毕业论文范文——关于蒸气压缩制冷系统的基础混合液体除湿实验研究.doc

1、 关于蒸气压缩制冷系统的基础混合液体除湿实验研究摘要在沙特阿拉伯王国,大量的能量被用于空调，这篇文章阐述了空调的一种新方法。在混合液体除湿冷却装置中,液体除湿是用于去除潜热负荷，传统的蒸汽压缩系统用于提供合理的冷却而已。在这个实验研究中，氯化钙溶液用作干燥剂除湿空气。纱布型结构填料塔用于除湿的空气和再生的弱干燥剂。所设计的固定床除湿器和再生器相结合5 吨的蒸气压缩系统及热回收机组。本文的各种结果从一个规整填料在除湿和再生传热传质详细实验研究工作条件下所得。目前的研究中，以传统的油电混合车冷却系统做对比，冷却系统 COP 定义为空间冷却除以能量输入冷却系统。通过三种不同的方式，以常规蒸汽压缩系统

2、对比再生混合冷却系统显示其COP 的价值。结果表明，混合系统除湿机的出口对进口的绝对湿度比达到了约0.6稳态值，空气的温度有48 下降至38 。此外,研究发现, 混合冷却系统 COP 比常规系统有提高。关键词：空调，除湿，液体除湿，再生，蒸气压缩1 简介沙特阿拉伯东部和西部省份夏天的气候又热又湿。空气调节需要调节温度、湿度、空气运动和空气清洁度。在沙特阿拉伯王国,大量的能源用于建筑物的空气调节。在过去的几年空调使用的能源已经上升，在未来将会继续上升。空调机的年度沙特消费估计为60-70万台。这些数额空调产生的消耗，大约需要消耗沙特阿拉伯王国的电力总量的65%（艾哈迈德和 Elhadidy200

3、2）。因此,要求空调提高能量守恒舒适和环境控制,增加通风新方法受到越来越多的关注。像沙特阿拉伯国家、加热就可以很容易地提供传统的加热器,因为他们可能只有 2到3个月的时间需要使用。在潮湿的气候条件下空调负荷的主要是除湿,这是一个很耗能的过程。传统的蒸汽压缩式空调机是用于冷却和除湿空气，空气是通过冷却盘管，那里的湿空气干球温度下降，而水分含量保持不变，干球温度继续降低，水分开始凝结在空气冷却盘管上，导致空气中水分含量的减少。对于一个典型的湿度比0.007，这种情况发生在9，通常是低于所需温度，因此，空气必须重新加热到一个舒适温度，然后才进入空调空间，以避免过多的显冷。虽然这时一般使用废热或与回风

4、混合，但冷却过程本身需要更多的能量。因此，蒸发器的蒸汽压缩系统运行在比所需要的温度低情况下，虽然满足合理的冷负荷情况，却会导致系统处于较低的性能系数。尽管除湿是在高温下很有效，但在变得较低温度下会变得困难，因为在的水分会冷凝在冷却盘管上，此外，节能蒸汽压缩设计工况点更高的温度蒸发器系统，已发现无法在炎热和潮湿的气候保持室内的舒适度、相对湿度（Marsala 等人,1989 年）。本文介绍了一种与现有空调系统相结合的新技术研究。2 负荷空调系统最近，空调系统的综合了一些建议，并正在积极展开研究。复合冷却系统中干燥剂是用来去除潜热、常规空调冷负荷是用来提供冷却。除湿技术在炎热，气候潮湿建筑物处理上

5、具有成本效益，能显著节能，减少微生物和空气中污染物（Kovak等人,1997年）。干燥剂冷却系统与传统的除湿空调系统可能组合的已经Waugaman 等人详细审查。 Worek 等人发表了就热启动冷却系统，即除湿冷却系统研究进展（1996）。两种干燥剂即固体和液体类型可以用于空气和两类常规空调除湿即蒸气吸收和蒸气压缩，即可以用于冷却。因此,复合空调系统可分为如下：1. 混合蒸汽吸收式固体除湿空调系统2. 混合蒸汽吸收式液体除湿空调系统3. 混合蒸汽压缩式固体除湿空调系统4. 混合蒸汽压缩式液体除湿空调系统除湿系统具有重大的优势，他们在节约能源，减少化石燃料的消耗方面有着巨大潜力，电能消耗少，随着

