新型高效熱驅(qū)動(dòng)溶液除濕空調(diào)原理及應(yīng)用

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摘  要：新型高效的熱驅(qū)動(dòng)溶液除濕機(jī)組[1]利用低品位的熱能驅(qū)動(dòng)空調(diào)，可有效緩解能源問(wèn)題，節(jié)省空調(diào)耗電。本文總結(jié)了應(yīng)用于不同類型建筑，不同冷熱源條件下的多種熱驅(qū)動(dòng)溶液新風(fēng)機(jī)組流程，以兩個(gè)示范工程為例給出機(jī)組的實(shí)測(cè)性能：實(shí)測(cè)溶液除濕系統(tǒng)的綜合COP為1.5，遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品。最后闡述這種高效溶液空調(diào)的推廣意義和應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：溶液除濕空調(diào) 熱驅(qū)動(dòng)
0 引言
隨著人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境的舒適、健康要求日益提高，能源問(wèn)題的日益嚴(yán)重，對(duì)空調(diào)節(jié)能的要求日益迫切，使得傳統(tǒng)空調(diào)在各方面面臨挑戰(zhàn)。而基于溶液除濕的溫度濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)[1]被認(rèn)為是一個(gè)有效的解決途徑。怎樣實(shí)現(xiàn)高效的溶液除濕方式成為問(wèn)題的關(guān)鍵。
溶液除濕的空氣處理方式在國(guó)外早在30年代就已出現(xiàn)，70年代我國(guó)也在三線地下建筑工程中大量使用，有效地解決了地下建筑除濕問(wèn)題[2]。然而國(guó)內(nèi)外已有系統(tǒng)都存在如下問(wèn)題：能源利用率一般在0.3~0.5，低于單效吸收機(jī)；系統(tǒng)復(fù)雜，體積大，占用大量空間；無(wú)法同時(shí)解決排風(fēng)的能量回收問(wèn)題；以直接燃燒燃料的方式對(duì)稀溶液加熱，實(shí)現(xiàn)再生，而不能用低溫（60~90ºC）熱水驅(qū)動(dòng)。
目前國(guó)內(nèi)的青島益青藥用膠囊有限公司和浙江大之醫(yī)藥膠囊有限公司均將LiCl液體除濕空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用于空氣除濕和凈化系統(tǒng)中，采用蒸汽再生，能源利用效率低于0.6。美國(guó)能源部支持的一家公司Ail Research[3]正在研發(fā)氯化鋰溶液除濕機(jī)，利用85oC熱水作動(dòng)力，希望達(dá)到的性能為COP=0.6。以色列一家公司目前是世界上唯一一家已有正式溶液除濕產(chǎn)品的公司，性能指標(biāo)劣于上述目標(biāo)。而采用同溫度熱水驅(qū)動(dòng)的常規(guī)單效吸收式制冷機(jī)的能源利用效率為0.6~0.7，可見(jiàn)前述溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)能源效率均低于常規(guī)的吸收式空調(diào)系統(tǒng)，使其出現(xiàn)后一直未能得到推廣應(yīng)用。
而通過(guò)江億等[1]自1998年開(kāi)始的溶液除濕方面的研究，現(xiàn)已成功研制出新型高效的溶液除濕機(jī)組，利用此新型高效的溶液機(jī)組，可以實(shí)現(xiàn)夏季對(duì)新風(fēng)降溫除濕、冬季對(duì)新風(fēng)加熱加濕等各種空氣處理過(guò)程，過(guò)渡季也可根據(jù)室外的狀態(tài)不同而充分利用新風(fēng)的能量。此研究成果已在多個(gè)實(shí)際工程中進(jìn)行了成功示范[4~6]。研制成功的溶液除濕機(jī)組按驅(qū)動(dòng)源可分為電驅(qū)動(dòng)和熱驅(qū)動(dòng)兩種方式。對(duì)于熱驅(qū)動(dòng)的溶液除濕機(jī)組，在北京熱力集團(tuán)完成了世界上第一個(gè)溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的工程實(shí)踐[4]，溶液除濕系統(tǒng)利用城市熱網(wǎng)熱水（70~75℃）驅(qū)動(dòng)，實(shí)測(cè)溶液再生器的COP為0.82，除濕空調(diào)系統(tǒng)總的COP為1.5。