基于湿能理论的空气能量转换方法和实践

基于湿能理论的空气能量

转换方法和实践

杭州艾硕科技开发有限公司　袁一军☆

摘要　运用湿能理论探讨了利用自然空气,在无需外界能量输入的情况下实现制冷与制

热,包括直接蒸发冷却、间接蒸发冷却、多级间接蒸发冷却、液体除湿蒸发冷却,以及利用自然空气的能量实现液体再生等。该方法突破了传统的蒸发冷却露点温度的限制,同时将自然空气的利用由制冷拓展到制热。

关键词　湿能　蒸发冷却　液体除湿　制冷　制热

M e t h o d a n d a p p li c a ti o n of t h e a ir e n e r g y tr a nsiti o n

b a s e d o n p s y

c hr o m e tri c e n e r g y t h e ory

By Y uan Y ijun ★

Abs t r a ct Discusses t he cooling a nd heating met hod utilizing ambie nt air wit hout exter nal e nergy inp ut ,including t he direct evap orative cooling ,indirect evap orative cooling ,multilevel indirect evap orative cooling a nd liquid desicca nt evap orative cooling ,a nd t he liquid desiccant rege neration employing ambie nt air e nergy.This met hod brea ks t hrough t he dew p oint te mperature limit f or t he evap orative cooling a nd also exte nds t he ambie nt air utilization f rom cooling t o heating.

Keywor ds psychrometic energy ,evap orative cooling ,liquid desicca nt ,cooling ,heating ★Hangzhou ISAW Technology Development Corp oration ,Hangzhou ,China

1　湿能理论简介湿能理论就是研究空气与盐水(水)相互作用

的理论,湿能即空气与盐水(水)以不同方式相互作用的过程中转移的能量。

湿能理论的基础是基于盐水(水)与空气作用的平衡线的焓湿图,如图1所示,不同浓度的盐水对应不同的平衡线,而水可理解为极稀的盐水,值得指出的是,上述平衡线与通用的焓湿图上的相对湿度线不是完全重合的

。

图1　盐水(水)与空气平衡线的焓湿图

2　制冷

2.1　制冷原理

对于任意不饱和的状态为A 的空气(以下简

称“空气A ”

),有4种不同的方式可获得不同的制冷效果,如图2所示

。

图2　4种制冷方式的焓湿图

?

55? 暖通空调HV &A C 2009年第39卷第9期 蒸发冷却①☆

袁一军,男,1965年11月生,大学,高级工程师

311202浙江省杭州市萧山区市心中路325号10幢604

(0)135********

E 2mail :yuanyijunc @https://www.wendangku.net/doc/3a16255393.html, 收稿日期:2009203219

2.1.1　直接蒸发冷却

直接蒸发冷却通过空气A 与水直接接触,能够获得的最低温度为空气A 的湿球温度,即图2中A wp 点的温度t wp 。2.1.2　间接蒸发冷却+直接蒸发冷却

间接蒸发冷却如图3所示,空气A 分成两股,一股通过间接蒸发冷却器的湿通道,在该通道中空气与水直接接触,另一股通过间接蒸发冷却器的干通道,干通道与湿通道的空气逆向流动,干通道空气的最低温度为空气A 的湿球温度,再经过直接蒸发冷却后获得的最低温度为介于湿球温度t wp 与露点温度t dp 之间的温度

t mp ,如图2所示。

图3　间接蒸发冷却示意

2.1.

3　多级间接蒸发冷却

多级间接蒸发冷却如图4,5所示。

空气A 进入多级间接蒸发冷却的干通道,先被冷却至1点,1点的空气分成两部分,一部分穿过传

热壁的孔进入湿通道,与水接触后其温度为t 1wp ,低于t wp ;另一部分继续流向2点,2点空气的一部分穿过传热壁的孔进入湿通道,与水接触后其温度为

t 2wp ,低于t 1wp ,2点空气的另一部分继续流向3点,如

此反复最后到达N 点,流出干通道,其温度可接近露点温度t dp 。进入湿通道的空气,在理想情况下可达到B 点,其温度为t db ,即A 点的干球温度。2.1.4　液体除湿蒸发冷却

液体除湿蒸发冷却如图6所示。空气A 分成两股,一股经过盐水通道状态变为A 1,其温度降低为t wp ,含湿量也降低。温度的降低是由多级蒸发冷却过程所决定的,即另一股空气A 先经过干通道再经过湿通道;而湿度降低是由于空气A

在盐水通道中与盐水直接接触,盐水吸收了空气中的水分,其含湿量取决于盐水的浓度和温度。

图6　液体除湿蒸发冷却示意

如图1所示,A 点代表了一定浓度的盐水与空

气相互作用的平衡点,因此对空气A 而言,与浓度C 的盐水相对应也就意味着,使用A 点的空气,不需要外部热量的输入,即可再生得到浓度C 的盐水。当然以上所说的均为理想状态,未考虑传热传质温差、浓度差等。得到状态为A 1的空气后,再经过图4所示的多级间接蒸发冷却,即可得到如图2所示的温度为t lp 的空气。2.2　制冷应用2.2.1　直接蒸发冷却

直接蒸发冷却应用最广泛的是冷却塔,在此不再赘述。

2.2.2　间接蒸发冷却

间接蒸发冷却利用图3所示的原理获得的冷空气接近湿球温度但未加湿[1]。

另外一种方式是利用盘管与直接蒸发冷却实现间接蒸发冷却,并可获得接近湿球温度的冷水,

其原理如图7所示[2]。2.2.3　多级间接蒸发冷却

多级间接蒸发冷却利用图4,5所示的原理获取低于湿球温度的冷空气与冷水,美国某品牌的热质交换芯及杭州某品牌的湿能芯可实现上述功能。2.2.4　液体除湿蒸发冷却

液体除湿蒸发冷却利用自然的干燥空气在不

?65?蒸发冷却 暖通空调HV &A C

2009年第39卷第9期

图7　盘管与直接蒸发冷却实现间接蒸发冷却示意

输入任何外界能量(不包括风机、水泵耗能)的情况下可获得低于露点温度的冷水和冷空气,笔者所在

单位进行了相关的研究。3　制热

除了制冷以外,还可运用上述湿能理论实现制热,如图8所示。利用图4,5所示的过程获得温度为t dp 的空气和空气B ,空气B 再经过绝热除湿达到P 点,绝热除湿过程通过空气B 与盐水的直接接触实现

。

图8　利用湿能理论实现制热的焓湿图

盐水的再生通过图6所示的再生器实现,而不需要输入外界热量。

4　结论4.1　基于湿能理论的能量转换方法可利用自然的空气实现制冷与制热,而无需外界能量输入。4.2　湿能理论表明通过空气与水或(和)盐水不同

的作用过程及其组合,可获得不同的制冷、制热效果。4.3　原有的利用干燥空气的冷却主要基于直接蒸发冷却、间接蒸发冷却和多级间接蒸发冷却,其制冷的极限是自然空气的露点温度,基于湿能理论的能量转换方法可使制冷突破露点温度的极限。4.4　原有的自然空气的利用主要局限于制冷,基于湿能理论的能量转换方法将其利用拓展到了制热。

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