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太阳能驱动的转轮除湿蒸发冷却空调系统理论与实验研究

作　者: 向强
导　师: 辛军哲
学　校: 广州大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 太阳能蒸发冷却转轮除湿数学模型 COP (火用)分析
分类号: TU831
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

据统计,我国非干燥地区空调能耗要远远大于干燥地区,且传统空调系统有能耗大、破坏臭氧层等缺点,同时蒸发冷却技术被证明是一种绿色、环保、节能的冷却技术,但仅在我国干燥地区已成功应用。本文综合考虑非干燥地区空调系统能耗大的缺点,以及蒸发冷却节能技术和非干燥地区太阳能资源丰富的优点,建立了太阳能驱动的转轮除湿蒸发冷却空调系统,并基于理论分析,对该系统进行了实验测试以及数值模拟研究。本文讨论分析了转轮除湿蒸发冷却空调系统室内设计参数。在保证同等舒适性的基础上,引入“有效温度”的概念,得出了适用于转轮除温蒸发冷却空调系统的室内设计参数,即干球温度27℃、相对湿度70%、风速1.0m/s。同时,本文还确定了适用于我国湿热地区的转轮除湿蒸发冷却空调系统的设计方案及依据。分析了直流式、封闭式、混合式转轮除湿蒸发冷却空调系统适宜的室外气象条件及优缺点,提出了一种适用于我国湿热地区的改进性Pennington再循环系统,并介绍了系统的工作原理及组成。同时,对该系统方案进行了设计计算及(?)分析。在以上理论分析的基础上,通过搭建系统实验台来测试不同运行参数条件(再生温度、再生风量、处理风量、再生角度)对除湿转轮性能和系统性能的影响。结果表明：(ⅰ)在太阳能再生温度范围(50℃—80℃)内,得出70℃—80℃除湿转轮综合性能最佳。(ⅱ)在再生区与除湿区迎面风速相同的前提下,90°再生角除湿转轮的性能要优于180°再生角。因此,太阳能再生范围内应选择90°再生角。同时,还测试了9月26日系统全天连续运行情况。结果表明,在我国非干燥地区,太阳能是一种可靠的再生热源。在除湿转轮性能实验的同时,还分析了不同运行条件下整个系统的制冷量与COP值。结果表明,提高再生温度或再生风量,均可增加系统的制冷量,但对处理风量来说,制冷量先增大后减小,即存在一个最佳处理风量值；对于不同的再生温度,电力COP与热力COP呈反向趋势发展。同时对于再生风量与处理风量,均存在一个最佳风量值,使系统电力COP与热力COP值最大。建立了转轮除湿数学模型和直接蒸发冷却数学模型,并将系统各数学模型进行了耦合。采用该耦合后的系统模型对该系统进行了模拟计算。经与实验数据对比,证明该数学计算模型是正确的。并由计算结果表明,进口温度与转轮转速对整个系统性能影响较小通过实验和理论分析研究,证明了太阳能驱动的转轮除湿蒸发冷却系统在我国湿热地区的部分场所作为空调使用是大有前途的,值得进一步深入研究。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-11
CONTENTS  11-13
第一章绪论  13-31
  1.1 研究背景及意义  13-15
    1.1.1 研究背景  13-14
    1.1.2 课题的意义  14-15
  1.2 国内外研究现状  15-29
    1.2.1 蒸发冷却空调系统研究现状  15-19
    1.2.2 转轮除湿技术研究现状  19-22
    1.2.3 转轮除湿蒸发冷却空调系统研究现状  22-26
    1.2.4 太阳能驱动的转轮除湿蒸发冷却空调系统研究现状  26-29
  1.3 本文的研究内容  29-31
第二章转轮除湿蒸发冷却空调系统方案设计及计算  31-45
  2.1 室内设计参数的确定  31-33
    2.1.1 舒适性空调室内设计参数  31
    2.1.2 蒸发冷却空调系统室内设计参数的确定  31-33
  2.2 转轮除湿蒸发冷却空调系统方案设计  33-37
    2.2.1 方案设计的依据  33-35
    2.2.2 系统组成及工作原理  35-37
  2.3 转轮除湿蒸发冷却空调系统设计计算及(火用)分析  37-42
    2.3.1 系统设计计算  37-39
    2.3.2 系统(火用)分析  39-42
  2.4 系统主要设备选型  42-44
    2.4.1 除湿转轮及相关部件  42-43
    2.4.2 表冷器及加热器  43
    2.4.3 直接蒸发冷却器  43-44
    2.4.4 太阳能集热器  44
  2.5 本章小节  44-45
第三章太阳能驱动的转轮除湿蒸发冷却空调系统实验分析  45-61
  3.1 实验装置及仪表  45-47
  3.2 实验方法  47-48
  3.3 除湿转轮性能实验  48-54
    3.3.1 除湿转轮性能评价指标  48-49
    3.3.2 除湿转轮性能实验分析  49-54
  3.4 转轮除湿蒸发冷却空调系统性能实验分析  54-59
    3.4.1 转轮除湿蒸发冷却空调系统评价指标  54-55
    3.4.2 转轮除湿蒸发冷却空调系统性能分析  55-59
  3.5 本章小节  59-61
第四章转轮除湿蒸发冷却空调系统数学模型与分析  61-77
  4.1 计算分析对象  61
  4.2 除湿转轮传质传热模型与数值模拟  61-69
    4.2.1 除湿转轮物理模型  61-62
    4.2.2 除湿转轮数学模型  62-64
    4.2.3 湿空气及除湿剂物理性质  64-66
    4.2.4 数学模型的求解  66-68
    4.2.5 数学模型的验证  68-69
  4.3 直接蒸发冷却器传热传质模型  69-71
    4.3.1 传热传质数学描述  70-71
    4.3.2 数学模型求解  71
  4.4 模拟结果分析与讨论  71-76
    4.4.1 模拟与实验对比分析  71-73
    4.4.2 进口温度的影响分析  73-74
    4.4.3 不同转速的影响分析  74-76
  4.5 本章小节  76-77
第五章总结与展望  77-79
  5.1 研究总结  77-78
  5.2 今后的研究方向  78-79
参考文献  79-87
攻读学位期间发表的论文  87-89
致谢  89

太阳能驱动的转轮除湿蒸发冷却空调系统理论与实验研究

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