Optimization Analysis of High Temperature Heat Pump Coupling to Desiccant Wheel Air Conditioning System

The high temperature heat pump and desiccant wheel(HTHP&DW) system can make full use of heat released from the condenser of heat pump for DW regeneration without additional heat. In this study, DW operation in the HTHP&DW system was investigated experimentally, and the optimization analysis of HTHP&DW system was carried out. The performance of DW had influence on the dehumidification(evaluated by dehumidification and regeneration effectiveness) and cooling load(evaluated by thermal and adiabatic effectiveness). The results show that the enthalpy increase occurred in all the experiments. Compared to the isosteric heat, heat accumulation in the desiccant and matrix material and heat leakage from regeneration side to process side have greater influence on the adiabatic effectiveness. Higher regeneration temperature leads to lower adiabatic effectiveness that increases more cooling load of the system. When the regeneration temperature is 63℃, the maximal dehumidification effectiveness is 35.4% and the satisfied adiabatic effectiveness is 88%, which contributes to the optimal balance between dehumidification and cooling.

高分子除湿转轮建模与除湿性能预测

为有效预测高分子除湿转轮的除湿性能,采用效率法模型、BP神经网络模型2种方式对基于高分子除湿转轮实验台的47组实验数据进行建模。通过构建的除湿转轮模型,对20组不同实验工况条件下的转轮除湿性能进行预测,并与实验数据进行对比。根据预测结果得出,2种模型均能对用于建模的47组实验数据进行有效回归,且能对非建模实验数据以外的20组实验工况进行较好的预测。效率法模型对于处理空气出口温度的预测精度优于BP神经网络模型,但对于处理空气出口含湿量的预测,BP神经网络模型的预测精度优于效率法模型。选择广州、上海、武汉、北京4个典型气候条件城市,使用所建模型研究其在不同气候分区下供冷季的除湿性能,结果表明高分子除湿转轮在这4个城市中的除湿性能由高到低依次为广州、上海、武汉、北京。

太阳能驱动闭式转轮除湿空调系统性能研究

为解决传统开式转轮除湿空调系统再生排风能量浪费的问题,本文提出了可高效回收再生排风空气显热和潜热的太阳能驱动闭式转轮除湿空调系统,利用TRNSYS软件对系统进行建模,模拟研究了冷水流量比和新风比对系统性能的影响和系统动态性能,并对模拟的准确性进行实验验证。结果表明:模拟结果与实验结果的相对误差最大为±9.8%。太阳能驱动闭式转轮除湿空调系统的最优冷水流量比为1∶5∶4。系统在广州地区整个制冷季(6月1日—9月30日)平均电力COP_(e)为2.4,平均热力COP_(th)为2.1,累计取水量为25.66 t,热回收量为9.70 MW。相比于太阳能驱动开式转轮除湿空调系统,太阳能驱动闭式转轮除湿空调系统平均COP_(e)和COP_(th)分别提高42.1%和69.2%,CO_(2)排放量减少29.3%。

数据中心用太阳能与热泵互补转轮除湿蒸发冷却系统性能研究

针对数据中心蒸发冷却技术受限于环境湿球温度的问题,文章构建了一种太阳能与热泵互补转轮除湿蒸发冷却系统,该系统利用光伏组件发电余热提供的热能,与热泵系统互补驱动转轮除湿再生。系统根据室外气象条件可实现新风、蒸发冷却和除湿+蒸发冷却3种运行模式。应用TRNSYS软件模拟上海、广州和昆明3个典型地区数据中心的系统热力、电力及能耗特性。结果表明:在上海、广州和昆明地区典型日除湿+蒸发冷却模式下,转轮除湿预处理分别使空气湿球温度平均降低了10.9,11.6,10.3℃。在上海、广州和昆明地区典型月系统平均COP值分别为4.9,5.1,3.6,最大瞬时COP达到12.1,11.4,8.1。

