新型高效熱驅動溶液除濕空調原理及應用

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摘  要：新型高效的熱驅動溶液除濕機組[1]利用低品位的熱能驅動空調，可有效緩解能源問題，節(jié)省空調耗電。本文總結了應用于不同類型建筑，不同冷熱源條件下的多種熱驅動溶液新風機組流程，以兩個示范工程為例給出機組的實測性能：實測溶液除濕系統(tǒng)的綜合COP為1.5，遠高于國內外同類產品。最后闡述這種高效溶液空調的推廣意義和應用前景。
關鍵詞：溶液除濕空調 熱驅動
0 引言
隨著人們對室內環(huán)境的舒適、健康要求日益提高，能源問題的日益嚴重，對空調節(jié)能的要求日益迫切，使得傳統(tǒng)空調在各方面面臨挑戰(zhàn)。而基于溶液除濕的溫度濕度獨立控制空調系統(tǒng)[1]被認為是一個有效的解決途徑。怎樣實現(xiàn)高效的溶液除濕方式成為問題的關鍵。
溶液除濕的空氣處理方式在國外早在30年代就已出現(xiàn)，70年代我國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題[2]。然而國內外已有系統(tǒng)都存在如下問題：能源利用率一般在0.3~0.5，低于單效吸收機；系統(tǒng)復雜，體積大，占用大量空間；無法同時解決排風的能量回收問題；以直接燃燒燃料的方式對稀溶液加熱，實現(xiàn)再生，而不能用低溫（60~90ºC）熱水驅動。
目前國內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液體除濕空調系統(tǒng)應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，利用85oC熱水作動力，希望達到的性能為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品的公司，性能指標劣于上述目標。而采用同溫度熱水驅動的常規(guī)單效吸收式制冷機的能源利用效率為0.6~0.7，可見前述溶液除濕空調系統(tǒng)能源效率均低于常規(guī)的吸收式空調系統(tǒng)，使其出現(xiàn)后一直未能得到推廣應用。
而通過江億等[1]自1998年開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組，利用此新型高效的溶液機組，可以實現(xiàn)夏季對新風降溫除濕、冬季對新風加熱加濕等各種空氣處理過程，過渡季也可根據(jù)室外的狀態(tài)不同而充分利用新風的能量。此研究成果已在多個實際工程中進行了成功示范[4~6]。研制成功的溶液除濕機組按驅動源可分為電驅動和熱驅動兩種方式。對于熱驅動的溶液除濕機組，在北京熱力集團完成了世界上第一個溫濕度獨立控制空調系統(tǒng)的工程實踐[4]，溶液除濕系統(tǒng)利用城市熱網熱水（70~75℃）驅動，實測溶液再生器的COP為0.82，除濕空調系統(tǒng)總的COP為1.5。另外在清華大學超低能耗示范建筑實現(xiàn)了世界上第一個能源梯級利用的BCHP系統(tǒng)。利用發(fā)電后的煙氣、缸套水的廢熱產生60~75℃熱水驅動溶液除濕系統(tǒng)的再生器，產生的濃溶液送入溶液新風機組處理出足夠干燥的新風送入室內帶走濕負荷。在溶液循環(huán)系統(tǒng)中設置溶液罐，通過高效蓄能解決了BCHP系統(tǒng)電、熱負荷匹配的問題。實測溶液再生器的COP為0.81。
本文主要介紹前述新型高效的熱驅動溶液除濕機組的多種流程，以兩個示范工程為例介紹機組的實際性能，最后闡述熱驅動溶液除濕機組的應用前景。
1 熱驅動溶液除濕機組的流程及其工作原理
1.1 熱驅動溶液除濕空調系統(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現(xiàn)的空氣除濕過程。溶液對空氣除濕后自身會變稀，需要再生，根據(jù)再生驅動源的不同，可將溶液除濕系統(tǒng)分為兩類：電驅動方式和熱驅動方式。本文主要討論熱驅動方式的系統(tǒng)，即利用城市熱網熱水（70~90℃）、BCHP（建筑熱電冷聯(lián)供）系統(tǒng)廢熱、太陽能等低品位熱能驅動溶液再生的系統(tǒng)。
        對于上述三種熱源，首先城市熱網熱水驅動的溶液除濕系統(tǒng)，對于熱水供應側，希望有比較穩(wěn)定的用戶需求，而室內負荷卻在較大范圍內變化，這就使得熱源供應與室內負荷變化不匹配。其次以BCHP廢熱為驅動源的系統(tǒng)，由于熱、電、冷負荷的變化并不同步，比如電負荷出現(xiàn)高峰的時候并無相應的冷負荷或熱負荷，或者電力出現(xiàn)低谷而熱負荷或冷負荷出現(xiàn)高峰，均使得熱源供熱量與溶液除濕的需求不匹配。最后太陽能驅動的溶液除濕系統(tǒng)，熱水獲得的熱量隨太陽輻射強度而變化，與室內負荷的變化也構成不匹配。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。所以一般在熱驅動溶液除濕系統(tǒng)中分別設置溶液新風機組、溶液再生器和溶液罐，采用溶液統(tǒng)一再生的方式，由一臺再生器為多臺新風機組提供濃溶液，溶液除濕空調系統(tǒng)原理圖（以BCHP廢熱驅動的系統(tǒng)為例）如圖1所示。首先通過溶液泵將濃溶液罐的溶液輸送到新風機組，產生足夠干燥的新風，溶液本身變稀后流回稀溶液罐，稀溶液被送入再生器，經廢熱驅動再生后的溶液流回濃溶液罐，由此完成溶液的循環(huán)。再生器和溶液新風機組可以獨立運行：當系統(tǒng)中存在多余的熱量時，利用再生器制得濃溶液，送入溶液罐儲存起來；當系統(tǒng)濕負荷變大，而熱源可提供的熱量較少時，即可利用蓄存的濃溶液實現(xiàn)除濕過程，從而利用溶液蓄能使熱源供應和用戶負荷匹配起來。

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