太阳能直接作用固体除湿床的热湿传递机理研究

【摘要】：随着2015年全球气候会议在巴黎的召开,解决中国所面临越来越严峻的能源与环境问题已经被提上国家议程。然而,作为世界上最大的发展中国家,无论是能源的利用效率还是消耗单位能源所产生的社会经济价值,我国都落后于美国、日本等主要发达国家,而且在能源消耗总量上比其他发展中国家要高得许多。面对着经济发展与节能环保之间越来越严峻的现实矛盾,降低空调系统化石燃料的消耗、增加可再生能源(如太阳能等)的利用率对建筑节能降耗来说有相当重要的意义。本文设计了一种利用新型太阳能直接再生的固体除湿床,利用多孔材料的对水分的吸附性能以及水分高温脱附的特点完成除湿和再生作用,并利用除湿床的机构设计特点实现除湿和再生的功能循环,实现了节能减排与可持续发展。本文对设计的固体除湿床的除湿及再生性能进行了实验测试分析,为其工程应用提供基本实验依据与理论支持。与传统的太阳能除湿相比,本文所研制的固体除湿床直接利用太阳辐射再生,不存在先利用集热系统进行集热后再将能量转换成除湿材料再生所需能量的能量二次转换问题,提高了系统的运行效率,有效地利用了太阳能,可达到节能的效果。除湿系统采用传统、廉价、防腐蚀的细孔硅胶作为除湿材料,在满足除湿效果的条件下降低了系统初投资。根据实验测试结果,在除湿床厚度为50mm的条件下,床体的有效除湿时间为120min。通过对不同工况条件的实验测试,得出实验条件下除湿材料单位质量的有效除湿量为69.2g/kg,逐时除湿量最大值为4.34g/kg,最大吸附能效为0.147。在所有测试的再生条件中,“900W+通风”工况下的有效再生量最大为838g;而“300W+空调通风”工况下有效再生量最小为336g;太阳能辐射再生、辐射+通风再生和空调通风再生这三种再生方式下最大的有效再生率分别为50.25%、52.77%和43.07%。同样辐射强度的条件下,辐射+通风再生方式的有效再生率比纯辐射再生方式的再生效率要高；通过对微波再生和热风再生的测试分析,在微波再生中的三种工况下平均再生能效比为174.45 g/(kg-kW-h),比热风再生能效比高约42.07g/(kg-kW-h),反映出微波再生与热风再生相比了节约再生能量约为31.78%。测试结果表明：微波再生具有再生时间短、再生率高以及再生能耗低的优点。研究结果表明：除湿床的除湿效率与时间呈现对数相关规律,除湿床的再生量与再生时间、太阳辐射强度或者再生温度的变化关系密切,随再生时间呈对数增长的曲线；随太阳辐射强度呈对数增长的曲线。本文结合实验测试结果建立了该除湿床在纯辐射再生工况下的数学模型,并找到了该除湿床在再生过程中的水蒸气生成速率变化方程,通过理论计算值与实验测试值对比分析,其最大误差不超过1.2g/min,反映出该模型具有一定的准确性。 【关键词】：太阳能 固体除湿床 除湿 再生 热湿传递
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU834.9
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-24
• 1.2.1 固体除湿材料16-19
• 1.2.2 系统结构形式19-20
• 1.2.3 太阳能及其它低温热源的利用20
• 1.2.4 除湿床热湿传递模型的建立和数值分析20-24
• 1.3 固体除湿空调系统的技术难点及存在的问题24-25
• 1.4 本文主要研究目的和内容25-26
• 1.4.1 研究目的25
• 1.4.2 研究内容25-26
• 第二章 实验测试平台26-38
• 2.1 实验测试平台的建立26-31
• 2.1.1 除湿床的构造26-27
• 2.1.2 除湿床工作原理27-30
• 2.1.3 实验测试系统30-31
• 2.2 实验测点布置31
• 2.3 实验测试仪器及设备31-35
• 2.4 测试工况35-36
• 2.5 减少实验测试误差的措施36-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第三章 除湿床除湿性能测试分析38-44
• 3.1 除湿效率38-39
• 3.2 有效除湿时间39-40
• 3.3 逐时除湿量变化规律40-41
• 3.4 除湿床吸附能效41-42
• 3.5 称重法与计算法比较42
• 3.6 本章小结42-44
• 第四章 除湿床再生性能测试分析44-58
• 4.1 除湿层温度对再生过程的影响44-48
• 4.2 不同再生方式的再生性能48-54
• 4.2.1 再生量49-52
• 4.2.2 再生率52-54
• 4.3 温度与再生量的关系54-55
• 4.4 再生风量对再生性能的影响55-56
• 4.5 本章小结56-58
• 第五章 不同再生方式比较58-65
• 5.1 再生实验测试方法58-59
• 5.2 微波辐射再生59-61
• 5.3 热风再生61-63
• 5.4 比较分析63-64
• 5.5 本章小结64-65
• 第六章 除湿床热湿传递特性分析65-75
• 6.1 热湿传递机理65-68
• 6.1.1 热传导66
• 6.1.2 对流换热66
• 6.1.3 传质现象66-67
• 6.1.4 液相水与水蒸气的热力平衡67-68
• 6.2 除湿过程汽化潜热释放量68-69
• 6.3 除湿床再生过程理论模型69-74
• 6.3.1 辐射再生过程数学模型的建立69-72
• 6.3.2 辐射再生过程能量平衡分析72-74
• 6.4 本章小结74-75
• 结论与建议75-77
• 结论75-76
• 建议76-77
• 参考文献77-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文83-85
• 致谢85

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