【摘 要】
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过去几十年,供暖、通风和空调(Heating,Ventilation and Air Condition,HVAC)系统在为人们提供舒适的工作和居住环境的同时,也消耗了大量的能源。其中,空气冷却除湿过程的温
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过去几十年,供暖、通风和空调(Heating,Ventilation and Air Condition,HVAC)系统在为人们提供舒适的工作和居住环境的同时,也消耗了大量的能源。其中,空气冷却除湿过程的温湿度耦合现象导致系统蒸发温度过低,HVAC系统能效下降,造成大量的能源浪费。溶液空调系统(Liquid Desiccant Air Condition,LDAC)因其温湿度独立控制、高能源效率,一直被认为是更有前景的空调系统,但LDAC系统溶液再生热源温度往往在80℃左右,无法高效利用太阳能、地热等低品位热源,如何高效利用可再生能源进行低温溶液再生是大范围推广溶液除湿系统的关键。本文研究了一种用于替代传统溶液除湿再生系统的真空型溶液除湿再生器(Vacuum-based Liquid Desiccant Regenerator,VLDR),实现 LDAC 中除湿溶液的再生,并对其性能进行了研究和参数分析。建立了评价蒸发器和冷凝器运行性能的模型,并通过实验数据进行了验证。利用所建立的模型对所提出的VLDR系统进行了性能分析和优化研究。本文的研究内容与贡献如下:1.VLDR系统建模研究。根据能量守恒、质量守恒定律以及传热传质理论,分析VLDR系统内的蒸发器和冷凝器内传热传质过程,提出利用分层建模方法来建立VLDR系统的再生模型,通过将每一层的模型迭代求解,得到整个蒸发器的模型。将模型数据与实验平台数据进行对比完成模型验证,验证结果显示模型误差在10%以内。2.VLDR系统再生性能分析。以蒸汽的生成速率为评价指标,采用控制变量法,分别研究了真空度、冷源温度、热源温度和质量流量等参数对系统再生性能的影响,得到各种参数和系统再生性能的关系,并且对模型中的对数平均温差和传热系数进行了研究与探讨,充分分析VLDR系统的参数变化对再生性能影响的规律。3.研究开发VLDR系统性能优化。分析VLDR系统内各部件的能耗特点,建立蒸发器、冷凝器、溶液泵和循环泵的能量模型,可以快速准确地计算和评估不同运行方案下VLDR系统的能耗。以VLDR系统再生器总能耗为目标函数,以热源、冷源的温度和质量流量以及真空度为优化变量建立了带约束条件的非线性优化模型,并运用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)在可行域内求解优化模型。仿真结果表明,研究的优化策略可以显著提高VLDR系统的能量利用效率,充分发掘了 VLDR系统的节能潜力。
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