6、除湿系统中使用氟氯化碳的淘汰，则可配合使用蒸气吸收单位或蒸汽压缩结合单位。应该注意含氯氟烃有助于减少地球臭氧层的损耗。 室内空气质量的改善与通风和新鲜空气率除湿系统相关。这种系统还能提供较低的湿度，以消除空气中的污染物。除湿系统的空气湿气和温度可以单独控制的，从而更好地控制湿度。最近，Recently Dai 等（2001 ）报告的混合空调系统结合除湿， 汽化冷却和蒸气压缩式空调，比单独常规蒸气压缩系统制冷效果提高20到30%。然而，包装材料的类型和类型干燥剂实验所用的不是给的。值得一提的是，对作者所了解的知识而言，混合冷却液体除湿系统使用最佳，即用纱布氯化钙溶液型，除湿器和再生器规整填料没有

7、文献报道，这一实验研究是第一个这样的系统上。抽湿机不同类型的固体干燥剂和可再生，所需的温度大约是70 -80。固体除湿系统可在较低温度下再生，但需要大量的干燥剂，也提高鼓风机系统运营成本。此外，由于时间的推移，因灰尘和异物在毛孔沉积，有效的干燥剂床在减少。要避免此种情况，可以增加另外空气过滤，但是会使通过系统气压下落。液体干燥剂除湿空气有一些明显的优势，再生温度所需的液体比固体干燥剂的低。液体去湿系统的一个有趣的特点是一部分的微弱的干燥剂可以在与剩余的液体集中然后混合，使用液体干燥剂的另一好处是他们可以作为传热介质在热交换器。因此干燥剂可以按需求被预冷却或被预先加热。使流出泵的液体可以连接几个

8、小到一个大除湿机再生装置哈里曼，1990。此外，由于液体干燥剂除湿通常洗刷气流流，不仅能除湿，还能清洗和消毒空气，此外，能量被存放作为化学能而不是热能 。能量存储容量液体干燥剂如锂盐氯化物或氯化钙比固体干燥剂高出高达3.5倍等（Kessling 等,1998）。通过液体除湿系统压降小于由固体转轮除湿（豪尔,1987），这些原因使液体干燥剂除湿系统更具有吸引力。一个好的冷却系统可提供蒸气吸收或蒸汽压缩系统，水蒸气吸收热能系统运作时，用于蒸气压缩系统运行所需的能量会有相对较便宜得多。然而，蒸气吸收系统在沙特阿拉伯王国应用不广，进一步来说是由于吸收系统 COP 比蒸气压缩系统低。混合式蒸气压缩系统除

9、湿空调系统是有希望的，因为他们采取的高效率传热蒸气压缩系统和高质量的液体干燥剂的潜在优势。因此选择混合蒸气压缩液体去湿空调系统，本研究试图结合液体冷却干燥剂和传统蒸气压缩空气调节系统的除湿功能能力，补充和增强其他进程。除湿不再依赖对蒸气压缩单元的限制而定，进一步的初始投资成本降低，常规空调除湿技术因为缩减规模、系统运行成本压缩机也会减少。3 混合冷却周期混合液体除湿冷却系统结合一个结构填料液体除湿转轮除湿机和蒸汽压缩单位。该系统采用了干燥剂，以应付潜在的负荷和蒸汽压缩负荷，负责处理负载。冷却系统的原理图如图1所示。该系统主要由传统的蒸汽压缩装置,辅助加热器、回热器填料床、一床除湿机,泵的干燥剂

10、、两个吹管道,以及两个热交换器泵。这种混合液体干燥剂的蒸汽压缩制冷系统的设计提供了5吨的冷却能力。假定的环境条件是40和每公斤空气中水量 0.028千克（ 59相对湿度）。该空调的室内空间设计条件为23和每公斤空气中水量0.0088 千克，每公斤水的干燥空气（50相对湿度）公斤。混合的回风从建筑（状态1 ）和周围新鲜的空气(状态11)进入除湿机如图2 中2。除湿过程中, 处理后的空气不适合舒适条件，进过除湿机后，状态点3处空气通过传统的蒸汽压缩蒸发器盘管冷却到状态点4 ，然后将空气送入建筑物中。填料塔中用于除湿的空气和弱干燥剂的再生冷却系统。弱干燥剂通过除湿干燥剂泵进行再生喷洒。再生弱干燥剂、

