基于干燥劑除濕和蒸發(fā)制冷耦合的高效熱泵循環(huán)研究

實(shí)現(xiàn)熱泵空調(diào)循環(huán)節(jié)能運(yùn)行是緩解我國(guó)能源壓力、達(dá)到減排目標(biāo)的重要途徑。基于此出發(fā)點(diǎn)，本項(xiàng)目圍繞以除濕（蒸發(fā)/冷凝器）換熱器替代傳統(tǒng)熱泵循環(huán)蒸發(fā)/冷凝器的新型一體化除濕熱泵循環(huán)展開。在研究過程中，首先明確了一體化除濕熱泵循環(huán)的優(yōu)化構(gòu)建方法，發(fā)展了新循環(huán)的分析評(píng)價(jià)方法與理論，揭示了其節(jié)能潛力與應(yīng)用前景。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)循環(huán)區(qū)別于常規(guī)壓縮式循環(huán)的蒸發(fā)/冷凝溫度區(qū)間，對(duì)制冷劑進(jìn)行了優(yōu)選。同時(shí)，基于干燥劑降溫除濕熱力過程的傳熱傳質(zhì)模型建立干燥劑優(yōu)選準(zhǔn)則，明確復(fù)合干燥劑的優(yōu)選方案及制備方法。進(jìn)一步，對(duì)除濕換熱器的耦合傳熱傳質(zhì)性能進(jìn)行了理論與實(shí)驗(yàn)研究，提出了其傳熱傳質(zhì)弱關(guān)聯(lián)耦合特性。通過構(gòu)建完整的除濕熱泵動(dòng)態(tài)模型，理論上驗(yàn)證系統(tǒng)可行性并揭示了其熱力學(xué)特性與能耗特點(diǎn)。最后，搭建了除濕熱泵實(shí)驗(yàn)臺(tái)，并在夏冬季工況下進(jìn)行性能測(cè)試，探討系統(tǒng)控制策略并據(jù)此優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)能效與適應(yīng)性。通過上述工作的開展，在理論方面：構(gòu)建具有溫濕度弱關(guān)聯(lián)特性的新型除濕熱泵循環(huán)，同時(shí)提出了新型循環(huán)制冷劑與干燥劑的優(yōu)選原則，即理想的吸附劑在吸附-解吸平衡時(shí)有較大的單位質(zhì)量含水率差和較大的涂敷密度，另外，揭示了循環(huán)傳熱傳質(zhì)弱耦合特性。在技術(shù)方面：確定了新型循環(huán)在15-20oC蒸發(fā)溫區(qū)、40-50oC冷凝溫區(qū)下制冷劑（R32和R410A）的選取，發(fā)現(xiàn)了吸濕鹽修飾多孔物理吸附劑提升循環(huán)潛熱負(fù)荷處理能力，優(yōu)化了LiCl-介孔硅膠復(fù)合吸附劑的制備方法和涂敷工藝。建立了可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)除濕蒸發(fā)/冷凝器的雙熱源耦合傳熱傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型及系統(tǒng)動(dòng)態(tài)熱力學(xué)模型。搭建了一體式除濕熱泵循環(huán)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，在上海夏季工況下系統(tǒng)COP達(dá)到6.0以上，較傳統(tǒng)空調(diào)熱泵提升近一倍。項(xiàng)目成果發(fā)表SCI論文34篇，EI論文9篇，出版英文編著2本，申請(qǐng)我國(guó)發(fā)明專利15項(xiàng)，申報(bào)PCT國(guó)際專利2項(xiàng)。作為一種高效的空調(diào)熱泵，形成了廣泛國(guó)際影響，做國(guó)際大會(huì)報(bào)告5次。新型循環(huán)開拓了熱泵空調(diào)領(lǐng)域研究的新思路，為空調(diào)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了新方向。 2100433B

