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轉(zhuǎn)輪與冷卻除濕組合式空調(diào)系統(tǒng)變工況穩(wěn)態(tài)性能模擬分析

作者:CEO 時間:2022-06-27

信息摘要:1前言用以表征空氣中含水量的濕度和溫度一樣,在我們的生活環(huán)境中是無時不在的。它不但影響人們的生活環(huán)境,而且對物質(zhì)的保存和工業(yè)生產(chǎn)中某些加工工藝過程,以及在低濕條件下運行的儀器儀表,都有密切影響。特別是在一些濕度要求嚴格的廠房和倉庫,以及鋰電池生產(chǎn),聚酯切片,防腐,防潮等對空氣有低濕要求的場合,更需要有低濕度的空調(diào)環(huán)境保證。目前,空氣除濕主要有四

轉(zhuǎn)輪與冷卻除濕組合式空調(diào)系統(tǒng)變工況穩(wěn)態(tài)性能模擬分析

轉(zhuǎn)輪與冷卻除濕組合式空調(diào)系統(tǒng)變工況穩(wěn)態(tài)性能模擬分析

1 前言

  用以表征空氣中含水量的濕度和溫度一樣,在我們的生活環(huán)境中是無時不在的。它不但影響人們的生活環(huán)境,而且對物質(zhì)的保存和工業(yè)生產(chǎn)中某些加工工藝過程,以及在低濕條件下運行的儀器儀表,都有密切影響。特別是在一些濕度要求嚴格的廠房和倉庫,以及鋰電池生產(chǎn),聚酯切片,防腐,防潮等對空氣有低濕要求的場合,更需要有低濕度的空調(diào)環(huán)境保證。

  目前,空氣除濕主要有四種方法,即通風除濕、冷卻除濕、液體吸濕劑除濕和固體吸附劑除濕。在空調(diào)除濕工程中,冷卻除濕和固體吸附除濕是主要手段。冷卻除濕在一般條件下除濕效果好,性能穩(wěn)定且能耗較低,目前應用比較廣泛。但對低濕要求的空氣處理過程,勢必使表面溫度降得很低,當表面溫度低于零度,冷卻盤管容易結(jié)霜,除濕能力下降,能耗增加,甚至于無法正常工作,很不經(jīng)濟。而應用固態(tài)吸附原理的轉(zhuǎn)輪式除濕機,不受露點影響,且除濕量大,特別適用于低溫低濕條件下應用,但由于再生耗熱量大,使這類除濕機能耗偏高。

  轉(zhuǎn)輪除濕與冷卻除濕各有所長,如果能優(yōu)化組合,互補所短,將會更好的發(fā)揮其效能。目前,國內(nèi)外已經(jīng)有學者關(guān)注這種轉(zhuǎn)輪除濕與冷卻除濕相結(jié)合的組合式除濕空調(diào)系統(tǒng),有的轉(zhuǎn)輪除濕機的生產(chǎn)廠家已進行了這種改進,如DST公司的DE型轉(zhuǎn)輪除濕機。但是如何使它的結(jié)構(gòu)更趨合理,運行更加經(jīng)濟,還需要進行不斷的研究與改進。

2 轉(zhuǎn)輪與冷卻組合式除濕空調(diào)系統(tǒng)及其特性

2.1 轉(zhuǎn)輪與冷卻組合式除濕空調(diào)系統(tǒng)

  轉(zhuǎn)輪與冷卻組合式除濕空調(diào)系統(tǒng),就是將具有冷熱交換的冷卻除濕循環(huán)系統(tǒng)與轉(zhuǎn)輪除濕相結(jié)合,利用制冷系統(tǒng)的吸熱除濕進行前期除濕,而利用轉(zhuǎn)輪除濕機進行深度除濕,同時利用冷凝器的放熱來加熱再生空氣。

  圖1所示為轉(zhuǎn)輪與冷卻組合式除濕空調(diào)系統(tǒng)簡圖。圖2為該除濕系統(tǒng)在焓-濕圖中空氣除濕過程,狀態(tài)1的混合空氣進入冷卻除濕機,經(jīng)1降溫減濕至狀態(tài)點2,然后進入轉(zhuǎn)輪除濕機絕熱(等焓)去濕至3狀態(tài),溫度高于除濕機入口的干燥熱空氣,由2等濕冷卻至送風狀態(tài)4。在再生空氣側(cè),一定數(shù)量的室外空氣W,首先經(jīng)冷卻除濕機的冷凝器預熱至狀態(tài)點5,回收冷卻循環(huán)系統(tǒng)除濕和降溫過程所排出的熱量,然后進入再生加熱器加熱至所需的再生溫度,再生轉(zhuǎn)輪固體吸濕劑后排放到大氣中。

