热泵驱动的双级溶液除湿新风机系统原理及性能分析

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1、热泵驱动的双级溶液除湿新风机系统原理及性能分析清华大学刘拴强江亿刘晓华谢晓云北京华创瑞风空调科技有限公司陈晓阳摘要：本文就一种热泵驱动的双级溶液除湿新风机组的设计思想、机组构成、全年运行方式进行了介绍，并对机组在夏季、冬季和过渡季节的性能进行了模拟分析，结果显示该机组能效比COP约为6～8，比热泵驱动的单级溶液除湿机组性能提高约30％左右。关键词：溶液除湿温湿度独立控制热泵驱动新风机性能分析1　引言由于在可利用低品位能源、节约能源消耗、保护环境等方面的众多优点，近年来，溶液式除湿空调系统得到了较为广泛的关注[1～7]。基于溶液除湿的温

2、湿度独立控制空调系统，可以使显热处理的效率提高30％[1]，从而显著降低空气处理的能源消耗。而且，溶液还具有很强的蓄能特性，单位体积溶液的蓄能能力可达500～1000MJ/m3[1,8]，这使得空调系统对负荷变化的调节能力显著增强。溶液除湿空调系统使用溴化锂、氯化锂等盐溶液作为工质，避免使用CFCs和HCFCs等对臭氧层有破坏作用的工质，不会对环境造成破坏；由于不必使用会产生凝结水的盘管，因此也就不会产生霉菌等有害污染物，而且通过溶液的喷洒可以除去空气中的尘埃、细菌、霉菌及其它有害物，从而有利于提高室内空气品质[1,7,9]。总之，溶

3、液除湿空调设备对于提高空调系统运行性能、降低能源消耗、提高室内空气品质、优化城市能源结构等方面均有重要意义[1]。从室内空气品质的角度来说，人们总是希望新风量越大越好，但是由于对新风进行除湿、降温的过程需要的能量消耗比较大，从节能的角度来说，希望新风量越小越好，这就造成了一对矛盾。带有溶液全热回收器的新风空调机可以在不增加处理能耗的基础上，增大新风处理量，是解决上述矛盾的有效途径[10]。同时，采用热泵驱动的溶液除湿新风机具有结构紧凑、布置灵活、调节方便、维护简单等特点，由于能效比COP较之常规空调新风机系统高出60％，因此有着显著的

4、节能效果。2　双级溶液除湿新风机原理介绍2.1新风机设计思想通过全热回收的办法回收排风中的能量，对新风进行预处理，是降低新风处理能耗的一个有效方法，溶液式全热回收装置能够实现高效的全热回收，而且能够避免新风和室内排风之间的交叉污染[10]，因此在溶液除湿新风机中设置溶液全热回收单元，对于降低新风处理能耗、提高新风机效率有显著效果。热泵驱动的双级溶液除湿新风机（以下简称“溶液除湿新风机”）主要包括热泵系统、溶液全热回收器、双级除湿模块和双级再生模块，除湿和再生过程使用通用的“溶液与空气直接接触式全热交换单元模块”，有关这种单元模块的详细

5、资料参见文献[1]。该溶液除湿新风机一方面利用热泵蒸发器的冷量对除湿浓溶液进行冷却，以增强溶液的除湿能力，吸收除湿过程中释放的潜热。同时，利用热泵冷凝器的排热对再生稀溶液进行加热，加热后的稀溶液再和回风进行全热交换，溶液即被浓缩再生。国内外相关文献[2,11,12]指出，经过溶液除湿模块处理后的新风湿度与溶液的浓度呈线性关系，增大溶液浓度对于提高溶液除湿新风机的新风处理效果有重要意义。然而，同样外部条件下要增大溶液再生浓度就必须提高再生温度，对于以热泵冷凝器排热为再生热源的溶液除湿新风机来说，这就意味着冷凝温度的升高，从而导致制冷系统

6、COP降低，这构成了一对矛盾。为了在保证新风处理效果的基础上尽量降低冷凝温度，制冷系统设置了两个蒸发器和冷凝器，采用双级除湿和再生的处理方式，每一级除湿模块和对应的再生模块设置一套蒸发器和冷凝器，分别对除湿浓溶液进行冷却和对再生稀溶液进行加热。采用这种方式后，可以使得两级再生过程在不同浓度下进行，低浓度的一级排热能力比较强，有利于降低冷凝温度，而高浓度的一级不用承担过多的排热量即可保证再生溶液浓度，从而完全解决了上述矛盾。由于除湿后的稀溶液温度还比较低，而再生后的浓溶液温度比较高，因此在相应模块之间的溶液循环回路中设置板式换热器以回收

7、热量。2.2溶液除湿新风机工作原理溶液除湿新风机夏季运行的原理图如图1所示，其主要部件包括气液直接接触全热交换单元模块（以下简称“单元模块”）、压缩机、两个冷凝器和两个蒸发器、膨胀阀、两个溶液热回收用的板式换热器、溶液循环水泵，图中带箭头实线表示溶液循环、带箭头虚线表示制冷剂循环。在夏季运行时，回风和新风分别经过气液直接接触全热交换模块A、B、E、F进行全热回收，其中模块A与F、B与E对应，溶液先后与新风和回风直接接触。经过热回收后的回风分别与上层模块C、D中温度较高的稀溶液换热，后排到室外；预处理后的新风则进入下层模块G、H中，与温

8、度较低的浓溶液换热后送到室内。其中，除湿模块G、H分别与再生模块D、C对应为一组。从模块D流出的温度较高的浓溶液与从模块G流出的温度较低的稀溶液之间设置板式换热器回收热量。同样，模块C与H之间循环的溶液也使用板式换热器回