哈雷钎焊板式换热器
专业生产:换热器;分水器;过水热;冷却器
新闻动态

太阳能再生式除湿换热器性能的实验分析

点击:1810 日期:[ 2014-04-26 21:58:11 ]
                        太阳能再生式除湿换热器性能的实验分析                           彭作战  葛天舒  代彦军  王如竹  (上海交通大学制冷与低温工程研究所,教育部太阳能发电与制冷工程研究中心,上海200240)     摘要:基于传统的翅片管式换热器,本文研制一种再生式除湿换热器,此新型换热器通过粘结剂将硅胶颗粒涂覆在翅片和 铜管外表面上。通过实验研究分析这种新型除湿器的性能。在实验过程中,测试处理风速、再生温度以及入口空气含湿量对除湿换热器性能的影响。此外在上海工况下分析不同再生温度下系统的太阳能利用效率。研究结果表明此类换热器有望在太 阳能空调,环境湿度处理等领域获得广泛应用。     关键词:太阳能  除湿换热器  除湿性能  太阳能利用效率     0 前言     除湿空调依靠干燥剂除湿和蒸发冷却原理进 行工作,可以实现温湿度单独控制。突出优点是采 用对环境无污染的自然工质—水作为制冷剂,它克 服了冷冻除湿和压缩空气除湿共有的电耗大的缺 点,系统具有较大的通风量以及干燥剂能除去空气 中污染物而能保证室内空气品质。对于固体干燥剂 除湿空调,干燥剂释放的吸附热会导致除湿过程偏 离理想等温除湿而影响吸湿性能。上海交通大学葛 天舒等提出了理想的转轮式无限多级除湿空调的概念[ 1],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。北京航空航天大学袁卫星 等提出了一种新型内冷却紧凑式固体干燥剂除湿 器并建立了数学模型,采用数值模拟的方法对该除 湿器进行了再生和除湿周期性切换的性能动态模 拟[ 2][3],该除湿器通过在次边通以气流对主边流道 进行冷却,能够有效带走吸湿过程产生的吸附热。 本文研制的“太阳能再生式除湿换热器”采用 在管内通以冷却水的方法来解决干燥剂的吸附热 问题;并在吸湿完全后的除湿换热器管内通以太阳 能热水来实现快速再生。     1 除湿换热器的结构及原理     本文提出的“再生式除湿换热器”,其结构形式和换热原理类似于翅片管式换热器,如图1所示。除湿换热器金属结构为铜管和铝翅片,干燥剂(本文所用的干燥剂为硅胶)通过粘结剂均匀地涂覆在铜管外表面以及翅片表面(如图2所示),空气流在此侧与干燥剂进行热湿交换,冷却水或热水在铜管内流动。其工作原理如图3所示:在除湿换热器管内通以热水而对干燥剂持续加热,干燥剂的水分被释放出来并被排风带走,即再生作用;在再生完全后的除湿换热器管内通以冷却水,冷却水带走干燥剂吸附水分时放出的吸附热以维持干燥剂表面较低的水蒸气分压力来吸附空气中水分,即除湿作用。                      除湿换热器工作原理如图3所示,本除湿装置包括:冷却塔系统、太阳能热水系统、除湿换热系统,除湿换热系统又分为处理区和再生区,三个系统通过水管连接。     (1)空调降温季节,在再生完全后的除湿换热器1内管通以来自冷却塔系统的冷却水,冷却水能带走干燥剂吸附水分时放出的吸附热以维持干燥剂表面较低的水蒸汽分压力来完成除湿过程,处理空气在双向风机1的作用下经送风口送往室内;与此同时,在吸湿完全后的除湿换热器2内管通以来自太阳能热水系统的热水,热水对干燥剂由内到外地持续加热,干燥剂的水分被加热释放出来后由 双向风机2排到室外,完成再生过程。在夏季工况下,经过除湿换热器处理的送风,可以达到降低温度及除湿的理想效果。通过对再生区和处理区的功能切换可以保证上述系统能连续地除湿。     (2)采暖季节,在吸湿完全后的除湿换热器2内管通以来自太阳能热水系统的热水,热水对干燥剂由内到外地持续加热,干燥剂的水分被加热释放出来后在双向风机2的作用下从送风口送往室内完成加湿过程。与此同时,在再生完全后的除湿换热器1内管通以来自冷却水系统的冷却水,排风由排风口出来后进入除湿换热器1,除湿换热器1吸收空气的水分,除湿后的空气在双向风机1的作用下 排到室外;在冬季工况下,经过除湿换热器处理的送风,可以达到升高温度及加湿的理想效果。通过对再生区和处理区的功能切换可以保证上述系统能连续地加湿。                        2   性能实验与分析     在实际应用中,随着气候条件的变化和应用地点的改变,除湿系统中处理空气的入口温湿度和太阳能再生热水的温度是不停变化的,因此研究不同 空气进口条件和再生热水条件对系统性能的影响十分必要。本文通过实验装置测量不同空气进口条件和再生热水条件对再生式除湿器性能的影响。本文的实验装置为由两个结构类似的再生式 除湿换热器组成的两级除湿装置;除湿换热器的具体尺寸参数见表1。