热泵-低温再生转轮除湿联合干燥对白萝卜片干燥特性的影响

为探索新型转轮除湿干燥技术在白萝卜片干制领域的应用,通过实验研究了不同温度(35、40、45℃)、不同风速(1、2、3 m/s)和不同切片厚度(3、5、7 mm)下白萝卜片的干燥特性。结果表明,白萝卜片在切片厚度为5 mm和干燥风速为1 m/s的工况下,干燥温度为35℃时其干燥时间为5.5 h,随着干燥温度升高干燥时间显著缩短,45℃对应的干燥时间为4.0 h。另外随着切片厚度的减小干燥时间明显缩短,7、5、3 mm切片厚度下的干燥时间分别为6.5、4.0、2.5 h。同时提高干燥风速也可以提高萝卜片的干燥速率,风速为3 m/s的干燥速率与1 m/s的干燥速率相比可提高14%。热泵-低温再生转轮除湿联合干燥与单热泵干燥相比干燥时间缩短1.0 h,复水能力提高了6%,具有更高的干燥速率及干燥品质。另外该文通过对干燥数学模型分析得出Page模型能较好描述白萝卜片干燥过程中水分变化规律。

基于转轮除湿的蒸发式过冷水制取流态冰方法的研究

本文围绕蒸发式过冷水制取流态冰,提出了一种新型的基于转轮除湿的流态冰制取系统,通过转轮除湿营造低水蒸气分压力环境,实现水滴的管外过冷,避免了传统过冷水法的冰堵问题和真空法能耗高的问题,并且同溶液除湿型制冰方法相比,系统设备简单且除湿效果更好,实现了水滴更大的过冷度,依靠系统自身的冷凝热即可满足转轮再生需求。构建了完整制冰系统并分别建立了转轮除湿模型、CO_(2)热泵模型和蒸发制冰模型,通过模拟分析初步验证了系统的可行性与高效性,并研究了主要运行参数对系统性能的影响。结果表明:在最佳运行工况下,新型流态冰制取系统的制冰性能系数比传统过冷水法提高了25.9%,单周期制冰量提高了4.3倍。

基于蓄热充填体深井吸附降温机理

现有深井降温系统主要存在能耗大和工作面湿度高的问题。为了解决这两个问题,提出了基于蓄热充填体深井吸附降温系统。系统由空气处理系统、充填采热系统及矿井水系统3个子系统组成。充填采热系统为空气处理系统中的转轮除湿机提供再生热源。矿井水系统用于给空气处理系统的表面式冷却器提供冷源。研究了系统的工作原理、热力学过程、热力计算和热性能分析。对某矿井工作面设计了基于蓄热充填体深井吸附降温系统,热力计算结果表明:系统降温前后的空气温度降低了8.9℃,相对湿度降低了52.9%。这种降温系统改善了井下工作面环境,并具有能耗低的优点,可应用于采用充填法控制地压的高温矿井。

仓储转轮除湿系统管道形式参数优化试验

为提高仓储除湿系统的工作性能,改善仓储环境中相对湿度的均匀性,设计了管道式转轮除湿系统,并对改造后系统的除湿效果进行了测试和分析。增加了管道式干空气通路,气流组织方式由原来的箱体中部送风、底部回风改为管道开孔送风、底部回风。研究了管道位置、管道直径、管道开孔数对除湿效果的影响。根据不同因素对除湿效果的整体影响效果,综合极差分析和方差分析,得出影响除湿效果因素的排序为管道开孔数、管道直径、管道位置。试验结果表明,最佳除湿效果组合为管道位于箱体中部0.65 m处、管道直径为40 mm、管道开孔数为20个时,除湿能力达71.74 g/(kg?h),除湿效率达0.090 6 g/(kg?h?k J),综合效果好。研究结果对仓储除湿系统的优化设计有一定的参考价值。

三种固体转轮除湿系统的模拟比较

分别建立单级转轮系统、厚转轮系统以及两级转轮系统的模型。利用模型比较分析了三种系统的性能。结果显示两级系统处理的潜热、显热负荷和产生的冷量均为最大,但其COP在三者之中最低;厚转轮系统与单级系统的差异不显著。通过实际的两级除湿系统的实验结果,验证模拟结果的准确性。

