太阳能转轮除湿式空调系统
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摘要：介绍太阳能转轮除湿式空调系统的组成和工作原理，太阳能转轮除湿式空调系统充分利用了太阳能与湿空气中水蒸气的特性来达到空调效果，与现有空调系统中的氟里昂给大气臭氧层带来破坏的影响，省去了压缩机、工质与空气的间接换热及一些辅助设备，无压缩机噪声；且充分利用了太阳能，节能环保。举例分析系统的供热和制冷过程及效果，结合国内外的此技术的发展论述其发展前景。
关键词：太阳能；转轮；除湿式空调系统
中图分类号： TK511文献标识码： A
太阳能作为新型能源，能较好地解决能源短缺问题，人们正日益重视利用太阳能热源。太阳能转轮除湿式空调系统充分利用了太阳能与湿空气中水蒸气的特性来达到空调效果，与现有空调系统中的氟里昂给大气臭氧层带来破坏的影响，省去了压缩机、工质与空气的间接换热及一些辅助设备，无压缩机噪声；且充分利用了太阳能，节能环保。
1太阳能转轮除湿式空调系统简介
太阳能转轮除湿式空调是由空气集热器和除湿空调系统组成，除湿空调系统是由除湿转轮、显热交换器和直接蒸发冷却器组成，利用除湿转轮中的吸附剂吸附空气中的水分，经热交换器进行降温，再经蒸发器通过绝热蒸发，以进一步冷却空气而达到调节室内温度与湿度的目的。
太阳能转轮除湿式空调系统是利用空气集热器所集的低温空气实现空调制冷和供暖的新型高效空调设备。其制冷原理的实质是将传热过程通过一个传质过程（水汽的吸附与解吸）来实现。这是一种输入热能便能实现空调制冷的空调设备，其制冷量可以通过输入的热量实现无级调节。利用除湿转轮中的吸附剂吸附空气中的水分，经热交换器进行降温，再经蒸发冷却器通过绝热蒸发，以进一步冷却空气而达到调节室内温度与湿度的目的。
2太阳能转轮除湿式空调应用
2.2.1冬季供暖
冬季供暖时，太阳能转轮除湿式空调的工作过程大致是，热风风机、出风风机以及风阀都处于开启状态。热风风机将空气集热器内所集的热风通过加热送出风阀，再经出风风机的加速，通过静压箱，由出风风道通到室内，实现供暖。
2.2.2夏季制冷
制冷将分为两个过程，一个是除湿过程；一个是降温过程。这时机组开关、热风风机、出风风机、预冷热湿交换循环泵、热湿交换循环泵以及预冷风机都处于开启状态，而风阀处于关闭状态。除湿过程的主要工作部件是除湿转轮。而转轮除湿机的关键部件为载有吸湿剂的蜂窝状转轮，蜂窝状转轮具有吸湿比表面积大、流通阻力小、除湿效率高等特点。吸湿载体采用高强度无机纤维材料卷制成蜂窝状通道的圆柱体——转轮，其内部嵌固有吸湿剂（氯化锂、硅胶、分子筛），性能稳定、使用寿命长。除湿转轮采用辊式链传动，运转速度8r/h。转轮截面的3/4区域为除湿区，1/4为再生区。各区之间采用氟弹性材料隔离密封，有效地防止了除湿区和再生区之间互相窜扰。工作时除湿气流和再生气流逆向通过缓慢转动的转轮，从而实现空气动态除湿。
当设置设备的除湿温度时要注意设置的温度不能超过100℃，还要开启由可控硅控制的电加热系统，在空气集热器的温度达不到除湿所要的温度时，否则高温对于转轮的工作性能会有影响。空气经过除湿转轮之后，空气的湿度会降低，大约在20%左右，但是温度会升高。还有一个过程是降温过程。降温过程由三个阶段组成：表冷器降温过程阶段；水预冷阶段；空气降温阶段。
（1）表冷器降温过程阶段。因为经过除湿后空气温度升高，需要对空气进行预降温。选定ф10mm×0.7mm紫铜管，翅片选用δ＝0.2mm铝套片，翅片间距2.2mm，管束按正三角排列，管中心间距25mm，沿空气流动方向管排数4，迎面风速2m/s。
（2）水预冷阶段。水通过表冷器后，空气的部分热量传递给水，水温上升。所以需要对水进行预降温处理，处理完的水再进行第三个阶段的空气降温过程。