用型号为TRH-7X的SHINYEI网络型温湿度计测量温湿度,其中湿度精度±0.3℃,温度精度±2%rh;用Alnor CF8585风速仪测量风速,风速精度为±3%。                   根据本文研制的除湿换热器结构参数和除湿实验工况(如表2),本文对此除湿换热器系统性能进行了实验计算。实验时,当改变一个参数研究其影响时,其它所有参数都固定在基准值上。选取的计算时间为从除湿/再生开始到空气出口参数基本稳定为止,实验结果如图4~6示。     2.1 再生热水温度的影响     由于受气候、应用地点以及太阳辐射强度情况的影响,在空调系统中用于除湿换热器再生的热水进口温度也是变化的,因此,研究进口热水温度对 系统性能的影响很有必要。图4显示,用不同的再生温度对干燥剂再生后,在相同的空气进口条件 下,系统的除湿率具有较大的差异,再生温度越高, 除湿效果越好,系统除湿率ε(除湿率为ε=(Yp1—Yp2) /Yp1 [4] ,其中:Yp1—除湿前空气的含湿量,g/kg干 空气;Yp2—除湿后空气的含湿量,g/kg干空气。) 从60℃时的30.6%升高到80℃时的38.7%,这是因为,压力相同时,温度高的干燥剂对应的含湿率低,也就是干燥剂再生更完全,这样在处理阶段就增大了干燥剂与处理空气之间的水蒸气分压力差,从而提高除湿效果。                        当再生温度从60℃升高到70℃时,热能COPth (热能COPth=Q/Qw,Q—全热换热量;Qw—热水换 热量)也从0.55上升到0.65,但随着温度进一步升 高到80℃,热能COPth却从0.65下降到0.62。这是因 为,再生温度升高,系统的除湿量增大,与此同时, 干燥剂的温度也相应升高,从而导致处理后的空气 温度也上升;另一方面,再生温度的升高,加大了 热水侧与再生空气侧之间的温差,从而增大了热水 换热量。当全热换热量的增量大于热水换热量增量 时,COPth上升,反之,COPth下降。实验结果表明, 在该工况下,再生温度为70℃左右具有最佳的热能 COPth。此类系统能很好地与太阳能等低品位能源 利用相结合。     2.2 处理空气流速的影响     图5显示,在其他条件保持不变的情况下,随 着空气流速从0.5m/s增大到2.5m/s,系统的除湿率是 下降的,而系统热能COPth却是先升高后降低。这 是因为,当风量从从0.5m/s增大到1.5m/s,虽然单位 空气的除湿量有所下降,但系统风量却增大到原来 的3倍,当风量的增量大于除湿量的减少量时,在 保持热水换热量不变的情况下,COPth上升;反之, COPth下降,这也就是风速从1.5m/s增大到2.5m/s时 COP下降的原因。三种实验条件下,风速为1.5m/s 时具有最高的COPth。     在实际应用中,若单纯为了满足一些需要较低含湿量场合的送风要求,可以采取降低处理风速的办法。若需把大量的空气处理至要求的湿度范围,过大的处理空气流速往往会导致出口湿度达不到 湿度要求,同时还会引起流道阻力的升高。为了达到湿度要求,必要时需加大除湿器过流截面,而这样将增加除湿器重量和金属消耗量,因此,选择处理空气流速时,应在满足除湿要求的基础上,还需考虑除湿换热器和风机的综合经济性能。                        2.3 处理空气含湿量的影响                       系统性能随处理空气进口含湿量的变化如图 所示。可以看出无论是系统的除湿量还是COPth都 随处理空气进口含湿量的增加而明显提高。当处理 空气进口含湿量从9.3g/kg提高到13.9g/kg时,除湿 率提高约7.7%,COPth提高0.22左右。处理空气的水 蒸气分压力随进口含湿量的增加而明显升高,强化 了空气与除湿剂之间的质量传递,换言之,增强了 系统的除湿效果和处理潜热负荷的能力,因此整个 系统的性能大幅度上升。此类系统更适用于中、高 湿地区使用。     3 系统的性能分析     通过以上计算分析可以看出:除湿换热器可以在较低的再生温度(60~80℃)下运行,目前的太阳能集热置通常都可以提供这样的温度,因此,本文所提出的除湿换热器可以采用太阳能再生。在以 上分析的基础上,该部分对除湿换热器与太阳能集热装置结合的整体系统性能进行分析。本文采用太阳能除湿利用率作为评价太阳能驱动再生式除湿换热器的性能指标,计算太阳能再生除湿换热器在 不同太阳能辐射强度下的太阳能除湿利用率。                        系统太阳能除湿利用率的计算式为:     μ=η·COPth(1) 其中太阳能集热器效率η是决定太阳能除湿利 用率的一个主要参数,计算式为 [5] :     η=0.62-5.15(Ti-Ta)/I(2) 式中Ta—环境温度(℃);     Ti—集热器进口水温(℃);     I—太阳辐照度(W/m 2)。     