新型高效热驱动溶液除湿空调原理及应用

新型高效热驱动溶液除湿空调原理及应用绿色建筑博客+Q/M b,o:w!Bok

清华大学 谢晓云 江亿 刘拴强 刘晓华 陈晓阳

摘 要：新型高效的热驱动溶液除湿机组^[1]利用低品位的热能驱动空调，可有效缓解能源问题，节省空调耗电。本文总结了应用于不同类型建筑，不同冷热源条件下的多种热驱动溶液新风机组流程，以两个示范工程为例给出机组的实测性能：实测溶液除湿系统的综合COP为1.5，远高于国内外同类产品。最后阐述这种高效溶液空调的推广意义和应用前景。

关键词：溶液除湿空调 热驱动

0引言绿色建筑博客hx/p${;V]}

随着人们对室内环境的舒适、健康要求日益提高，能源问题的日益严重，对空调节能的要求日益迫切，使得传统空调在各方面面临挑战。而基于溶液除湿的温度湿度独立控制空调系统^[1]被认为是一个有效的解决途径。怎样实现高效的溶液除湿方式成为问题的关键。绿色建筑博客9ZF;M$Z$oQ;WQ

溶液除湿的空气处理方式在国外早在30年代就已出现，70年代我国也在三线地下建筑工程中大量使用，有效地解决了地下建筑除湿问题^[2]。然而国内外已有系统都存在如下问题：能源利用率一般在0.3~0.5，低于单效吸收机；系统复杂，体积大，占用大量空间；无法同时解决排风的能量回收问题；以直接燃烧燃料的方式对稀溶液加热，实现再生，而不能用低温（60~90ºC）热水驱动。绿色建筑博客:OC|#Y0_.BSb

目前国内的青岛益青药用胶囊有限公司和浙江大之医药胶囊有限公司均将LiCl液体除湿空调系统应用于空气除湿和净化系统中，采用蒸汽再生，能源利用效率低于0.6。美国能源部支持的一家公司Ail Research^[3]正在研发氯化锂溶液除湿机，利用85^oC热水作动力，希望达到的性能为COP=0.6。以色列一家公司目前是世界上唯一一家已有正式溶液除湿产品的公司，性能指标劣于上述目标。而采用同温度热水驱动的常规单效吸收式制冷机的能源利用效率为0.6~0.7，可见前述溶液除湿空调系统能源效率均低于常规的吸收式空调系统，使其出现后一直未能得到推广应用。绿色建筑博客h \f1l.q9J2?

而通过江亿等^[1]自1998年开始的溶液除湿方面的研究，现已成功研制出新型高效的溶液除湿机组，利用此新型高效的溶液机组，可以实现夏季对新风降温除湿、冬季对新风加热加湿等各种空气处理过程，过渡季也可根据室外的状态不同而充分利用新风的能量。此研究成果已在多个实际工程中进行了成功示范^[4~6]。研制成功的溶液除湿机组按驱动源可分为电驱动和热驱动两种方式。对于热驱动的溶液除湿机组，在北京热力集团完成了世界上第一个温湿度独立控制空调系统的工程实践^[4]，溶液除湿系统利用城市热网热水（70~75℃）驱动，实测溶液再生器的COP为0.82，除湿空调系统总的COP为1.5。另外在清华大学超低能耗示范建筑实现了世界上第一个能源梯级利用的BCHP系统。利用发电后的烟气、缸套水的废热产生60~75℃热水驱动溶液除湿系统的再生器，产生的浓溶液送入溶液新风机组处理出足够干燥的新风送入室内带走湿负荷。在溶液循环系统中设置溶液罐，通过高效蓄能解决了BCHP系统电、热负荷匹配的问题。实测溶液再生器的COP为0.81。

本文主要介绍前述新型高效的热驱动溶液除湿机组的多种流程，以两个示范工程为例介绍机组的实际性能，最后阐述热驱动溶液除湿机组的应用前景。

1热驱动溶液除湿机组的流程及其工作原理

1.1热驱动溶液除湿空调系统

       溶液除湿是利用空气和易吸湿的盐溶液接触，使空气中的水蒸气吸附于盐溶液中而实现的空气除湿过程。溶液对空气除湿后自身会变稀，需要再生，根据再生驱动源的不同，可将溶液除湿系统分为两类：电驱动方式和热驱动方式。本文主要讨论热驱动方式的系统，即利用城市热网热水（70~90℃）、BCHP（建筑热电冷联供）系统废热、太阳能等低品位热能驱动溶液再生的系统。

       对于上述三种热源，首先城市热网热水驱动的溶液除湿系统，对于热水供应侧，希望有比较稳定的用户需求，而室内负荷却在较大范围内变化，这就使得热源供应与室内负荷变化不匹配。其次以BCHP废热为驱动源的系统，由于热、电、冷负荷的变化并不同步，比如电负荷出现高峰的时候并无相应的冷负荷或热负荷，或者电力出现低谷而热负荷或冷负荷出现高峰，均使得热源供热量与溶液除湿的需求不匹配。最后太阳能驱动的溶液除湿系统，热水获得的热量随太阳辐射强度而变化，与室内负荷的变化也构成不匹配。利用能量蓄存装置是解决上述热源与用户需求不匹配的有效措施，而利用溶液蓄能也恰为一种高效蓄能方式。所以一般在热驱动溶液除湿系统中分别设置溶液新风机组、溶液再生器和溶液罐，采用溶液统一再生的方式，由一台再生器为多台新风机组提供浓溶液，溶液除湿空调系统原理图（以BCHP废热驱动的系统为例）如图1所示。首先通过溶液泵将浓溶液罐的溶液输送到新风机组，产生足够干燥的新风，溶液本身变稀后流回稀溶液罐，稀溶液被送入再生器，经废热驱动再生后的溶液流回浓溶液罐，由此完成溶液的循环。再生器和溶液新风机组可以独立运行：当系统中存在多余的热量时，利用再生器制得浓溶液，送入溶液罐储存起来；当系统湿负荷变大，而热源可提供的热量较少时，即可利用蓄存的浓溶液实现除湿过程，从而利用溶液蓄能使热源供应和用户负荷匹配起来。绿色建筑博客@\Ng:t#q ? y
G/^

绿色建筑博客u6t*Z#Nuw

图1 溶液除湿空调系统原理图（BCHP废热驱动）绿色建筑博客o,])Y fYt