溶液除湿系统再生性能的研究进展

李新付 （安阳市建筑设计研究院 河南 安阳 455000)

1 引 言

利用吸湿性溶液可以吸收空气中的水分而将空气进行干燥的方法称为溶液除湿。溶液除湿剂的表面蒸汽压比湿空气的蒸汽压高时，溶液浓缩再生，反之溶液对空气进行除湿。溶液除湿系统实现了热负荷和湿负荷的单独处理，湿度可以由溶液除湿控制，温度则采用高温冷冻水控制，不需要将温度降低到空气的露点温度，防止了潮湿条件下细菌微生物等的滋生，而且避免了过度冷却和再热带来的能量消耗，因此可以充分利用低品位能源。

溶液除湿系统中传热传质过程主要是在除湿器和再生器中完成。除湿和再生过程的原理基本一致，传质驱动力是利用溶液表面与空气之间的水蒸气分压力差，传热驱动力是两者之间的温差，只是再生过程是稀的盐溶液脱除水分浓缩的过程。

2 溶液除湿系统再生性能研究现状

溶液除湿和再生过程是一个复杂的气液两相热质交换过程。W.Y.Saman等[1-2]应用理论推导得出了再生量的一个通用表达式，该表达式主要涉及到温度、蒸发压力和浓度。黄志甲等[3]等建立了叉流溶液再生器传热传质数学模型，将该模型进行简化，获得了溶液和空气的能量质量控制方程，采用Matlab编程模拟计算，证明其模型的可靠性，为今后实验提供依据。魏昊然[4]对太阳能溶液集热/再生器进行模型简化，采用Matlab编程模拟计算了环境温度、溶液入口浓度、温度和空气入口含湿量以及温度对再生效率的影响。

在溶液除湿工程中，LiCl溶液、CaCl2溶液、三甘醇溶液、LiBr溶液等是较为常用的溶液除湿剂。G.A.Longo等[5]针对散装填料溶液除湿和再生，从实验和理论上分析，并且测试了在典型空调运行工况下传统的氯化锂和溴化锂盐溶液与新的甲酸钾盐溶液，发现新的甲酸钾盐溶液比传统的盐溶液腐蚀性小，对环境完全无污染，且价格便宜。裴清清等[6]对以下三种盐溶液—氯化钙溶液、氯化锂溶液和质量比1:1的混合溶液(氯化钙:氯化锂)进行了再生性能对比，结果发现再生性能最优的是氯化钙溶液，其次是1:1混合溶液，氯化锂溶液的再生性能最差。

填料塔是再生器普遍采用的一种形式，填料的类型对再生器的再生性能也具有一定的影响。Giovanni A.Longo等[7]采用LiBr作为再生溶液，测试比较了鲍尔环散装填料和250Y规整孔板波纹填料的再生性能，结果显示散装填料的再生性能要比规整填料的性能高20%～25%。然而空气侧压降，规整填料比散装填料低65%～75%。周立宁等[8]将一种新型间壁式填料和5090湿帘材料的溶液再生性能进行了实验对比。结果发现：当溶液温度达到60℃～80℃时，此材料的体积传质系数是5090湿帘材料的1.08～1.56倍。

很多学者重点分析了入口再生溶液和入口空气参数对溶液再生性能的影响。高文忠等[9]搭建了太阳能叉流溶液再生实验台，实验测试得到各入口参数对溶液再生的全热效率和湿度效率的变化曲线，对实验结果采用了回归拟合分析，结果表明：溶液温度、流量和空气温度、含湿量、流量对全热效率影响较大；而对湿度效率影响较大的入口因素是空气流量、溶液温度、浓度和流量。拟合方程计算结果与实验结果的误差在20%以内，能够较好的反映再生器内气液两相热质交换规律。赵纯清等[10]利用正交实验原理分析了水分蒸发量受再生溶液入口质量浓度、温度、时间以及两两因素之间的耦合作用的影响。结果显示：再生温度和时间对水分蒸发量的影响是极显著的，因素之间两两耦合作用对实验结果的影响甚微，在试验各因素区间内，温度是75℃、溶液质量浓度是30%、时间是120min，水分蒸发量最大，再生效果最好。Esam Elsarrag[11]采用三甘醇作为再生溶液，再生器的结构为规整填料塔，分析了入口参数包括空气含湿量、液气比与溶液温度、浓度对蒸发率和除湿效率的影响，与干燥气候区相比，在潮湿地区除湿剂再生需要较高的溶液温度。随后他[12]采用太阳能加热氯化钙溶液再生，实验分析了以上入口参数对蒸发率的影响，得到在本实验数据中2.54是最佳的液气比。