预测系统在表3所示的运行参数下随进口温湿度和太阳辐照度变化的太阳能除湿利用率。计算结 果如图7所示。结果显示,     1)在太阳辐照度相同的 情况下,太阳能利用率随着进口温湿度的增加而增加。在太阳辐照度和集热器进口水温一定的情况下,太阳能集热器效率η随环境温度的升高而增大, 同时系统的COPth随空气进口温湿度的增大而提高,因此由式(1)可知看出太阳能利用率随之提高。      2)当进口温湿度保持不变,太阳能利用率随太阳辐照度的增大而升高。当进口温湿度一定时,系统的COPth保持,太阳能集热器效率η随太阳辐照度的升高而增大,因此太阳能利用率随之提高。     3)在给定的太阳能辐射强度和环境工况下,太阳能除湿利用率的范围约为10%-30%。                        4 结论     本文建立了太阳能再生式除湿换热器除湿空调的实验装置。给定条件下,测试了除湿换热器的主要性能,测量了除湿性能对处理空气流速、再生热水温度和空气进口含湿量的敏感性,此外,预测了太阳能驱动除湿换热器系统的太阳能除湿利用率。所得到的主要结果总结如下:     (1)系统的除湿率随再生温度的升高而增大;而系统热能COPth随再生温度的升高先增大后减小,在本文给定工况下,再生温度为70℃左右系统热能COPth最佳,此类系统能很好地与太阳能等低品位能源利用相结合。     (2)系统的除湿率随处理风速的增大而减小;系统热能COPth随风速的增大先增大后减小,在本文给定工况下,处理风速为1.5m/s时具有最佳的热能COPth。     (3)系统的除湿率和系统热能COPth均随处理空气进口含湿量的升高而增大,换言之,该除湿换 热器更适用于中、高湿地区。     (4)除湿换热器在给定的太阳能辐射强度和环境工况下的太阳能除湿利用率的范围为 10%-30%。此类换热器有望在太阳能空调,环境湿度处理等领域获得广泛应用。 参考文献 [1]葛天舒,转轮式两级除湿空调理论与实验研究,[博士学 位论文],上海,上海交通大学机械与动力工程学院制 冷与低温工程研究所,2009 [2]刘晓茹,袁卫星,于志强.内冷却紧凑式叉流除湿器性 能数值模拟与分析.太阳能学报,2005,26(1):109—115. [3]Yuan Weixing,Zheng Yi,Wang Hai,et al.Study of transient  dehumidifying performance of an internally cooling compact solid  dehumidifier.Acta Energiae Solaris Sinica,2007,28(1):7—11. [4]贾春霞,吴静怡,代彦军等.复合干燥剂转轮性能测试及 其应用.上海交通大学学报,2006,40(8):1283—1286. [5]王如竹,代彦军.太阳能制冷.北京:化学工业出版社. 2006.8. [6]Zhang X.J,Dai Y J,Wang R Z.Heat mass transfer model of honeycombed  rotary desiccant wheel and experiment. Chinese Journal of Mechanical  Engineering.Acta Energiae Solaris Sinica,2005,41(1)82—87. [7]郑毅,袁卫星,王海等.内冷却紧凑式固体除湿器实验研 究.北京航空航天大学学报,2006,32(9):1100—1103. [8]J.Y.San,Heat and mass transfer in a two-dimensional cross-flow  regenerator with a solid conduction effect,Int. J.Heat Mass  Transfer,36(3),1993:633—643. [9]A.A.Pesaran,A.F.Mills,Moisture transport in Silica Gel packed beds-II. Experimental study,Int.J.Heat and Mass Transfer 30,1987:1051—1060. [10]杨世铭,陶文铨.传热学(第三版),高等教育出版社. 1998. 
上一篇:主换热器通道珠光砂堵塞的分析和处理 下一篇:齐鲁烯烃成功消除裂解换热器的漏点

相关资讯

Copyright ©2008 哈雷换热设备有限公司 All Rights Reserved. 地址:奉化外向科技园西坞金水路 电话:0086-574-88661201 传真:0086-574-88916955
换热器 | 板式换热器 | 钎焊板式换热器 | 冷却器 | 分水器 | 地暖分水器 | B3-14B板式换热器 | 网站地图 | XML 浙ICP备09009252号 技术支持:众网千寻