干燥冷卻空調系統的研究進展與應用

黎　嬌，楊正德

（湖南人文科技學院 能源與機電工程學院，湖南 婁底　417000）

干燥冷卻空調系統的研究進展與應用

黎嬌，楊正德

（湖南人文科技學院 能源與機電工程學院，湖南 婁底417000）

干燥冷卻空調由低品位熱源驅動，干燥轉輪處理潛熱負荷，蒸發冷卻器處理顯熱負荷，實現溫濕度獨立控制。與傳統空調相比，低品位熱源與除濕轉輪相結合的新型空調系統在人體舒適度、能源節約、保護環境等方面都具有優勢。文章介紹了除濕轉輪的工作機理，干燥冷卻空調系統形式，太陽能及其他低品位熱源在干燥冷卻空調系統中的發展與應用情況。

干燥冷卻系統；除濕轉輪；太陽能；低品位能源

隨著社會的不斷發展，能源問題日趨嚴峻，我國正積極推行節能減排政策。建筑能耗中，大約1/3的一次能源被空調系統所消耗，尋求節能環保的新型空調技術已迫在眉睫。將低品位熱源（太陽能、地熱能、工業余熱等）與除濕轉輪相結合的新型空調系統正滿足了這一要求。干燥冷卻系統是熱驅動的冷卻機組，它介于傳統的蒸汽壓縮和吸收冷卻系統之間。主要部件有除濕轉輪、顯熱交換器、再熱裝置和蒸發冷卻器。其中除濕轉輪處理潛熱負荷，蒸發冷卻器處理顯熱負荷。目前一系列關于干燥冷卻系統的設計、開發和分析研究正在進行中。

1　干燥冷卻空調系統的研究進展

（1）除濕轉輪工作機理。除濕轉輪是干燥冷卻空調系統的核心部件，分為除濕區和再生區。處理空氣首先送入除濕區，空氣中的水分被干燥劑吸附，同時釋放大量吸附熱，空氣溫度升高，濕度降低。同時，再生空氣經加熱器加熱到指定溫度，逆向流進再生區，帶走干燥劑中的水分，使干燥劑脫附，恢復再生能力。電機帶動轉輪旋轉，如此反復循環便可達到連續除濕的目的。除濕轉輪再生的能量消耗是轉輪除濕空調系統的主要能耗之一，為了使除濕空調系統更節能、更具有優越性，許多學者致力于降低再生能耗的研究。

（2）干燥冷卻空調系統。1955年，Pennington取得了第一個與轉輪式除濕空調系統相關的專利。該系統采用直流式送風，處理空氣完全來自室外。空氣處理過程：外界空氣經風管進入干燥轉輪的處理區，空氣中的水分被吸附劑吸附，濕度降低，溫度升高。在風機作用下，高溫低濕空氣進入轉輪換熱器，與來流冷空氣進行顯熱交換，溫度降低。然后進入直接蒸發冷卻器，將處理空氣處理至送風狀態，送入室內。再生過程：來自室內的回風先進入直接蒸發冷卻器，再送入顯熱換熱器，與處理空氣進行顯熱交換，吸收處理空氣的顯熱后溫度升高，再經熱源加熱至再生溫度后，進入干燥轉輪的再生區域對吸附劑進行再生。

2　干燥冷卻空調系統的應用

20世紀80年代以來，許多有關太陽能空調技術研究開來，特別是在美國和歐洲。實際應用中，為減少再生能耗，將低品位能源（太陽能、地熱能等）作為了干燥轉輪的再生熱源，低品位能源利用成為除濕轉輪空調系統的研究方向之一。

（1）干燥冷卻空調系統與太陽能。太陽能取之不盡、用之不竭、安全環保。就太陽能的使用而言，其特點與空調負荷的特點十分匹配，夏季空調負荷高峰期，正是太陽能最豐富的時候。而轉輪除濕空調具備對熱源要求低的特點，將兩者結合起來自然成為國內外研究的焦點。

第一個干燥冷卻循環是在瑞士建成的。在歐洲，太陽能輔助空調系統就有70多個，而德國和西班牙的太陽能空調系統數量最多。Mavroudaki等人討論了在南歐太陽能再生的單級轉輪干燥冷卻技術的應用，選擇了歐洲七個典型城市進行分析。結果表明，幾個城市的能源節約達到該地區的25.1%～46.5%，尤其是挪威奧斯陸的能源節約可達93%。Khalidh等人分析了太陽能輔助干燥冷卻系統在巴格達的兩層住宅使用情況。結果表明，室外溫度，再生溫度，熱交換器效率和蒸發冷卻器的效率對太陽能輔助干燥冷卻系統性能影響較大。

國內，張于峰等人提出以太陽能為再生能源的復合式空調系統，結果表明，使用太陽能再生時，系統節能分別為61.86%和71.16%。該系統節能效果顯著。代彥軍等人提出由轉輪除濕和太陽能吸附式制冷組成的系統，在標準工況下，復合系統的性能系數大于0.4，系統出口溫度低于20℃。

（2）干燥冷卻系統與其他低品位能源。太陽能受天氣條件限制，太陽能熱水不能完全滿足除濕轉輪再生要求，添加輔助加熱器進行再熱是常用手段之一。為此，有人研究采用其他低品位能源進行轉輪干燥劑再生。Valentin等人提出利用地源熱泵與太陽能相結合設計的系統，可實現可再生能源與居民熱需求兩者的能源整合。L.Z.Zhang等人提出與冷卻頂板相結合的干燥冷卻系統，通過分析結果顯示，該系統可節省40%的一次能源，系統運行再生溫度均低于80℃的。

國內，逯紅梅等人提出了燃氣熱泵結合除濕轉輪的系統，通過燃氣發動機驅動壓縮機，完成熱泵循環，實現制冷和供熱。左志遠等提出將一次能源的發電技術與低品位熱能驅動技術集成起來。利用工業余熱、廢氣等低品位能源來實現夏天供冷和冬天供熱。

3　結語

轉輪除濕技術可滿足人體舒適性要求，利用低品位能源來實現循環。低品位能源與除濕轉輪相結合的空調系統，既節約能源，又可避免氟利昂污染大氣環境，還具有較好的經濟效益。在利用低品位能源方面，研究仍在繼續。

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Research Progress and Application of Desiccant Cooling Air Conditioning Systems

LI Jiao，YANG Zheng-de
（School of Energy and Electromechanical Engineering，Hunan Humanities Science and Technology University，Loudi，Hunan 417000，China）

Desiccant cooling driven by low grade thermal energy is an environmental friendly technology.It can control humidity and temperature separately using desiccant wheel processes latent load and evaporative cooling processes sensible heat load.Compared with traditional air conditioning system，rotary desiccant wheel-based air conditioning system derived by the low grade energy has advantages in human comfort，energy conservation and environment protection.This paper introduces the principle of dehumidification wheel，desiccant cooling air conditioning system configurations，the utilization and development of solar energy and other low grade thermal energy in desiccant cooling air conditioning systems.

desiccant cooling systems；dehumidification wheel；solar energy；low-grade thermal energy

TU831.5

A

2095-980X（2016）07-0065-02

2016-06-17

湖南人文科技學院科學研究資助項目（項目編號：2015QN 04）。

黎嬌（1986-），女，湖南新化人，碩士，助教，主要從事建筑節能及新能源方面的教學與科研工作。