新型复合干燥剂转轮的优化设计和实施

本文利用计算机仿真的方法对硅胶、氯化钙及其复合干燥剂应用于转轮上的除湿性能进行了分析,提出了新型转 轮设计的几个原则,加工制作了一个新型复合干燥剂转轮,并进行了对比实验研究,结果表明:在典型热湿气候条件下, 复合干燥剂转轮在再生温度低于120℃时,其除湿量比传统硅胶干燥转轮要平均高出约20％。

蜂窝式除湿转轮的传热传质数学模型及其试验验证

针对蜂窝式除湿转轮的结构特点以及波纹形通道的传热传质特性,建立了转轮除湿过程中的传热传质数学模型,用试验数据验证了其合理性。分析和讨论了传热传质过程中空气温湿度和干燥剂温度及其含水量的分布情况和特征。数值计算发现:在波纹形通道内沿再生空气方向存在一条空气含湿量峰值线,该峰值线向出口方向的迁移时间和峰值的大小决定了再生速度和再生效率。为了提高再生效率,应该尽可能加快再生空气含湿峰值向出口处的移动过程,提高其迁移速度,降低迁移时间。最后还对运行参数对再生空气出口含湿峰值的大小及其迁移时间的影响进行了讨论。

太阳能空气集热及转轮除湿/加湿混合系统冬季供暖分析

针对一种太阳能空气集热及转轮除湿混合系统，在上海冬季典型低温干燥气候条件下对供暖运行进行研究，实验测试直接供暖，加湿供暖和热泵效应供暖3种不同供暖模式的供暖效果，分析冬季太阳辐射对空气集热温度的影响，不同环境温湿度下3种工作模式对供暖温湿度的影响以及加湿供暖与热泵效应供暖模式中回风对供暖温湿度的影响。实验结果表明，3种模式下送风温度随再生温度升高而升高，送风湿度取决于处理风入口湿度和再生温度的大小，系统在采用回风的加湿供暖模式下，平均送风湿度达到12g／（kg干空气），送风温度为26—37℃，冬季全天大部分时间能有效满足室内送风的温湿度要求。

采用吸湿剂的空气湿度处理过程性能分析

空气湿度处理是空调系统的基本组成环节,溶液式、转轮式空气处理装置是常见的采用液体或固体吸湿剂对空气进行湿度处理的设备。从采用吸湿剂的基本空气处理过程出发,分析了溶液式与固体转轮式空气湿度处理方式之间的相似性。针对传热、传质过程驱动力的沿程分布特性进行研究,采用不均匀性系数ξ描述空气与吸湿剂之间传递过程驱动力的均匀性,刻画了固体转轮与溶液除湿方式之间的差异性。分析表明:转轮方式沿程参数较为均匀;溶液除湿方式受空气与溶液进口相对位置的影响显著,只有当二者进口状态沿等相对湿度线时,驱动力分布均匀,不均匀性系数ξ接近1。对不同空气处理流程的分析表明,驱动力特性分析能够为实际流程构建提供有效指导。

转轮除湿器的数学模型及性能研究

建立了转轮除湿器的传热传质数学模型,利用有限差分法对方程组进行离散求解,并编制程序进行模拟,模拟结果与实验数据吻合较好,得到了稳态运行一个周期内空气温湿度和吸附剂温度、吸附率的变化规律及转轮除湿能力的影响因素。

除湿转轮的焓湿分析与性能优化

为了探明空气进口参数对除湿转轮性能的影响,本文基于除湿转轮进出口空气的焓湿分析,提出了一个评价转轮除湿性能的综合技术指标(DCOP),在理论和实验上证实了转轮除湿性能严重依赖于再生温度和处理空气的温湿度, 同时对理论模拟结果进行了实验验证,并对转轮除湿性能进行了空气进口参数优化分析。

干燥剂转轮除湿性能实验研究

以显热效率、潜热效率和除湿性能系数作为评价指标,通过实验比较了硅胶和氯化锂转轮的除湿性能,研究了运行参数(处理空气进口湿度、温度,再生温度,处理风量)对转轮除湿性能的影响。实验研究发现在相同工况下,氯化锂转轮的显热效率、潜热效率均高于硅胶转轮。运行参数中再生温度、处理空气进口湿度对转轮除湿性能影响比较大。氯化锂转轮的最佳再生温度为60℃,硅胶转轮的最佳再生温度为100℃。说明氯化锂转轮更适合采用太阳能、废热等低品位能源作为再生热源。