3 溶液除湿系统再生性能的新进展

太阳能是清洁的低品位能源，取之不尽用之不竭，然而太阳能的利用受到了当地气候条件的影响。因此有些学者探索其它的溶液再生方式。

沸腾式溶液再生是将溶液加热至沸腾，使其中部分水分蒸发，从而使溶液浓缩成浓溶液的过程，沸腾式再生不受再生空气状态的影响。蒸发出来的水蒸气还能够再回收利用。弓仲恺等[13]对常压下除湿溶液LiBr采用正交试验方案进行了溶液沸腾再生过程，实验的影响因素包括热流密度、冷却水流量与溶液初始浓度和初始温度。结果表明：采用极差分析得到影响常压下沸腾再生速率各因素从大到小顺序是热流密度＞初始温度＞初始浓度＞冷却水流量。徐惠斌等[14-15]分别对三种常用除湿剂LiCl、LiBr和CaCl2和一种配方型除湿剂的池内核态沸腾特性进行了实验分析，沸腾式再生对外界环境的依赖性较小。但是在常压下，LiBr、LiCl、CaCl2溶液的质量分数分别为46%、31%和40%所对应的沸腾温度分别是123℃、121℃、116℃，沸腾温度较高，对热源也有较高的要求。因此有学者考虑在真空条件下，溶液可以在较低的温度下沸腾，使其中水分蒸发，溶液浓缩，有效的降低了热源温度，可以充分利用低品位能源，最终达到节能降耗的目的，因此将二者组合成真空沸腾式溶液再生器。张涛[16]等搭建了真空条件下溶液再生实验台，LiCl作为再生溶液，以热水温度、热水流量、溶液初始浓度、冷水流量以及冷水温度为实验因素，采用水分蒸发率作为评价指标。实验结果显示：蒸发率的影响较为显著入口参数是溶液的初始浓度和热水温度，热水温度由56℃到62℃，水分蒸发率提高了34.5%，邓赛峰[17]在实验的基础上利用CFD软件的混合模型和自定义函数对真空盐溶液再生过程进行了仿真模拟，得出仿真结果与实验结果基本吻合。

电渗析技术是基于在电场影响下离子通过选择性膜的一种传输技术[18-19]。基于电渗析技术，Li等[20-21]提出了一种新的溶液再生方式，电渗析堆积层作为溶液再生器，利用光伏发电机提供溶液再生过程所需的电量。Qing Cheng等[22]提出了一种双级光伏电渗析溶液再生系统，如图1所示。结果表明，在最佳工作条件下，溶液除湿冷却系统中双级再生系统比单级再生系统更加实用，具有更高的能源利用效率。东南大学的程清等[23]提出了一种将电渗析与太阳能溶液耦合再生系统，如图2所示。该再生系统具有两种操作模式，第一种模式是在太阳较好时，关闭阀门A，打开阀门B，稀溶液与经过太阳能电池加热过的热水在热交换器进行热交换，然后高温溶液进入太阳能集热/再生器，与空气进行热质交换(初步再生)，然后通过电渗析再生器进一步再生，进一步提高溶液浓度，将达到浓度要求的溶液储存在浓溶液槽中；另一种运行模式是夜间或者阴雨天气时，打开阀门A，关闭阀门B，稀溶液直接经过电渗析再生器进行再生，将浓溶液储存于浓溶液槽中。该系统可以夜间利用低谷电价进行蓄能，从而缓解了电荷峰谷差，提高系统的经济性。

图1 双级太阳能电渗析溶液除湿系统

图2 太阳能耦合再生系统

4 结 语

本文对溶液除湿系统再生性能的研究现状以及一些其他的再生方式进行了简单介绍。目前传统的填料塔再生方式存在一些不足，例如占用较大的空间，需要对设备小型化进行进一步的研究和探讨，而且需要对溶液流量和空气流量进行控制，否则会有液滴携带出来。溶液沸腾式再生过程是一个较为复杂的热质交换过程，溶液的饱和温度主要受压力的影响，因此还需要进一步对不同压力下溶液再生性能进行研究。目前多数新的再生方式只是研究再生器这一个单元，并未对除湿器和再生器进行匹配，今后可以对整个溶液除湿性能进行研究。

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