2.2 轉(zhuǎn)輪和冷卻組合式除濕空調(diào)系統(tǒng)與冷卻除濕空調(diào)系統(tǒng)的比較

  冷卻除濕在一定的范圍內(nèi)除濕效果好,且性能穩(wěn)定,但當要求濕度較低時,蒸發(fā)溫度很低,除濕能力下降,此時選用轉(zhuǎn)輪與冷卻組合式除濕空調(diào)系統(tǒng),可以達到很好的效果。

  如圖2所示,某空調(diào)房間要求的室內(nèi)空氣狀態(tài)為N,根據(jù)熱濕比ε線,求得所要求的送風狀態(tài)點為4。如果采用冷卻除濕空調(diào)系統(tǒng),則狀態(tài)1的空氣需要經(jīng)冷卻除濕至點2’,然后經(jīng)冷凝器加熱至4點送出;如果采用組合式除濕空調(diào)系統(tǒng),狀態(tài)1的空氣先冷卻除濕至狀態(tài)點2,然后經(jīng)轉(zhuǎn)輪除濕至點3,再等濕降溫至4點送出。從圖上可以看出,2點干球溫度遠遠高于2’點,即組合式空調(diào)系統(tǒng)中的冷卻除濕蒸發(fā)溫度高于冷卻除濕機中的蒸發(fā)溫度,當4點所對應的露點溫度低于0℃時,采用冷卻除濕空調(diào)系統(tǒng)容易使表面結(jié)霜,而組合式空調(diào)系統(tǒng)卻不受露點溫度限制,可以根據(jù)需要選擇合適的蒸發(fā)溫度,避免了由于蒸發(fā)溫度降低而引起的種種不利情況,所以,當送風狀態(tài)的露點溫度低于0℃時,采用轉(zhuǎn)輪與冷卻組合式空調(diào)系統(tǒng)比單一的冷卻除濕系統(tǒng)要優(yōu)越的多。

2.3 轉(zhuǎn)輪與冷卻組合式除濕空調(diào)系統(tǒng)特性

  1、冷卻除濕作為前期除濕,突出了冷卻除濕機高露點工況下能耗低且冷卻盤管不易結(jié)霜的優(yōu)點。

  2、用轉(zhuǎn)輪除濕進行深度除濕,突出了轉(zhuǎn)輪除濕機低溫低濕條件下,不受露點限制且除濕量大的優(yōu)點。

  3、用冷卻除濕循環(huán)系統(tǒng)冷凝器放熱來加熱再生空氣,充分利用系統(tǒng)內(nèi)部熱能,克服了轉(zhuǎn)輪除濕機再生耗熱量大的缺點,最終達到節(jié)能目的。

  4、可以利用太陽能、工業(yè)廢熱等低溫熱源作為再生加熱熱源,減輕了對電力的依賴,并節(jié)約了大量的能源。

3 轉(zhuǎn)輪與冷卻組合式除濕空調(diào)系統(tǒng)數(shù)學模型的建立

  我們知道,通過實驗來研究除濕機的性能,不失為一研究的方法。但由于影響性能的因素較多,這項工作不僅費時,費力,而且受客觀條件的限制,使得有些實驗無法進行,給深入研究帶來很多困難。隨著計算機在制冷領(lǐng)域的廣泛應用,對除濕機性能進行計算機模擬可以很好的解決這一矛盾,在給定的設(shè)備參數(shù)和運行工況下,模擬計算可以得出系統(tǒng)穩(wěn)定運行的情況,獲得大量模擬數(shù)據(jù),對模擬系統(tǒng)進行科學分析,所以性能模擬是除濕機性能研究,優(yōu)化不可缺少的方法之一。

  本文通過建立適用于轉(zhuǎn)輪除濕與冷卻除濕組合式空調(diào)系統(tǒng)各個部件的數(shù)學模型,以VISUAL BASIC為編程環(huán)境,設(shè)計一個基于WIN98/NT操作平臺的轉(zhuǎn)輪除濕與冷卻除濕相組合式空調(diào)系統(tǒng)性能模擬計算程序,以獲得機組在不同工況下運行時性能系數(shù)的變化規(guī)律。具體措施如下:

  1、根據(jù)制冷劑氣相區(qū)狀態(tài)方程、飽和蒸汽壓方程、飽和液體密度方程建立了以制冷劑R22為工質(zhì)的制冷除濕循環(huán)數(shù)學模型,利用濕空氣的熱力性質(zhì)計算公式建立了濕空氣處理過程數(shù)學模型,以獲得系統(tǒng)熱力計算過程中的狀態(tài)參數(shù)。