（3）空气降温阶段。当得到低湿度的空气之后，在热湿交换器中进行绝热蒸发。水的蒸发潜热是2500kJ/kG，制冷空调处理风量以600m3/h计算，即处理风量720kg/h（空气密度为1.2kg/m3），当空气绝热蒸发，湿度升高，以湿度从20%升到70%为例，吸收水分3g/kg。可知一共蒸发水分为2160g。所以可以得到的冷量为：2.16×2500＝5.4MJ；则空气降温为7.5℃。
3其他太阳能转轮除湿式空调系统介绍
太阳能具有与室内负荷匹配性好且不需要消耗一次性能源等优势，而转轮除湿空调具备对热源温度要求低的特点，将两者结合起来自然成了国内外研究应用的焦点。
德国里萨某技术中心的太阳能转轮除湿空调系统，根据室外环境和室内冷/热负荷不同，系统可以五种模式运行，测试结果表明，系统最大制冷量约为18kW，太阳能保证率可达76%，相应热力COP为0.6。在国际能源机构(IEA)Solar Heating & Cooling Task 25框架下，5个示范性太阳能转轮除湿空调工程已经成功实施于德国弗莱堡、奥地利哈特贝格、西班牙马特罗葡萄牙里斯本和荷兰瓦尔威克，相应系统设计冷量分别为50kW、30kW、55kW、36kW和22kW。
安装在弗莱堡的太阳能转轮除湿空调系统完全由平板式集热器集热来驱动，不采用任何辅助热源和蓄热装置。与弗莱堡的系统不同，哈特贝格的系统采用生物质能和太阳能相结合来驱动，马特罗的系统引入光伏预热系统和空气集热器构成复合式太阳能系统，里斯本的系统则采用复合抛物面型集热器和热泵相结合的复合能量系统。
用于江阴万龙源科技有限公司的太阳能两轮两级除湿空调，系统采用价格低廉且与建筑结合较好的平板集热器，测试结果表明，系统可提供10kW的冷量，相应热力COP和电力COP分别在1和10左右，且能够将40%以上的太阳辐射能量转变为空调能力输出。上海交通大学机动大楼实施的太阳能单轮两级除湿空调，系统采用可直接产出再生用热空气的真空管空气集热器，机组设计制冷量为5kW，热力和电力性能与两轮两级除湿空调相当，由于避免了蓄热和换热过程中的热损失，其太阳能转化率可达50%以上。
4关键问题和发展前景
太阳能转轮除湿式空调采用太阳能这一清洁可再生资源，有效地缓解了传统空调造成的电力供应峰值负荷，有着良好的应用前景。目前，转轮除湿空调已有一定规模应用，进一步发展和应用面临的主要问题是：
（1）要降低热源温度、提高热源利用率，需要开发多级/分级等再生模式。对于多级/分级再生模式的需求，在高温高湿地区十分突出。当以太阳能作为热源时，多级/分级再生模式热源温度要求低的优势进一步体现为普通的集热器 (平板式或真空管式)、较低的初投资和美观的建筑结合。
（2）优化控制性能，提高适用性。转轮除湿空调的一个明显的优势就是具备温湿度独立控制，但是环境和室内的空气状态均会随时间、天气、季节和地理位置而变化，机组的热力和电力性能取决于系统控制和负荷分配 (潜热/显热比例)。
（3）规范生产流程。规范的生产流程不仅可以提高生产效率，降低成本，增加价值产出，还有利于生产管理，市场拓展。对于企业的现在与将来都是百利而无一害的。
（4）加大宣传力度。转轮除湿空调作为一种新型空调，从制冷空调行业内到广大民众都还对其缺乏认识，普及相关知识将促进其发展。
结语
综上所述，太阳能转轮除湿式空调系统是一套高效、节能、环保的空调系统。它缓解了传统能源空调用电负荷大的压力，减少了温室气体的排放，合理的利用新型能源。这对于行业内进一步提高能源利用效率、降低设备的成本和尺寸以及将相应技术与产品定型化和规模化具有重要意义，也是未来转轮除湿空调技术研究和发展的主导方向。
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