液體除濕空調除濕器性能的實驗研究

　　摘要：本文以實際液體除濕空調系統為對象，進行實驗研究，改變系統中除濕器入口空氣及溶液的參數，得出空氣出口溫、濕度隨之變化的狀況。并與理論模擬計算值比較，獲得實驗值和理論值有相同的變化趨勢的試驗數據。由此得出在諸多的入口參數中，溶液的溫度和流量的變化對空氣出口溫、濕度影響較大，空氣的出口溫度實驗值偏小于理論值，空氣的出口濕度實驗值偏大于理論值。這將對液體除濕空調系統的性能分析和設計提供幫助。

　　關鍵詞：液體除濕空調系統除濕器實驗性能分析

　　液體除濕空調系統對驅動熱源的要求較低，一般的工業余熱、廢熱以及地熱、太陽能能可再生的低品位能源均可利用，應用研究具有廣闊的前景。

　　除濕器是液體除濕空調系統的核心裝置，常用的有“絕熱型除濕器”和“內冷式除濕器”兩種。對除濕器的數學分析，R.E.Treybalt用“微元控制體模型”方法，將絕熱型除濕器沿高度方向劃分為微元控制體，在穩定除濕狀態下，推導出傳熱傳質的控制微分方程[1]，H.M.Factor、G.Grossman、P.Gandhidasan等人在數值算法上作了一些改進，使其能夠較好地求解發生在絕熱型除濕器中的傳熱傳質過程[2][3][4]。由于除濕過程是放熱過程，為了提高除濕效率，除濕過程需進行冷卻，使除濕溶液保持較低的蒸氣壓力，即采用內冷式除濕器，該技術也有眾多學者進行了研究，認為除濕器內除濕溶液以降膜的形式與被處理空氣接觸，進行傳熱傳質[5][6][7]。實際上，除濕器內的傳熱傳質過程是一個很復雜的過程，除濕的性能受多因素的影響，而在數值的模擬過程中，往往忽略了這些影響的因素。因此，除濕器的實際效果和理論模擬會有一定的差異。隨著液體除濕空調趨于實用，分析實際運行和理論計算間工作參數的差異，對今后的系統設計和運行調整會有幫助。本文就除濕空調系統中的除濕器的性能進行實驗，并將測定的數據與理論計算值進行比較。

　　1除濕器的數學模型

　　除濕器的數學模型，通常采用雙膜理論進行分析。本系統采用的裝置為絕熱型填料塔除濕器，溶液從填料上方噴淋，空氣從填料下方進入，兩者在填料間進行逆向流動的傳熱傳質.

　　2液體除濕空調實驗系統及除濕器試驗方法

　　空氣除濕空調實驗系統由除濕器、再生器、加濕器和溶液冷卻器等主體部件構成。各設備按溶液與空氣流程依次布置，如圖2所示。其中除濕器結構形式為無冷卻逆流式填料塔。填料塔直徑為0.3m，填料的比表面積350m2/m3；填料的平均當量直徑為0.01m；填料高度1.0m。液體除濕劑采用LiCl溶液。

　　除濕器的實驗研究主要是在空氣與溶液的流量穩定時，調節空氣與溶液的入口工況，研究其出口參數——空氣的出口溫度與濕度和理論模擬值的接近程度和變化趨勢。本實驗為了實驗結果具有可比性，各工況參數設有參照值，具體各值為：

　　1環境溫度35℃，大氣壓力1.01×105Pa；

　　2溶液的入口濃度40%，溶液的入口溫度30℃，溶液的入口流量920L/h；

　　3空氣的入口溫度35℃，空氣的入口濕度20g/kgDA，空氣的入口流量390m3/h；

　　實驗的主要實驗內容是，分別改變溶液入口的溫度、濃度和流量，以及被處理空氣的入口溫度和濕度條件下，觀察除濕器出口空氣的溫、濕度變化，并和理論值進行比較。

　　3實驗結果及討論

　　實驗結果經過整理，填料塔除濕器當某一參數改變時，被處理空氣的溫、濕度的變化趨勢與實際結果同模型計算結果有著相同的變化趨勢，實驗值和理論值吻合較好。

　　a．空氣除濕后的出口溫度在各工況下都同溶液的入口溫度非常接近，除濕后空氣的濕度也與溶液的溫度成正比例關系，這說明在實際運行中被除濕處理空氣的出口狀態受溶液入口溫度的影響具有決定性，保持在除濕過程中溶液的溫度將有利于空氣的除濕效果；

　　b．在溶液流量比較小時，空氣出口溫度與濕度明顯升高，一是因為溶液流量過小，不能保證填料充分潤濕，傳熱傳質面積減小，除濕性能下降；二是溶液流量過小，溶液熱容量減小，溶液吸濕時產生的潛熱使溶液的溫度上升，降低了除濕劑的吸濕能力。在本文所研究的實驗條件下，如圖5所示，溶液流量為700L/h時，是除濕性能顯著改變的轉折點。由此可見，除濕器要有良好的吸濕性能，一定要有合適的溶液流量，或者說要有合適的空氣溶液流量比；

　　c．溶液的入口濃度對空氣溫度變化不大，而影響著空氣出口的濕度，空氣的出口濕度影響著把空氣絕熱加濕后可達的空氣狀態。當空調送風溫度為25℃時，溶液的濃度可以在32%，當送風溫度要求為20℃時，溶液的濃度必須提高到40%。

　　d．進口空氣所處的熱力狀態對空氣出口參數的影響較小。

　　4結論

　　a．實驗值和理論值有相同的變化趨勢，雙膜理論用于除濕塔熱力分析可行。

　　b．在除濕過程中，，溶液的入口參數對處理后空氣溫、濕度的影響大于空氣的入口參數。

　　c．實驗值和理論值之間存在偏差，空氣的出口溫度實驗值偏小于理論值，空氣的出口濕度實驗值偏大于理論值。

　　參考文獻

　　1.R.E.Treybal.Adiabaticgasabsorptionandstrippinginpackedtowers.IndustrialandEngineeringChemistry.1969:61～68.

　　2.H.M.FactorandGershonGrossman.Apackedbeddehumidifier/regeneratorforsolarairconditioningwithliquiddesiccants.SolarEnergy,1980:541-550.

　　3.P.Oandhidasan,C.F.KettleboroughandM.RifatUllah.Calculationofheatandmasstransfercoefficientsinapackedtoweroperatingwithadesiccant-aircontactsystem.SolarEnergyEngineering,ASME,1986:123-127.

　　4.P.Gandhidasan,U.RifatUllahandC.F.Kettleborough.Analysisofheatandmasstransferbetweenadesiccant-airsysteminapackettower.JournalofSolarEnergyEngineering,1978:89-93.

　　5.H.L.Goff,A.Ramadance.Modelingthecoupledheatandmasstransferinafallingfilm.HeatTransfer.1986:1971-1976.

　　6.A.I.Zografos,C.Petroff.Aliquiddesiccantdehumidifierperformancemodel.TransactionsofASHRAE.1991:650-656.

　　7.G.Gmssman.Analysisofdiffusion-thermoeffectsinfilmabsorption.HeatTransfer.1986:1977-1982.