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恒温恒湿系统节能研究现状
2014-10-22    来源:正航仪器    作者:正航网络  阅读:

 

 

 

一、空调系统热回收方法

传统的空调系统中,压缩机的冷凝热和系统排风一般直接排放到空气当中。不仅不利于环境也造成了能量的浪费。国外很多研究人员对采用冷凝热回收系统的控制方式进行了理论研究和探讨,并且提出了一种串联式冷凝热回收系统。

国内西安交通大学的曹锋,王凯等人在恒温恒湿系统中利用冷凝废热做了相关研究。结果表明,对比电加热方式的恒温恒湿空调系统,使用冷凝热对空气进行再热的方式可以降低恒温恒湿空调系统30%的能耗,效果比较理想。其中温度的控制精度为月0C,相对湿度的控制精度为士8%,相比传统的电加热系统,控制精度略有降低。

而对空调系统中回风能量的回收主要是采用烩轮或者换热盘管的回收方式,吸计的空调系统在采用23.1%的新风比时,使用热回收空调系统的COP比传统无显热回收系统提高,建立了一个采用全热回收的独立新风除湿系统。在模拟工况下,该系统拥有更高的除湿能力,系统的COP高达6.8,是传统直接机械除湿的3.5倍。等研究发现新风和排风温差越大,显热回收后新风回风温度变化值越大,即室内外温差越大,回收的能量越多。

二、干燥剂除湿方法

除湿是空气调节的主要任务之一,早在20世纪60年代,研究人员就开始对除湿空调进行了研究,搭建试验样机,进行性能测试,并取得了大量的成果。一般空调系统中常用的除湿方法有两种:即露点除湿和使用干燥剂(固体或液体)吸湿除湿。相比露点除湿方式,干燥剂除湿有可以利用低品位能源的优势。

空气调节中常用的液体除湿剂有嗅化铿C Liar)溶液、氯化铿(LiCI)溶液、氯化钙(CaCl2)溶液、乙二醇溶液、三甘醇溶液等等Ertas AAnderson E等对混合溶液做了相关研究,试图在除湿性能和经济性能上取得最佳平衡点。在凡种常见的卤盐除湿溶液中LiCI的价格最贵,LiB:次之,CaC12最便宜,而LiCI的除湿性能最好,CaCI:除湿效果不够理想。把传统的空气处理系统中的除湿模块用液体除湿装置替代,可以提高传统空调的湿度控制范围,还可以产生明显的节能效果。Y.K.Yadav等人发现在传统的蒸气压缩空调系统中,使用液体除湿剂比使用机械露点除湿方式节能35%C.S.Khalid Ahmed等对使用LiB:除湿装置的复合空气处理系统进行模拟时发现,COP相较传统的蒸气压缩式空调提高了50%>K.Zhao等对溶液除湿型热湿独立控制空调系统做了全年运行研究。系统实际运行结果表明,采用溶液除湿的系统COP4.0,和常规的空调系统相比,采用溶液除湿的空调系统节能率达到34.1%0W.F.Zhu等也研究了采用溶液除湿的热湿独立控制空调系统,结果表明,室内设计参数能够很好的符合设计要求;新风处理模块COP6.24;高温冷水机组的COP 4.38,系统平均COP5.28

干燥剂除湿的另外一种方式就是采用固体干燥剂除湿。目前对于固体干燥剂的材料研究非常多。低成本、吸附性能、耐用性决定了采用固体干燥剂除湿系统的经济性和可行性。常用的固体干燥剂有:活性炭、氯化铿、氯化钙、活性氧化铝·沸石、硅胶等澳大利亚的Li ChenGraharmR.Thorpe等人均各转轮除湿和通风相结合用于粮食储存,并且在澳大利亚的新南威尔士和昆士兰进行试验,结果表明这种装置在降低粮食储存所消耗的能量非常有效,每吨油菜籽的冷却能耗仅为0.14kW oE.Van den Bulk等人对除湿转轮进行热力学第二定律分析,探讨了提高除湿过程可逆性和如何改变系统的除湿性能。

上海交通大学的王如竹,代彦军等人对混合式固体转轮除湿/蒸气压缩空调系统进行了研究,与常规的蒸气压缩式空调系统相比,混合除湿空调的电能节约37.5%,系统COP提高了约40%,由于采用了热湿独立处理,可以同时发挥干燥剂除湿传质效率高,传统空调换热器换热效果好的优势。

 

 

恒温恒湿系统节能

 

 

三、运行参数优化方法

针对暖通空调领域的模拟主要集中在对空调的系统能耗、控制特性以及室内空气的流动特性计算,其中以商业软件进行模拟居多。用于系统能耗模拟和控制特性的软件有BLAST.HVACSIM+TRNSYS等,该类软件是以整个系统中各部件为单元,建立起各部件的动量方程、能量方程及质量方程进行计算。目前TRNSYS在暖通空调系统中应用的比较广泛。T.Mateus使用TRNSYS对一商业建筑的空调系统进行建模,该空调系统采用的是太阳能吸收式制冷方式。文章分析了系统全年运行的能耗,并且就如何降低系统能耗和二氧化碳的排放量上进行了研究。