11、废物冷凝器热用来预热空气和一个辅助加热器进一步加热。再生空气流湿，因为它流经蓄热体，然后排放到环境。4 实验仪器除湿系统是由一个逆流填料床除湿塔、循环泵,干燥剂罐 ,弱干燥剂罐和一个主风机。聚乙烯罐容量约为60 加仑被用作为燥剂的强、弱的容器。这座塔是玻璃纤维的，优点是这个物质重量轻,不与化学物质反应,无腐蚀性,容易获得。该塔高2.6米，直径50厘米，0.5厘米厚。该塔是直径50 公分纱布填充型 BXPFP 规整填料，高度34厘米两个不锈钢丝支持。最重要的包装材料部，带有3毫米小孔30个聚氯乙烯分配器放置在除湿机上。干燥剂逆流喷洒，在包装材料处与空气流接触。它覆盖着一个可移动顶盖，以便改换包装

12、材料，对列和管内进行维护。溶液和空气泄漏自由的底部部分除湿机作为一个额外的储罐为。这是溶液和空气泄漏自由的底部部分除湿机作为一个额外的储罐，除湿机配备两个观察窗口。上层一个干燥剂喷口检查处和下层的水箱中弱干燥剂检查处，一个除雾器是用来除去除湿机出口处夹带液体。其次，这种解决方案是通过热式换热器送到规整填料蓄。再生系统是由一个逆流再生塔填料床组成，类似与除湿机,循环泵,有较强的干燥剂坦克,弱干燥剂坦克,和一个主风机联同一个10 kW 电加热器，来调节空气进口温度。冷凝器余热用于加热的空气干燥剂的弱再生蓄热体，辅助热是一个电暖炉，用来使空气温度维持高回复速度。这座塔两个符合美国钢铁协会的316条件

13、的不锈钢丝支持的直径50cm纱布型规整填料。每个元素的高度是17 厘米。最重要的包装材料，是大约 30个3 毫米孔聚氯乙烯分配器放置在干燥剂喷洒方向，使其与逆流热空气接触。再生器底部部分用来作为额外的弱干燥剂储罐。退出的热溶液再生器热交换冷却与除湿溶液从热交换器中。蓄热体的热溶液热交换器冷却交换的热量通过线圈式换热器解决。氯化钙溶液作为液体除湿剂，每次运行结束时，测定抽湿机和再生器出口处干燥剂浓度。干燥剂的浓度比重由误差为0.02，相当于 0.1浓度差及与数字显示精度为0.1相连的 k 型热电偶测定。用准确度为0.1的“VelociCalc“测量相对湿度，求得绝对湿度并用相同的装置测量空气流速

14、和空气温度。液体流量测定使用一个流量监测的精度为0.1 公升/分钟轴流式仪表，更详细关于实验设置的信息见（Al-Farayedhi 王汝成等 ,2000）。5 结果与讨论一组实验进行使用上面提到的设置，研究了混合冷却系统的性能。对进入除湿机中潮湿的环境空气进行的高径实验，结果表明，最佳的除湿干燥剂流量为14升/分钟，为再生为13.3 升/分钟，故这是进行这些实验的混合动力系统的最佳流量。一台加湿器是用来获取进入除湿机前进口空气的工况，在47至48 和湿度比为0.048公斤的水每千克干燥。从弱除湿干燥剂通过热交换器后进入再生器。冷凝器余热用来预热再生空气电加热器和提高空气温度70 的热空气进入再

15、生使用的是相对与0.015每公斤干空气干燥公斤水绝对湿度。实验结果显示在图3至6。图3显示了在混合动力系统的除湿干燥剂温度和浓度的时间变化。由于干燥剂吸收空气中的水蒸汽的浓度显着下降，但在开始20分钟后，约43 ，达到稳定状态的条件，因为再生过程有效地维护干燥剂浓度，这表明，再生过程是有效的。使用两个热交换器，干燥剂入口温度维持在36 至38 ，如图所示。图4 显示了出风口温度和相对湿度的除湿机时间的变化。出风口温度达到了，因为高干燥剂入口温度和相对湿度的空气出口约为30 ，而进入处除湿38 的温度达到65。图5显示出绝对湿度的空气和空气绝对湿度的除湿机比例混合动力系统时间的变化。这是必须指出

16、，进入空气抽湿机，空气非常潮湿出口处的绝对湿度接近一个稳定状态值0.028。由于在实验开始干燥剂浓度高（约45 ），空气除湿，然后迅速的出口空气的绝对湿度则保持不变，因为进口干燥剂浓度是恒定的43。结果表明，用除湿机正在执行中的混合动力系统再生良好。弱干燥剂从除湿器被再集中同时在再生器后被预热在干燥剂到干燥剂处热交换。混合冷却系统干燥剂入口和出口浓度在预热时间的变化，如图6所示 。可以看出，再生干燥剂进入后浓度维持在约42.5的稳定状态值，同时再生到 43。6 性能系数（COP ）这是必须指出的性能系数（COP）的定义除湿冷却系统报告的研究人员之间的差异。例如，一些作者定义了一个日常 COP

