应用热工程外文翻译资料

英语原文共 13 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

应用热工程

摘要：与同时管理建筑负荷相比，分离处理建筑负荷的敏感部分和潜在部分是一种节能的方法。本文介绍了一种节能空调系统的详细实验分析，该系统使用固体干燥剂与吸收系统相结合，用于独立的建筑热负荷处理。实验系统采用以硅胶为基础的固体干燥剂处理潜热负荷，采用燃气风冷NH3-H2O吸收式制冷机处理空间的显热负荷。在干燥剂冷却系统的工艺侧安装有冷冻水冷盘管换热器，与吸收式制冷机集成在一起。综合吸收-固体干燥剂系统与带有直接蒸发冷却器的独立传统干燥剂空调系统进行了性能比较，并将其作为基准系统，在包括空气温度、空气湿度和再生温度在内的广泛操作条件下进行了比较。从送风温度、制冷量、性能系数等方面进行了对比分析。实验结果表明，集成系统的送风温度为15.2◦C，而传统干燥剂系统的送风温度为24.6◦C。此外，集成系统的COPth也比同类产品高出50-55%，几乎可以与双效吸收式制冷机媲美。结果表明，采用独立负荷管理方法的集成系统对暖通空调应用更有效。

关键词：集成系统、固体干燥剂、除湿、热负荷、吸收系统。

1. 介绍

全球能源消耗正以指数级的速度增长，预计从2010年到2035年，[1]将增长35%。几乎高达50%的建筑能源和20%的总能源用于空调应用[2]。由于在人口的快速增长和城市化的情况下，特别是在发展中国家，对热舒适的需求不断上升，对空调的需求在过去的几十年里增加了大量的[3]。传统的空调系统，特别是蒸汽压缩装置有几个缺点，包括高用电量和温室气体排放[4]。在这方面，发展一个可持续的冷却系统是未来空调应用的必要条件。

多年来，许多研究集中在组件和系统级别的能源效率策略的发展和调查。备用空调已显示出一些令人满意的结果，但大多数备用空调系统的设计和商业化周期仍在进行中。虽然现有的商业化技术，如干燥剂和吸收冷却方法，提供了一些创新的集成，以达到预期的结果，但最近的一些研究也显示了集成可再生能源对提高这些系统的性能系数(COP)的良好影响。例如，对吸收系统[5]的研究表明，使用可变转速泵代替固定转速泵的太阳环提高了11%的太阳分数。本文还指出，与传统的制冷系统相比，采用闭式吸附方法对建筑物进行制冷可节省相当多的能源。在COP方面，双级吸收系统显示，COPth从1.1[7]增加到1.4[7]。在另一项研究中，采用2.5 COP的常规蒸汽压缩泵(作为参考系统)作为基准系统。三种不同气候条件下的热泵太阳能热集成，采用1.8 m3容积的储罐和50 m2面积的太阳能集热器[8]，节能80%。设计用于40 m2房间的太阳能基水-溴化锂吸收系统的实验研究结果表明，COPth为0.6[9]，可满足高达65%的要求。值得一提的是，传统的蒸汽压缩系统使用冷冻空气对空调进行再加湿，以控制潜在负荷。这无意中加重了循环的负担，因为热舒适的要求有时需要空气再热(通常在AHU系统中)，以使空气温度和湿度达到所需的水平。因此，冷热交替导致了大量的能源消耗[10,11]。

同时处理显隐性负荷时，常规和商用独立系统的热性能受到严重影响。基于干燥剂的系统可以实现单独的负载处理，直接/间接蒸发冷却，除基于干燥剂的化学水去除外，还可以进行显式冷却。然而，空气冷却能力是主要的限制，需要大面积的热交换和/或蒸发才能达到预期的效果。另一方面，蒸汽压缩系统以及基于吸收的冷却方法方便地实现了显式冷却。这为干燥剂和吸收系统的杂交提供了机会，这种系统能够单独处理敏感和潜在负荷。在最近的一项调查[12]中，观察到混合系统实现了分别10.94 kW峰值和4.44 kW峰值的显隐性负载的单独管理。混合系统的COPth(1.52)也大于独立系统的COPth(0.55)。

