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原文标题：New solid desiccant solar air conditioning unit in Tunisia: Design and simulation study
2016年6月1日
突尼斯的新型固体除湿空调机组的设计与仿 真
研究 1
Zied Guidara , Mounir Elleuch , Habib Ben Bacha
a, b, *
机械力学实验室系统（lasem ）土木工程系，法克斯大学工程学院，B.P W 3038 斯法克斯，突尼斯
工程学院，机械工程系，沙尔曼本阿卜杜勒阿齐兹大学，B.P. 655，沙乌地阿拉伯
亮点
本文中介绍了一种新型固体除湿空调装置的设计，以及其运作的三种模式的发展。
并在热和质量平衡的基础上进行建模研究，模拟研究了机组的运作。
摘要
就环境保护以及节能方面而言，太阳能空调机组的运用在除湿机组中是一个很有发 展前景的解决方案。
本文中介绍的是一种新的固体除湿空调机组在突尼斯的办公空间模 拟运作。
因此，每个组件的数学模型的建立都主要是基于热和质量平衡。
三种功能的模 型分别模拟了三种不同的气候：比塞大相对冷湿比较大的气候、雷马达燥热的气候以及 杰尔巴处于中间的气候。
研究结果表明，每种功能模型中，空调机组所处理后的空气都 可以确保办公室环境能满足人体的舒适度要求。
关键词：空调；冷却除湿；太阳能；数学模拟
1 引言
目前空调已经成为了办公空间里一种重要的必需品。
然而传统的空调机组存在许多 环境污染的问题。
此外，传统的机组需要大量电力，这些电力往往通过消耗大量的石油 资源，而石油资源目前是一种很宝贵的能源这是由石油资源，此外，其还会产生排放越 来越多的二氧化碳。
并且常规的空调机组中空气的除湿是通过露点温度下的冷却操作实 现的，从而导致其所处理后的空气非常冷，这也就使冷空气在空调中需要再次加热以达 到设计温度（即存在冷热抵消），这是一个能量消耗的过程；并且在某些情况下，它不能 确保能达到用户温度和湿度的设计标准。
因此，考虑到地球上石油资源缺乏的现状以及环境污染问题，许多国家鼓励大家在 空调系统中使用可再生能源。
在突尼斯，能源部门面临着的许多问题从本质上来说都是碳氢化合物储量的枯竭以 及人们消费水平的增长，传统的电动空调由另一种节能型空调所替代已成为一种必然。
所以在我国既要限制空调对电能的需求量，又要满足人们对空调的需求已经成为我国空 调研究的主要目标。
这些目标应在不破坏国际环境保护约定的前提下实现，事实上，这
1
本文出自 Applied Thermal Engineering, Zied Guidara, Mounir Elleuch,Habib Ben Bacha
1
a a
些约定主 氧层和温室 效应的破坏。
要用于常规空调中，其目的是减少二氧化碳排放，避免使用有害气体对臭
为了解决上述的这些问题，许多研究者已经进行了调查，特别是对太阳能空调机组 的设计与运营研究，本文中所用到的符号的含义如表 1-1 所示。
表 1-1 符号命名
字母 名称 含义
字母 名称
含义 A 吸湿盘气流截面积(m ) w 水
A 1,2 贮槽线圈的面积(m ) V 气流速度(m/s) A l at 吸湿轮通道的侧面积(m ) v
流速(m/s)
A d 吸湿干燥剂轮通道截面(m ) W 干燥剂中含水量(kg/kg)
C p C c 比热(J/(kg.K))
x 吸收器的比热(J/(kg.℃)) Y 轴向距离(m) 相对湿度(%)
C f f H h 水的比热(J/(kg.℃))
温度(℃)
焓(kJ/kg(干空气)）
吸收器与水之间的对流换热系数((W/(m .℃)) 光学系数 吸收器吸收系数 玻璃透射系数 水-空气热交换器效率
h w h 除湿器和空气之间的传热系数((W/(m .K)) 效率
h m 除湿器和空气之间的质量传递系数(kg/(m .s))
密度(kg/m ) I 太阳辐射照度(W/m )
空气比湿度(kg/kg)
L wh 吸湿盘的长度(m) P 空气在干燥剂涂层中的比湿度 L ab 吸收器的长度(m)
P 除湿涂层中空气的相对湿度
L M 每单位面积的水的质量流量(kg/m )
a 储存罐中的水的质量(kg) acc 空气 积累 M c 吸收器的质量(kg) atm 大气 M f 水的质量(kg)
c 寒冷
m f m’ P 太阳能集热器生产的水的质量流量(kg/s)
catu 质量流量(kg/s)