17、量对冷却系统提供除以太阳能入射太阳能集热器,所以 COP 包括收集器效率。然而，有些人的 COP 还界定为冷却的热量供应量划分的再生量，也就是 COP 是独立的热源。在目前的研究中,为了比较传统的油电混合车，COP 被定义将冷却的能量输入划分为冷却系统的空间中除去的热量。能量输入电能用于流通包括空气、水、干燥剂、辅助能源用于再生和能量用来操作传统的蒸汽压缩单位。在此基础上,COP 被定义为： 输 入 系 统 能 量系 统 除 去 空 间 的 能 量COP（1） 参照图2 总热除去空间冷却量：（2）)(214hm冷 却 量三种不同的方式考虑再生混合冷却系统。这三种模式的运作,广泛的能源进行了分析

18、，传统的蒸汽压随着冷却系统等 COP 进行了分析（Al-Farayedhi 王汝成等,2000）。结果由表 1 给出。这是应该注意这些结果是最大 COP 值和在实际操作上,预计 COP 将少于最大价值。估计的不确定度的计算结果实在原始数据中存在的不确定性的基础计算的。直接测量的精确结果，对于等功效因变量和出口对进口含湿量的比例不确定性和误差分析的估计。结果发现，不确定性的计算除湿机的最大效率和再生百分比 0.082。不确定性的计算出口到进口含湿量的比例最高比例是 3.76。表 1 各系统的 COP冷却系统/再生模式 总输入功率, kW COP混合动力系统- 暖气干燥剂 11.24 1.164混

19、合系统 -加热空气 8.15 1.615混合动力系统- 暖气空气和干燥剂 9.20 1.422传统的蒸汽压缩系统 13.23 0.989* *基于空调空间的除热量7 结论实验研究了冷却性能的系统使用氯化钙干燥剂和经除湿溶液的流量优化的除湿机。实验结果表明，除湿器和再生器两者在工作在高温和高湿度条件下有效的混合动力系统。在混合动力系统除湿机出口到进口的绝对湿度比达到了约0.6稳态值和气温下降至48至38。研究热除去的空间发现，混合冷却系统的三种不同方式COP 与传统的再生冷却系统相比,混合冷却系统比常规系统能提供更高的 COP。目前正在进行的试验，研究不同的干燥剂氯化锂、氯化钙和锂氯化物混合系统

20、的性能比较。鸣谢作者对由阿卜杜勒阿齐兹国王城提供的财政支持科学与技术（KACST）通过项目编号的 AT- 17- 30和法赫德国王石油和矿产大学（KFUPM）所提供的设施表示感谢。命名 h 空气焓, kJ/kg m 空气质量, kg/s Q 体积流量, l/min RH 相对湿度, % T 温度, oC t 时间, h Z 重底部开始包装高度, cm 浓度干燥剂的重量, % 绝对湿度 水千克 /千克干空气 下标G 空气i 进口L 干燥剂 o 出口 1,4 状态点参考文献1. Ahmad, A and Elhadidy M. A., 2002, “Energy Conservation Meas

21、ures for a Typical Detached Single Family House in Dhaharan”, Proceedings of the First Symposium on Energy Conservation & Management in Buildings, KFUPM, 5-6 Feb., pp. 31-42. 2. Al-Farayedhi, A.A., Gandhidasan, P. and Antar, M.A., 2000, Hybrid Liquid Desiccant Based Vapor Compression Cooling System,

22、 KACST Project No. AT-17-30, Progress Report No. Mechanical Engineering Department, King Fahd University of Petroleum and Minerals, Dhahran, Saudi Arabia. 3. Dai, Y.J., Wang, R.Z., Zhang, H.F. and Yu, Y.D., 2001, “Use of Liquid Desiccant Cooling to Improve the Performance of Vapor Compression Air Co

23、nditioning”, Applied Thermal Engineering, 21, pp. 1185-1202. 4. Harriman, L. G., 1990,The Dehumidification Handbook. 2nd edition. Munters Cargocaire, Amesbury, MA. 5. Howell,J. R., 1987,“A survey of active solar cooling methods”. In Progress in Solar Engineering, Edited by Goswami, D.Y., pp 171-182. 6. Kessling,W. Laevamann,E.and Peltzer, M., 1998, “Energy storage in open cycle liquid desiccant cooling systems,” Int. J. Refrigeration, 21 (2), pp 150-156.