器内的溶液再生过程没有干空气的参与,节省了干空气带走的热量部分,因此能效更高;计算结果表明理想情况下,系统除湿侧COP可比常规溶液除湿系统COP高0.15~0.35,或30%左右,可达1。并对比了系统和常规溶液除湿系统、单效吸收式制冷系统的理论COP。发现系统总体上COP比常规溶液除湿系统和单效吸收式制冷系统高约30%,可达0.9。此系统相对更适合使用在热源温度较高、冷却水温度较低、除湿器出口空气含湿量较高的工况下。然后,基于课题组之前的实验数据介绍了管外降膜式吸收/发生器的计算模型,以南京地区全新风系统为例,计算了部件结构尺寸和负荷、运行参数等关键参数。随后利用各部件的计算模型,分别介绍了不同的除湿量、制冷量控制策略,计算了这些控制策略对系统COP的影响,比较了这些控制策略的优劣,并给出了建议。最后,由于除湿器出口溶液浓度和吸收器出口溶液浓度一般并不相同,可将两部件并联的形式改为串联,进一步加大溶液浓度差,提升能效。定义了串联形式下级间溶液流量不匹配率MR,并据此分析了影响串联对并联能效提升效果的主要因素。分析结果表明,蒸发温度、除湿器出口空气含湿量、潜热负荷和显热负荷占比是影响能效提升效果的主要因素。蒸发温度和除湿器出口空气含湿量决定了能效提升的极限,而潜热负荷和显热负荷占比决定了实际能效提升的程度。串联形式对并联形式COP的提升最高达17%,典型工况下可提升6%左右,但并联形式更易于调控。
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