小溫差再生的干燥劑的優(yōu)選及其在除濕換熱器中的應(yīng)用.pdf

1、壓縮式空調(diào)系統(tǒng)常采用冷凝除濕的熱力過程集中處理顯熱和潛熱負(fù)荷，既造成了較大的電耗，又無法保證舒適的送風(fēng)品質(zhì)。除濕空調(diào)具有較好的潛熱負(fù)荷處理能力，但顯熱負(fù)荷處理能力有限。復(fù)合式除濕熱泵循環(huán)兼顧熱泵和除濕空調(diào)的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)熱、濕負(fù)荷的獨(dú)立處理與控制，然而這種直接復(fù)合式系統(tǒng)的體積較大、成本較高，且無法克服吸附熱的不利影響。針對(duì)這些不足，一種在15-20℃蒸發(fā)溫度下除濕降溫（既各自獨(dú)立又同時(shí)處理）的新型一體式除濕熱泵循環(huán)被提出，該循環(huán)通過除濕換

2、熱器管內(nèi)制冷劑側(cè)的閉式循環(huán)處理熱負(fù)荷，除濕換熱器表面干燥劑側(cè)的開式除濕循環(huán)處理濕負(fù)荷，并回收冷凝廢熱(45-50℃)用于干燥劑的再生。
　　干燥劑及制冷劑性能是決定新型循環(huán)可行性和具體熱力性能的關(guān)鍵，特別是干燥劑與制冷劑需要在不同于常規(guī)循環(huán)運(yùn)行溫度區(qū)間內(nèi)運(yùn)行(常規(guī)空調(diào)中制冷劑7 ℃左右蒸發(fā)；固體除濕系統(tǒng)中干燥劑進(jìn)行升溫除濕，所需再生溫度常比室溫高出60-80℃)。目前眾多關(guān)于低溫?zé)嵩丛偕母稍飫┑难芯恐饕槍?duì)吸附量的提升，且多應(yīng)用

3、在吸附制冷系統(tǒng)和常規(guī)轉(zhuǎn)輪固體除濕系統(tǒng)，鮮少有學(xué)者對(duì)新型循環(huán)運(yùn)行工況下干燥劑的性能進(jìn)行深入分析。同時(shí)新型循環(huán)需要將干燥劑涂敷于金屬材料表面，這也將導(dǎo)致干燥劑性能的變化。針對(duì)以上問題，本文首先對(duì)循環(huán)的熱力學(xué)進(jìn)行研究，分析干燥劑和制冷劑所需滿足的特性，并提出干燥劑與制冷劑及應(yīng)用區(qū)域的優(yōu)化準(zhǔn)則，之后對(duì)預(yù)選干燥劑的特性進(jìn)行深入研究，基于構(gòu)建的最優(yōu)干燥劑準(zhǔn)則，發(fā)現(xiàn)循環(huán)吸附量、吸附速率常數(shù)和涂敷密度是衡量干燥劑應(yīng)用于新循環(huán)的關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)。為了驗(yàn)證優(yōu)選

4、的干燥劑，進(jìn)行金屬基除濕翅片的實(shí)際性能測(cè)試研究，并最終完成除濕換熱器-水系統(tǒng)的搭建、模擬與實(shí)驗(yàn)工作。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)分別從空氣側(cè)，干燥劑側(cè)和制冷劑側(cè)循環(huán)入手分析新型循環(huán)，基于制冷劑側(cè)熱力學(xué)分析，重點(diǎn)考慮R410A與R32在新型空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用。系統(tǒng)總能耗分析給出節(jié)能要求下預(yù)選制冷劑對(duì)應(yīng)的干燥劑吸附熱極值。對(duì)新系統(tǒng)在不同氣候區(qū)域及不同建筑類型的應(yīng)用分析發(fā)現(xiàn)，復(fù)合干燥劑有著靈活的除濕性能，涵蓋了絕大部分的室外環(huán)境和建