另外在清華大學(xué)超低能耗示范建筑實(shí)現(xiàn)了世界上第一個(gè)能源梯級(jí)利用的BCHP系統(tǒng)。利用發(fā)電后的煙氣、缸套水的廢熱產(chǎn)生60~75℃熱水驅(qū)動(dòng)溶液除濕系統(tǒng)的再生器，產(chǎn)生的濃溶液送入溶液新風(fēng)機(jī)組處理出足夠干燥的新風(fēng)送入室內(nèi)帶走濕負(fù)荷。在溶液循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)置溶液罐，通過(guò)高效蓄能解決了BCHP系統(tǒng)電、熱負(fù)荷匹配的問(wèn)題。實(shí)測(cè)溶液再生器的COP為0.81。
本文主要介紹前述新型高效的熱驅(qū)動(dòng)溶液除濕機(jī)組的多種流程，以兩個(gè)示范工程為例介紹機(jī)組的實(shí)際性能，最后闡述熱驅(qū)動(dòng)溶液除濕機(jī)組的應(yīng)用前景。
1 熱驅(qū)動(dòng)溶液除濕機(jī)組的流程及其工作原理
1.1 熱驅(qū)動(dòng)溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)
        溶液除濕是利用空氣和易吸濕的鹽溶液接觸，使空氣中的水蒸氣吸附于鹽溶液中而實(shí)現(xiàn)的空氣除濕過(guò)程。溶液對(duì)空氣除濕后自身會(huì)變稀，需要再生，根據(jù)再生驅(qū)動(dòng)源的不同，可將溶液除濕系統(tǒng)分為兩類：電驅(qū)動(dòng)方式和熱驅(qū)動(dòng)方式。本文主要討論熱驅(qū)動(dòng)方式的系統(tǒng)，即利用城市熱網(wǎng)熱水（70~90℃）、BCHP（建筑熱電冷聯(lián)供）系統(tǒng)廢熱、太陽(yáng)能等低品位熱能驅(qū)動(dòng)溶液再生的系統(tǒng)。
        對(duì)于上述三種熱源，首先城市熱網(wǎng)熱水驅(qū)動(dòng)的溶液除濕系統(tǒng)，對(duì)于熱水供應(yīng)側(cè)，希望有比較穩(wěn)定的用戶需求，而室內(nèi)負(fù)荷卻在較大范圍內(nèi)變化，這就使得熱源供應(yīng)與室內(nèi)負(fù)荷變化不匹配。其次以BCHP廢熱為驅(qū)動(dòng)源的系統(tǒng)，由于熱、電、冷負(fù)荷的變化并不同步，比如電負(fù)荷出現(xiàn)高峰的時(shí)候并無(wú)相應(yīng)的冷負(fù)荷或熱負(fù)荷，或者電力出現(xiàn)低谷而熱負(fù)荷或冷負(fù)荷出現(xiàn)高峰，均使得熱源供熱量與溶液除濕的需求不匹配。最后太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的溶液除濕系統(tǒng)，熱水獲得的熱量隨太陽(yáng)輻射強(qiáng)度而變化，與室內(nèi)負(fù)荷的變化也構(gòu)成不匹配。利用能量蓄存裝置是解決上述熱源與用戶需求不匹配的有效措施，而利用溶液蓄能也恰為一種高效蓄能方式。所以一般在熱驅(qū)動(dòng)溶液除濕系統(tǒng)中分別設(shè)置溶液新風(fēng)機(jī)組、溶液再生器和溶液罐，采用溶液統(tǒng)一再生的方式，由一臺(tái)再生器為多臺(tái)新風(fēng)機(jī)組提供濃溶液，溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)原理圖（以BCHP廢熱驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)為例）如圖1所示。首先通過(guò)溶液泵將濃溶液罐的溶液輸送到新風(fēng)機(jī)組，產(chǎn)生足夠干燥的新風(fēng)，溶液本身變稀后流回稀溶液罐，稀溶液被送入再生器，經(jīng)廢熱驅(qū)動(dòng)再生后的溶液流回濃溶液罐，由此完成溶液的循環(huán)。再生器和溶液新風(fēng)機(jī)組可以獨(dú)立運(yùn)行：當(dāng)系統(tǒng)中存在多余的熱量時(shí)，利用再生器制得濃溶液，送入溶液罐儲(chǔ)存起來(lái)；當(dāng)系統(tǒng)濕負(fù)荷變大，而熱源可提供的熱量較少時(shí)，即可利用蓄存的濃溶液實(shí)現(xiàn)除濕過(guò)程，從而利用溶液蓄能使熱源供應(yīng)和用戶負(fù)荷匹配起來(lái)。

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