新型固体除湿床材料特性及除湿再生性能研究

【摘要】空调季节下潜冷(湿)负荷占通风空调系统总负荷20%-45%,非空调季节下潜冷(湿)负荷占系统总负荷近70%,因此降低空调系统在除湿过程的电能消耗、增加如太阳能等可再生能源在此过程的利用对降低空调能耗具有重要意义。传统的利用太阳能再生方式,都是利用集热器进行集热后再将热量转换成除湿材料再生所需的能量,存在二次转换而降低太阳热的利用率。本文设计了一种利用太阳能直接再生的固体除湿床,通过实验测试,确定了除湿材料的容重、孔隙率、导热系数等基本性能参数,建立了其等效导热系数分形模型,并对除湿床的除湿性能及再生性能进行了实验研究,获得了除湿床的除湿再生性能参数,为其工程应用提供了基本实验依据。根据实验测试得到除湿材料的基本性能参数如下：容重1.034g/cm3；孔隙率为35.12%-41.36%；含湿量为0-75%状态下除湿材料的导热系数为0.21-0.66W/(m·K)。利用分形理论建立了多孔除湿材料的等效导热系数分形模型,并通过研究发现弯曲孔道模型比平行孔道模型更接近其实际孔隙结构,获得了不同孔道模型的等效导热系数,对其等效导热系数的分形模型进行了实验修正,修正后其理论计算值与实验测试值相对误差小于2.7%。通过实验测试,获得了除湿床的除湿性能,其测试结果如下：(1)除湿速率：处理空气量为594.27kg/h时,单位体积平均除湿速率为44.928kg/(h·m3)；处理空气量为620.75kg/h时,单位体积平均除湿速率为41.037kg/(h·m3)。(2)单位体积最大除湿量Mc：与入口空气的干球温度t1、相对湿度(?)的多元线性回归关系式为Mc=3.1(?)-0.84t1,其判定系数为0.979。(3)单位体积最大放热量Q：与入口空气的干球温度tl、相对湿度(?)的多元线性回归关系式为Q=136.15(?)-177.24t1,其判定系数为0.933。除湿床的再生性能测试结果如下：(1)再生温度：太阳辐射强度为600W/m2,800W/m2,1000W/m2时,纯辐射工况下的再生温度分别为36.2℃,38.4℃,39.7℃,再生温度tc与太阳辐射强度I、周围环境空气温度t2的多元线性回归公式为tc=0.025I+0.934t2,判定系数R2=0.997；干空气对流和辐射混合再生工况下的再生温度分别为22.6℃,23.2℃,23.3℃,再生温度th与引入再生空气温度t3的关系式为th=0.973t3+0.285,判定系数R2=1；纯辐射再生的再生温度比混合再生的再生温度分别高32.1%,32.9%,40.2%。(2)再生速率和再生时间：太阳辐射强度为1000W/m2,800W/m2,600W/m2时,纯辐射再生工况下的再生平均速率分别为0.083kg/h,0.062kg/h,0.037kg/h,再生时间为8h；混合再生的再生平均速率分别为0.119kg/h,0.098kg/h,0.091kg/h,有效再生时间为3h。(3)再生效率：太阳辐射强度为600W/m2,800W/m2,1000W/m2时,纯辐射再生工况下的再生效率分别为17.5%,26.5%,37.7%,再生效率η与太阳辐射强度I之间存在线性关系式为ηc。=10.1I+7.033,判定系数R2=0.996;混合再生的再生效率分别为40.0%,57.3%,62.2%,再生效率ηh与太阳辐射强度I、引入再生空气的温度t3和含湿量d之间存在多元线性关系,其关系式为：ηh=0.0861I-3.12t3+9.6278d,判定系数为R2=1。通过分析实验测试结果可以得出以下几点结论：(1)多孔除湿材料的等效导热系数分形模型中弯曲孔道模型比平行孔道模型更接近其实际孔隙结构,其模型为(2)相同入口工况下,流速为1.87m/s对应的除湿速率比流速为1.96m/s的除湿速率大,建议除湿床除湿时采用较小的入口空气流速(如1.87m/s)进行除湿；(3)入口空气的相对湿度越大,干球温度越低时,除湿床的单位体积最大除湿量和最大放热量越大；(4)混合再生的再生时间比纯辐射再生的再生时间少5小时,并且再生效率更大,除湿床的再生建议采用干空气对流和辐射的混合再生方式。
【作者】石海娟；
【导师】杨晚生；赵旭东；
【作者基本信息】广东工业大学，市政工程，2014，硕士
【关键词】太阳能；固体除湿床；材料；除湿；再生；

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