實(shí)現(xiàn)熱泵空調(diào)循環(huán)節(jié)能運(yùn)行是緩解我國(guó)能源壓力、達(dá)到減排目標(biāo)的重要途徑。本項(xiàng)目以高效節(jié)能熱泵空調(diào)循環(huán)的建立為出發(fā)點(diǎn)，通過對(duì)壓縮式熱泵空調(diào)循環(huán)、吸附/吸收除濕循環(huán)以及復(fù)合式除濕熱泵循環(huán)在熱濕負(fù)荷處理熱力過程中基礎(chǔ)問題的分析，提出采用除濕換熱器（除濕蒸發(fā)/冷凝器）替代傳統(tǒng)熱泵循環(huán)中的蒸發(fā)/冷凝器，通過高蒸發(fā)溫度下制冷劑蒸發(fā)制冷和干燥劑吸附除濕實(shí)現(xiàn)熱濕負(fù)荷的耦合處理，并采用冷凝熱為干燥劑再生提供穩(wěn)定熱源，從而構(gòu)建新型的一體式除濕熱泵熱力循環(huán)。新型循環(huán)不僅可以在高蒸發(fā)溫度下運(yùn)行，達(dá)到顯著節(jié)能，而且實(shí)現(xiàn)了等溫除濕并利用冷凝廢熱再生，由此建立的空調(diào)系統(tǒng)可以顯著減小對(duì)城市熱島效應(yīng)的影響。項(xiàng)目擬通過對(duì)新型循環(huán)熱力學(xué)機(jī)理分析、制冷劑與干燥劑匹配研究、系統(tǒng)熱動(dòng)力學(xué)仿真及實(shí)驗(yàn)分析，完成循環(huán)的優(yōu)化構(gòu)建和熱動(dòng)力學(xué)特性研究，實(shí)現(xiàn)熱泵空調(diào)循環(huán)COP顯著提升和高效節(jié)能，通過創(chuàng)新熱力循環(huán)模式的研究為空調(diào)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供新的方向。

本項(xiàng)目針對(duì)單組分吸附熱泵在高真空或高壓下運(yùn)行效率逐漸下降等缺點(diǎn)，采用混合工質(zhì)的太陽(yáng)能吸會(huì)熱泵系統(tǒng)，研究混合工質(zhì)在耦合循環(huán)中的非穩(wěn)態(tài)、變溫吸附與解吸的傳熱傳質(zhì)過程特性，獲得ＳＡＨＰ系統(tǒng)在接近大氣環(huán)境的操作條件下的熱力學(xué)循環(huán)理論和最佳混合比模型，為吸附熱泵操作的可靠性和提高系統(tǒng)效率提供理論基礎(chǔ)。對(duì)太陽(yáng)能的有效利用和環(huán)保具有重要意義。

除濕劑再生不僅影響除濕劑在吸附除濕過程中的除濕性能，而且還影響除濕系統(tǒng)的能效比。為了克服某些傳統(tǒng)除濕劑再生溫度高的缺陷，本項(xiàng)目設(shè)想將超聲技術(shù)引入除濕劑再生，由于超聲波具有許多特殊效應(yīng)，如超聲振動(dòng)的強(qiáng)大加速度及聲流效應(yīng)可直接破壞吸附在固體除濕劑表面上的水膜，降低由水膜引起的傳質(zhì)阻力，使再生速度加快；其熱效應(yīng)可降低固體除濕劑表面的活化能，為低品位熱源在再生中的利用創(chuàng)造條件。為此，本項(xiàng)目將從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)空調(diào)用固體除濕劑的超聲波再生技術(shù)進(jìn)行深入研究，內(nèi)容主要包括：超聲波作用下固體除濕劑的傳熱傳質(zhì)機(jī)理；超聲場(chǎng)和溫度場(chǎng)協(xié)同作用下固體除濕劑的再生特性；超聲頻率、強(qiáng)度等因素對(duì)固體除濕劑再生效果的影響；固體除濕劑的超聲再生技術(shù)在實(shí)際工程應(yīng)用可能存在的問題等。為超聲技術(shù)在固體除濕劑再生中應(yīng)用提供理論依據(jù)，也為空調(diào)用除濕劑再生開辟一條新路。 2100433B