除湿转轮的数学模型及瞬态响应性能实验

建立了除湿转轮的传热传质模型,模型中考虑了基体材料蓄热对传热传质的影响;搭建了进行变风量运行工况下转轮瞬态响应性能研究的实验台.模拟并实验研究了变风量运行方式下除湿转轮的瞬态响应性能,对转轮数学模型的可靠性进行了验证,对除湿空调系统可节省的显热负荷进行计算.结果表明,处理风速阶跃减小时,处理空气出口相对湿度随时间逐渐减小,温度升高,再生空气温度和相对湿度分别呈小幅上升和减小的趋势,响应时间约1 h;风速阶跃增加时,处理空气出口相对湿度随时间增大,温度降低,再生空气温度和相对湿度相应呈小幅下降和增大的趋势,响应时间约40 min.计算表明,变风量运行方式可节省除湿空调系统显热负荷约20%,若通过调节再生风速和风温,可进一步节省显热负荷约13%.模拟的瞬态响应曲线与实验曲线较为一致,模拟误差在10%以内.

热泵废热再生转轮除湿空调系统的性能研究

建立空气源热泵与小型固体除湿转轮相结合的复合机组,利用压缩机的高温排气和冷凝热作为转轮除湿剂的再生能源,并应用于新风量较小、湿负荷较低的居住建筑。对热泵的排气温度与能量利用特性进行分析并对热泵废热利用情况下的除湿转轮进行模拟与实验研究,结果表明在夏季冷却除湿工况下,热泵系统的废热足够实现除湿转轮的再生并满足室内湿负荷的要求。将复合机组的一次能源利用率与传统系统进行对比,在冬季工况下,复合机组的一次能源利用率相较于空气源热泵高25%;在夏季工况下,复合机组的一次能源利用率相较于空气源热泵高36%。

除湿转轮与中高温热泵耦合空调系统性能实验

提出除湿转轮与中高温热泵耦合的运行方式,利用热泵来完全满足再生负荷要求,搭建转轮热泵耦合空调系统实验台,对不同工况下,新风量分别为20%和10%两种情况系统的性能进行实验研究.结果表明:室外空气干球和湿球温度越高,蒸发器出口风温越高,性能系数越低,为使冷凝器出口风温满足再生要求的冷凝风量会相应地增加和减少;随室内空气干球温度升高和湿球温度降低,蒸发器出口风温升高,性能系数下降,为使冷凝器出口风温满足再生要求的冷凝风量减少;耦合空调系统的新风量由20%降为10%时,再生温度需求降低约3 ℃,蒸发器出口风温降低约1.5 ℃,能耗相应减少,性能系数提高.同时,对耦合空调系统与常规再热系统的性能进行仿真模拟,结果表明:与常规系统相比,耦合空调系统中压缩子系统的性能系数降低,耦合空调系统能耗减少,性能系数提高;与相同工况下的常规系统相比,新风量为20%和10%的耦合系统可分别节能36.80%和40.86%;与室内设计温度为23 ℃的常规系统相比,可分别节能12.95%和18.48%.

转轮与中高温热泵耦合空调系统可行性研究

目的提出除湿转轮与中高温热泵耦合的运行方式,利用热泵来完全满足制冷和再生负荷要求.方法搭建热泵子系统实验台,利用加热装置直接模拟转轮出口空气和不同温度的室外空气参数,对热泵与转轮的匹配性能进行实验研究.结果在不考虑湿负荷的情况下,标准工况(35.74℃)时,热泵蒸发器的出口空气温度为20℃,冷凝器出口空气温度为64.95℃,热泵性能系数略高于2.6;随室外空气温度的升高,蒸发器出口风温升高,当室外空气温度高达近40℃时,蒸发器的出口空气温度仅高于送风温度约1℃;热泵子系统的性能系数随室外空气温度的升高而降低.结论不同室外温度下,中高温热泵基本都能满足送风温度及再生负荷要求,而且随室外空气温度升高,冷凝器出口风温升高与要求的再生温度升高相匹配,所以转轮与中高温热泵耦合的空调系统是可行性的.