Hobbi.AK.Siddiqui等人建立起一个家用太阳能热水器的TRNSYS模型,

利用模型对太阳能热水器的设计参数进行研究。具体包括集热器面积,流体类型,集热器中水的质量流量,水箱的体积和高度,换热效果、吸热板的材料、厚度和数量等等。结果表明,设计的热水器在夏季和冬季分别可以提供83%}-'97%30%^'62%热水需求,同时降低54%的电能消耗。T.Magraner等使用TRNSYS对一个地源热泵空调系统进行建模,计算系统能耗以及运行工况特性。在建模过程中采用了人工神经网络和多目标优化遗传算法,但是模拟结果和实验值的偏差达到了15^20%,作者经过理论分析后,得出影响模拟结果的主要是地源热泵的COP,在修正热泵模型的相关初始输入参数之后,偏差值缩小到5%0Cabrol.LRowley.PTRNSYS中建立起一个应用于商业建筑的空气源热泵地板辐射供暖系统模型。模拟结果显示,系统不仅仅可以保证室内的舒适度要求,而且运行成本和二氧化碳排放量也低于燃气锅炉供暖系统。

Rasouli.MSimonson.CJ研究了通风空调的能量回收系统,使用TRNSYS对四幢办公大楼的空调采暖系统进行模拟,这四幢楼分别位于美国四个具有典型气候特征的城市中。结果表明,对热量进行的回收的空调系统明显更加节能,最高可以达到40%的节能效果。Lin.Z等人建立了利用太阳能的干燥剂除湿系统和普通的干燥剂除湿系统的TRNSYS模型,发现比起一般的办公室置换通风系统,文中建立起来的两种模型分别可以节能40%20%,而对于教室和零售商店,则分别可以节能37%25%0青晓日彭叨在其硕士学位论文中以TRNSYS软件为平台,建立了某建筑的地源热泵系统模型,对建筑物的冷、热负荷和室内环境进行模拟研究,通过对其负荷特点的分析,得出地源热泵系统冷、热源的设计原则。胡玮和陈立定以广州某大厦水冷型中央空调系统为基础,用TRNSYS建立了多区域建筑及其中央空调系统仿真模型,在此基础上分析加控制和不加控制运行两种情况下中央空调能耗情况。通过模拟结果对比发现,中央空调具有很大的节能空间。

张伟在其学位论文中利用TRNSYS对建筑的能耗进行模拟计算。并且比较了不同的窗户,不同的朝向,不同的墙窗面积比例下,系统的能耗改变情况,验证了室外光照对建筑能耗的影响。本文中模拟使用的也是TRNSYS软件,在第四章会有较为详细的介绍。暖通空调另一部分模拟计算主要是对室内空气流动模拟和空调系统设备的传热传值问题的研究,一般是使用CFD工具来进行的。1974年丹麦的P.V.Nielsen首次将CFD应用于室内通风空调领域,而后CFD在暖通空调中的应用越来越广泛,1990JonesWaters发表了大量关于机场候机厅、洁净空调室、办公室等其他室内环境的CFD模拟的文章。国内大概是在20世纪80年代开展了相关研究工作,清华大学李先庭开发了应用于建筑环境与设备流动与传热问题分析的模拟计算软件STACH-3[5253]可以对高大空间、固定的洁净空调室的气流组织和空调负荷进行计算,还可以计算室内空气的空气龄、换气效率、送风可及性、热舒适性等等。

四、低品位热源利用方法

目前暖通空调中使用低品位热源主要是利用系统余热、太阳能和地热,利用的途径主要通过热回收装置、地源热泵、太阳能结合干燥除湿方式来实现。Henning HMenbeck T等人用一种带有蓄热装置以及辅助太阳能再生吸附除湿冷却系统,研究结果表明,在室外温度为31℃的情况下,该系统可以为房间提供19℃的冷空气,系统的太阳能利用率可达76%o

Lu SMYan WJ等人采用硅胶作为干燥剂,设计了一套采用太阳能的辐射制冷系统。研究结果表明,太阳辐射强度和被处理的空气的相对湿度是影响系统性能的最主要参数,相同的除湿工况下,如果夜间太阳能系统不给除湿装置提供能量,机械压缩式空调系统的能耗约为太阳能干燥剂除湿强化辐射制冷系统的9-25倍。该系统控制区域一共有两个房间,分别为6.7 mZ4.5 mZ,如果按照当地电价计算,该系统比传统的机械压缩式空调系统相比,每年可节约运行电费850美元。

目前针对地源热泵的研究非常多,上海交通大学的余鑫等人在一个需要给室内提供恒温恒湿环境的建筑物内,设计了一套采用地源热泵与另一台热泵机组制冷相结合的模式来达到设计要求。实验结果表明:在达到设计参数的条件下,供热模式的热泵机组在典型工况下的平均COP达到5.2;恒温恒湿空调的采用,使得地源热泵与土壤之间的换热量减少20%;室内平均温湿度分别为22.8℃和47.5%http://www.zhenghangsy.net

 

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