cv 压力(Pa) d 冷空气的利用
对流
干燥剂 Q a d 吸附热(J/kg)
Ech 空气-空气热交换器
S T T a T c T f T s T f2/1 T 11,2 t 平板式太阳集热器的面积(m )
h 温度(℃) hatc 环境空气温度(℃) Hum 冷凝温度(℃) in 水温(℃)
out 储存罐中的水温度(K) p 供给侧的入口/出口水温 (K) t 分布面上的入口/出口水温 (K) tc 时间(s)
tca 热 热空气冷却
加湿器 入口 出口 干燥剂涂层 利用 冷却 利用冷空气 U 1,2 储存罐中的线圈的总传热系数(W/(m .K))
tu 使用 uha 再热空气
u 用 U ’ 吸收器/外部环境的传热系数
ws
饱和状态
2 2 2 2 2 2 2
3 2 2 2 2
在这种情况下，就环境保护以及节约能源方面而言，固体干燥剂空调是一个不错的
解决方案。
事实上，干燥剂空调机组不使用对环境有害的制冷剂。
此外，除湿处理潜热
是有
利的，它有易于利用再生低品位的能源，如太阳能。
近年来，标准干燥剂机组主要应用于建筑或工厂使用的标准组件的空调应用中。
这
些组件包括用于空气除湿的转轮、由于冷却送风以及加热回风的热交换器、进行湿化处
理的加湿器、使用蒸发冷却使回风接近饱和线的加湿器、一个产生热空气以用于干燥剂
再生的太阳能集热器系统。
此外，H.M.亨宁等人提出了结合两个冷却盘管的干燥剂循环。
因此，空气在其露点
温度下通过第一个冷却盘管进行预冷却，从而保证了对预冷却的空气进行预除湿的处理。
此外，空气被冷却到最终所需的温度之前，先通过第二个冷却盘管，之后再进入空调空间。
然而，如果一个压缩机用于提供冷水，则该机组将会更加复杂与昂贵。
不仅如此，也有可能由于阻力过大，使机组回流到前面的机组中的风险。
另一方面，如果一个吸收器或吸附器是用来生产冷水的，该机组也会将更复杂，更昂贵。
K.F.Fong等人提出了一种太阳能混合式空调系统，与传统的除湿系统相比，本系统
中多了三个主要部分。
首先是吸附机，二是辐射吊顶，第三是辅助加热器。
因此，冷水
是由吸附机产生的，空气冷却操作是由辐射吊顶完成的的。
关于辅助加热器，当太阳能
集热量不够时，其作为一个热量补充装置，从而保证系统的正常运行。
在本研究工作中，一个新的太阳能空调机组的设计被提出：用干燥剂材料对空气进
行除湿除湿，利用太阳能集热器产生热水，供用户使用，加湿器的加湿和组合式换热器
加湿器在没有利用没有吸附技术或传统的制冷机的情况下使空气冷却。
此外，主要基于
热和质量平衡的建模方法被提出。
因此，模拟研究的功能就是根据特定的气象数据，在
考虑使人体感到舒适的空调的温度和湿度的条件下，了解它的特性，这对人体舒适度而
言是非常重要的。
本文的其余部分的介绍内容如下：第2 节专门介绍太阳能空调机组的设计和运作；
第3 节，提出了一种太阳能空调装置的建模研究方法；第4 节中，具体介绍了模拟研究
的方法及结果；最后，第5节介绍了这篇论文的主要结论。
2 太阳能空调装置的设计与运行
2.1 机组的设计
太阳能空调装置的各部分设计如图2-1所示，相比较一个标准的机组，这里有4个增
加的组成部分：两加湿器h1、h4和两个热交换器E4、E1。
事实上，h1和E1保证了环境
空气的预冷却工作，而h4和E4最后进行除湿后的空气的辅助冷却工作。
其相当于一个组合式的换热-加湿器，其作用是确保空气冷却而不使用吸附技术或传统的制冷机。
因此，
空气在进入空调传统的干燥剂循环之前使用来自空调区域的回风进行预冷和预除湿，然
而，再生温度高需要100℃左右，从而保证除湿转轮再生过程。
图2-1太阳能空调机组的设计
2.2 机组运作的说明
太阳能空调机组的三种主要的运作模式是进行区分的。
对于第一种模式，处理空气
时没有预冷的环节，但在最后用加湿器进行加湿冷却；而对于第二模式，处理后的空气最初先进行预冷却，之后再用加湿器进行加湿冷却；关于第三模式，处理后的空气先进
行预冷却，以后的冷却通过与冷空气的换热来进行冷却，而不经过加湿器H2。
2.2.1 太阳能空调机组的第一种运作模式
在这种情况下，阀门C4 打开，但是阀门C1、C2以及C3 关闭，（如图2-1 所示）。
注意阀门C1、C2、C3 和C4通过点信号的命令进行打开或者关闭，图2-1给出了该模式的运行周期。
在这种情况下，空气不用进行预冷，而是通过吸湿轮直接进行减湿冷却（从2～3的过程），所以1点与2的温度和湿度相似，因为空气/空气热交换器ECH1中没有热量的交换。
翻译原文。