在潮湿的气候中，经历巨大的潜在负荷，需要消耗大量的能量来保持湿度在所需的范围内。因此，混合干燥剂和常规系统可以有助于有效地处理这两种类型的负荷。这种混合系统，特别是与蒸汽压缩系统相结合的混合系统，已有文献报道。例如，一个具有1.8 kW制冷量的混合系统的实验研究表明，在炎热和潮湿的气候下，只有[13]的可行性。据观察，在环境温度为30、34、38和41◦C的情况下，房间送风温度仍然低于16◦C。在另一项研究[14]中，基于地面耦合干燥剂的除湿系统用于广泛的再生温度范围。结果表明，随着再生温度的升高，系统的热性能将受到严重影响。送风温度在21 - 23◦C，比湿度为0.008 kg/kg。本文还利用直接蒸发冷却器研究了蒸发冷却对冷却系统性能的影响。在一项研究[15]中，基于直接蒸发冷却器的放置，研究了三种不同的冷却系统配置。结论是，与其他配置相比，具有额外蒸发冷却器的配置具有最大的COPth(0.44-0.72)，节能效率提高了54%。一项带有吸附技术的混合太阳能辅助系统的数值研究显示，COPth大于0.4，出口温度小于20◦C[16]。在另一种集成类型中，与干燥剂系统集成的蒸汽压缩系统能够节省37.5%的电力，同时保持再生温度为80◦C，送风温度为30◦C，相对湿度为55%[17]。Fong等人，[18]在香港亚热带气候的低层建筑中使用太阳能辅助干燥剂制冷和供热系统，并结合吸收式制冷机。该系统可节约17.7% ~ 18%的一次能源。结合地热系统的干燥剂系统在湿热气候条件下具有良好的干燥剂性能。与传统蒸汽压缩系统、独立地源热泵系统和独立吸收式系统相比，混合系统一次能源节约率分别为68%、43.8%和53.3%。Jani等人[20]利用TRNSYS对两种不同配置(即通风和再循环配置)的干燥剂系统进行了基于模拟的研究。在30 kW的冷负荷下设计的系统结果表明，循环模式下的COPth比通风模式下的COPth高出40%。利用复合CaCl2/黄麻对复合干燥剂系统进行了实验研究，结果表明，采用真空管太阳能再生[21]，预冷空气可使除湿率提高54.1%，平均COPth为0.46。在另一项与混合干燥剂蒸汽压缩系统有关的实验研究中，发现该系统可以节省25 - 28%的能源，导致二氧化碳排放量减少35 - 40%[22]。此外，在埃及湿热气候条件下，混合系统配置比常规系统的COPth效率高12.4%。另一种混合结构是将传统的蒸汽压缩系统与活性氧化铝多层薄层床集成在一起，[23]层分为单层、双层和三层。研究还发现，当直接蒸发冷却器与干燥剂材料集成时，系统的冷却能力提高了，但需要较高的再生温度来运行系统。[24]。混合吸收-压缩系统与液体干燥剂系统实现了34.97%的一次节能，并将再生温度从100◦C降低到60◦C[25]。实验研究表明，采用地面耦合钻孔式换热器的干燥剂系统比传统系统[26]节电70%左右。从实验研究[27]得出结论，集成了干燥剂系统与蒸汽压缩混合系统在炎热和潮湿的气候下表现更好。该系统对室外条件极为敏感，与进口空气相比，它能够降低工艺空气的湿度比61.7%。通过对传统空调系统与带有间接蒸发冷却器的混合干燥剂系统(Maisotsenko Cycle)的比较，表明混合系统比传统系统[28]的效率高60-65%。其他一些研究也评估了使用不同杂交技术和配置的混合干燥剂系统的性能[29-32]。在最近的一项研究中，建立了一个由蒸汽压缩、液体干燥剂和吸收式制冷机组成的热电联产混合HVAC系统。这种混合暖通空调系统被用于满足中国北京一栋20000平方米建筑的热需求。这项研究表明，二氧化碳排放量减少了40%，两年的时间足以收回额外的初始成本[33]。另一种基于干燥剂HVAC系统和天然气微热电联产(MCHP)的热电联产系统在实验室进行了实验评价。结果表明:一次能源节约30%左右，CO2排放[34]减少40%左右。在最近的另一项研究中，研究人员分析了一种集成了蒸汽压缩系统的混合太阳能干燥剂系统，并得出结论，与传统的基于蒸汽压缩的空调系统相比，混合系统是一种很有前途的选择。此外，从能耗和维持所需的室内条件来看，混合系统在瞬态湿热气候条件下性能良好[35]。