  2、為了突出問題的主要方面,簡化計算,在建立系統(tǒng)各部件模型的過程中作了必要的假設(shè)。本課題的數(shù)學模型包括:轉(zhuǎn)輪除濕機模型,模型,冷凝器模型,模型,再生加熱器模型,節(jié)流閥模型等。

  3、模擬計算程序采用模塊化設(shè)計方法,各模塊之間既統(tǒng)一構(gòu)成一個整體,同時又相互獨立,各模塊可以獨立調(diào)用。

  數(shù)學模型計算程序框圖見圖3 、圖4。

4 轉(zhuǎn)輪與冷卻組合式除濕空調(diào)系統(tǒng)模擬結(jié)果分析

4.1 室外空氣溫度對該除濕系統(tǒng)的影響

  室外空氣溫度25~35℃,室外空氣含濕量22. g/kg,處理空氣風量2500m3/h,再生空氣風量2500m3/h。通過模擬計算得出,該除濕系統(tǒng)的除濕量隨環(huán)境溫度的提高而降低,除濕能耗比SPC(能耗量 / 除濕量;能耗量包括冷卻除濕和等濕冷卻制冷系統(tǒng)耗功、風機耗功、再生加熱耗能,除濕量包括冷卻除濕量、轉(zhuǎn)輪除濕量)則隨著環(huán)境溫度的提高而有所提高。其變化趨勢如圖5所示。

4.2 室外空氣含濕量對該除濕系統(tǒng)的影響

  室外空氣含濕量20~30g/kg,室外空氣溫度35℃,處理空氣風量2500m3/h,再生空氣風量2500m3/h。除濕系統(tǒng)的除濕量和SPC隨室外空氣的含濕量的變化規(guī)律如圖6所示

4.3 處理空氣送風量對該除濕系統(tǒng)的影響

  處理空氣送風量2000~4500m3/h,室外空氣溫度35℃,室外空氣含濕量22 g/kg,再生空氣風量2500m3/h。除濕系統(tǒng)的除濕量隨處理風量的增大而提高,如圖7所示。而SPC隨處理空氣量的增大而出現(xiàn)起初減小而后增加的變化,在處理風量變化的過程中出現(xiàn)最小值,如圖 所示。隨著風量的增加,冷卻除濕機蒸發(fā)壓力升高,的單位功耗減小,制冷劑流量增大,而耗功為制冷劑流量和單位功耗的乘積,在風量變化初期,制冷劑流量的增加小于單位耗功的減小,所以剛開始除濕能耗比是減小的,但當風量增大到3000m3/h后,制冷劑流量的增加大于單位耗功的減小,且阻力對制冷系統(tǒng)性能的影響增加,同時風量的增加引起了風機的功率上升,以致整個機組的總能耗也上升,當上升的幅度超過了除濕量的增加時,除濕能耗比SPC開始增大。

5 結(jié)論

  1、在低濕環(huán)境條件下,采用轉(zhuǎn)輪與冷卻組合式除濕空調(diào)系統(tǒng)具有冷卻除濕機不可比擬的優(yōu)越性。 它可以避免冷卻除濕機在低蒸發(fā)溫度下盤管容易結(jié)霜的缺點,同時又充分利用系統(tǒng)內(nèi)部熱能,克服了轉(zhuǎn)輪除濕機再生耗熱量大的缺點,從而實現(xiàn)了冷卻除濕與轉(zhuǎn)輪除濕的有機結(jié)合。

  2、應用模擬程序,對轉(zhuǎn)輪與冷卻組合式除濕空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運行特性進行了計算機模擬計算,對系統(tǒng)在不同室外溫度、含濕量和風量下,其除濕量和除濕能耗比的變化規(guī)律進行了分析,所得結(jié)果為該系統(tǒng)的進一步研究及優(yōu)化運行提供參考。

參考文獻

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  2、袁衛(wèi)星,開式固體除濕空調(diào)關(guān)鍵部件及系統(tǒng)分析,北京航空航天大學學報,1997.10
  3、代彥軍,俞金娣,轉(zhuǎn)輪式干燥冷卻系統(tǒng)的參數(shù)分析與性能預測,太陽能學報,1998.1
  4、張衛(wèi)紅,轉(zhuǎn)輪與冷卻組合式除濕空調(diào)系統(tǒng)變工況穩(wěn)態(tài)性能模擬與分析,東南大學碩士研究生學位論

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