5、筑類型，新型沸石則特別適合ARI summer和ARI humid氣候區(qū)間或?qū)π嘛L(fēng)量要求不高的高濕氣候。最后針對(duì)新循環(huán)，提出理想干燥劑特性。
　　(2)為了探究最適合多孔基質(zhì)的吸濕性無機(jī)鹽，對(duì)常見的16種吸濕性鹽進(jìn)行初步篩選，出于安全性和吸濕性，鎖定LiBr、LiCl和CaCl2。之后，將三種鹽分別與粗孔、B型和細(xì)孔硅膠復(fù)合，研究指出 LiCl改性的復(fù)合硅膠干燥劑有著最佳的吸附和脫附性能。LiCl溶液濃度研究發(fā)現(xiàn)浸漬鹽濃度越大，復(fù)

6、合硅膠翅片的熱導(dǎo)率越大，并且吸濕性能越強(qiáng)。
　　(3)從硅膠、介孔硅酸鹽、活性炭以及天然巖石四類多孔材料中選取7種材料作為L(zhǎng)iCl的承載基質(zhì)，并從微觀特性、平衡吸附性能、吸附熱、動(dòng)態(tài)吸附性能以及脫附性能幾方面對(duì)復(fù)合干燥劑進(jìn)行研究。微觀測(cè)試表明復(fù)合干燥劑的BET比表面積和孔體積相比多孔基質(zhì)均有著不同程度的降低。通過改進(jìn)的ASAP2020吸附儀，得到精確的水蒸氣等溫吸附線，發(fā)現(xiàn)復(fù)合干燥劑的平衡吸附量得到極大增強(qiáng)，同時(shí)明確了復(fù)合干燥劑完

7、整的等溫吸附機(jī)理，并基于吸附勢(shì)理論得到平衡吸附方程。吸附熱分析發(fā)現(xiàn)吸附量較低時(shí)復(fù)合干燥劑主要呈現(xiàn)化學(xué)吸附，隨著吸附量的增加，物理吸附占主導(dǎo)。動(dòng)態(tài)吸附性能指出較之多孔基質(zhì)，復(fù)合干燥劑的吸附速率常數(shù)有所下降但不顯著。脫附性能研究發(fā)現(xiàn)多數(shù)復(fù)合干燥劑能在低再生溫區(qū)內(nèi)脫附?；跇?gòu)建的最優(yōu)干燥劑準(zhǔn)則，發(fā)現(xiàn)循環(huán)吸附量、吸附速率常數(shù)和涂敷密度是衡量干燥劑應(yīng)用于新循環(huán)的關(guān)鍵指標(biāo)，并最終選定SGB/LiCl復(fù)合干燥劑。
　　(4)基于復(fù)合干燥劑優(yōu)選結(jié)

8、果，制備復(fù)合硅膠金屬基除濕翅片。復(fù)合翅片的吸附量高出硅膠翅片涂層數(shù)倍，在45℃的脫附溫度下，復(fù)合翅片的脫附量也更大。雖然復(fù)合翅片有著良好的吸附和再生性能，但存在溢液風(fēng)險(xiǎn)，選擇 SAPO-34和FAPO-34類沸石分子篩進(jìn)行金屬基除濕翅片的制備，對(duì)粘結(jié)劑，醇類和水混合成的水解液的成分比例、PH值等進(jìn)行探索，確保類沸石材料除濕性能的最大發(fā)揮。對(duì)各翅片的除濕性能分析發(fā)現(xiàn)，SAPO-34翅片除濕能力最差，F(xiàn)APO-34翅片除濕能力介于硅膠翅片和

9、復(fù)合硅膠翅片之間。
　　(5)制備硅膠、復(fù)合硅膠和FAPO-34除濕換熱器，并對(duì)除濕換熱器-水系統(tǒng)進(jìn)行仿真與實(shí)驗(yàn)研究。模擬結(jié)果表明，復(fù)合硅膠換熱器CSGHE的除濕性能相比普通硅膠換熱器SGHE有著明顯的提升。同時(shí)，模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均顯示多數(shù)工況下類沸石除濕換熱器FAHE的除濕量?jī)?yōu)于SGHE，但不如CSGHE，這和翅片除濕性能分析結(jié)果相符。對(duì)于室外濕度不高的氣候，F(xiàn)AHE除濕換熱器能滿足除濕要求，且無溢液隱患。模型對(duì)除濕換熱器出口濕度