小溫差再生的干燥劑的優(yōu)選及其在除濕換熱器中的應用.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荷，既造成了較大的電耗，又無法保證舒適的送風品質(zhì)。除濕空調(diào)具有較好的潛熱負荷處理能力，但顯熱負荷處理能力有限。復合式除濕熱泵循環(huán)兼顧熱泵和除濕空調(diào)的特點，可實現(xiàn)熱、濕負荷的獨立處理與控制，然而這種直接復合式系統(tǒng)的體積較大、成本較高，且無法克服吸附熱的不利影響。針對這些不足，一種在15-20℃蒸發(fā)溫度下除濕降溫（既各自獨立又同時處理）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)運行溫度區(qū)間內(nèi)運行(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)于低溫熱源再生的干燥劑的研究主要針對吸附量的提升，且多應用

3、在吸附制冷系統(tǒng)和常規(guī)轉(zhuǎn)輪固體除濕系統(tǒng)，鮮少有學者對新型循環(huán)運行工況下干燥劑的性能進行深入分析。同時新型循環(huán)需要將干燥劑涂敷于金屬材料表面，這也將導致干燥劑性能的變化。針對以上問題，本文首先對循環(huán)的熱力學進行研究，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用區(qū)域的優(yōu)化準則，之后對預選干燥劑的特性進行深入研究，基于構(gòu)建的最優(yōu)干燥劑準則，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用于新循環(huán)的關(guān)鍵指標參數(shù)。為了驗證優(yōu)選

4、的干燥劑，進行金屬基除濕翅片的實際性能測試研究，并最終完成除濕換熱器-水系統(tǒng)的搭建、模擬與實驗工作。本文的主要研究內(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)熱力學分析，重點考慮R410A與R32在新型空調(diào)系統(tǒng)的應用。系統(tǒng)總能耗分析給出節(jié)能要求下預選制冷劑對應的干燥劑吸附熱極值。對新系統(tǒng)在不同氣候區(qū)域及不同建筑類型的應用分析發(fā)現(xiàn)，復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量要求不高的高濕氣候。最后針對新循環(huán)，提出理想干燥劑特性。
　　(2)為了探究最適合多孔基質(zhì)的吸濕性無機鹽，對常見的16種吸濕性鹽進行初步篩選，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型和細孔硅膠復合，研究指出 LiCl改性的復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

6、合硅膠翅片的熱導率越大，并且吸濕性能越強。
　　(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LiCl的承載基質(zhì)，并從微觀特性、平衡吸附性能、吸附熱、動態(tài)吸附性能以及脫附性能幾方面對復合干燥劑進行研究。微觀測試表明復合干燥劑的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。通過改進的ASAP2020吸附儀，得到精確的水蒸氣等溫吸附線，發(fā)現(xiàn)復合干燥劑的平衡吸附量得到極大增強，同時明確了復合干燥劑完

7、整的等溫吸附機理，并基于吸附勢理論得到平衡吸附方程。吸附熱分析發(fā)現(xiàn)吸附量較低時復合干燥劑主要呈現(xiàn)化學吸附，隨著吸附量的增加，物理吸附占主導。動態(tài)吸附性能指出較之多孔基質(zhì)，復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用于新循環(huán)的關(guān)鍵指標，并最終選定SGB/LiCl復合干燥劑。
　　(4)基于復合干燥劑優(yōu)選結(jié)

8、果，制備復合硅膠金屬基除濕翅片。復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，復合翅片的脫附量也更大。雖然復合翅片有著良好的吸附和再生性能，但存在溢液風險，選擇 SAPO-34和FAPO-34類沸石分子篩進行金屬基除濕翅片的制備，對粘結(jié)劑，醇類和水混合成的水解液的成分比例、PH值等進行探索，確保類沸石材料除濕性能的最大發(fā)揮。對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、復合硅膠翅片之間。
　　(5)制備硅膠、復合硅膠和FAPO-34除濕換熱器，并對除濕換熱器-水系統(tǒng)進行仿真與實驗研究。模擬結(jié)果表明，復合硅膠換熱器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，模擬和實驗結(jié)果均顯示多數(shù)工況下類沸石除濕換熱器FAHE的除濕量優(yōu)于SGHE，但不如CSGHE，這和翅片除濕性能分析結(jié)果相符。對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。模型對除濕換熱器出口濕度