基于上述文献综述，我们观察到，在不同的气候条件下，不同的综合冷热系统，传统技术和创新技术的不同组合，已经被评价。然而，区分吸收式制冷机和电制冷机或任何其他技术是非常主观的。实际上，电制冷机在COP方面总是优于吸收式制冷机。换句话说，比较这些基于cop的系统是不完全合理的，因为机械能比热能更昂贵。因此，有时第二定律(或行使效率)被用来比较不同的制冷系统。我们注意到，吸收系统的第二定律效率与压缩系统的第二定律效率相同。此外，在许多情况下，电冷冻机会进行除湿，使空气温度低于露点，以达到潜在负荷，然后需要重新加热，这并不是一种节能策略。此外，吸收系统的部分负载性能较好，在部分负载时绝热热效率不会像机械制冷系统[36]那样下降。它发现，许多研究都使用了杂交的想法，有和没有可再生能源整合(主要是太阳能的热量)。而基于仿真的集成系统的研究也很少有报道。然而，值得一提的是，过去很少研究使用混合配置进行单独负载处理的影响。只进行了有限的实验工作，通过集成吸收和固体干燥剂冷却系统的单独负载处理的想法。因此，本研究从系统层面而非组件层面进行了详细的实验对比分析。通过建立两个实验装置来实现:(1)传统干燥剂空调系统(DAC)作为基准系统进行比较;(2)集成吸收-干燥剂系统(IADS)，包括硅胶固体干燥剂系统和燃气风冷NH3-H2O吸收式制冷机。实验在多种操作条件下进行，如进风口温度、进风口湿度比、再生温度等。首先，对传统的干燥剂蒸发冷却系统进行了实验。然后，在相似的操作条件下对集成吸附-干燥剂系统进行实验分析。最后，对两种系统进行了详细的比较分析，以确定分开负荷处理的可行性。在不同负载处理策略下，对混合系统的性能进行了评估，并给出了结果。通过对比分析得出，将固体干燥剂与吸收式制冷机相结合，使得单效吸收式制冷机的系统性能几乎与双效吸收式制冷机相当。同时，考虑燃气系统的分析为利用工业余热回收实现分业负荷处理提供了新的思路。最后，本文的工作可为进一步的集成研究以及系统优化和基准测试的数值模拟提供基础。

图1.传统干燥剂空调系统。

图2.传统干燥剂空调系统示意图。

图3.集成系统的示意图。

图4.吸收式制冷机。

图5.集成吸收干燥剂系统(IADS)的实验设置。

表1.实验装置的操作和设计参数。

参数 价值

干燥剂轮材料 二氧化硅凝胶

干燥剂车轮型号 ECDS-151210-17 （生态技术）

干燥剂轮厚度(m) 0.2

干燥剂轮直径(m) 0.37

横截面面积（m2 ) 0.11

工艺侧分数面积（%） 0.5

两个车轮的空气处理能力（m3 / h ) 765

热轮材料 铝

热轮直径(m) 0.37

热轮厚度(m) 0.21

热处理轮敏感有效性 0.75

驱动轮电机额定功率(kW) 0.75

排供风机额定功率(kW) 0.75

吸收机标称冷却量(kW) 15

冷凝器和吸收器类型 风冷

吸收系统的标称COP 0.67

表2.测量仪器及其规格说明。

参数 测量装置 精度 范围

空气温度 am-2302 0.5◦C -40◦C至100◦C

空气相对湿度 am-2302 2–5% 0%到100%

空气流量 压力计(Dwyer) plusmn;3% 10psi至15psi

表3.操作参数及其范围。

参数 范围（状态）

进气温度（◦ C) 25—45 (T1)

进气湿度比（g/kg） 12—18 (omega;1)

再生空气温度（◦ C) 60—80 (T8)

工艺空气流速（kg/h）

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[604137]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word