溶液除湿/再生过程的动态特性和动态模拟研究

Liquid desiccant dehumidification is an effective air conditioning technology to achieve independent indoor temperature and humidity control as well as energy savings in buildings. Dynamic characterisation and modelling of the dehumidification and regeneration processes are essential for developing robust control and optimization strategies for air conditioning systems adopting this technology. This project aims to theoretically and experimentally characterize the dynamic coupled heat and moisture transfer in the dehumidification and regeneration processes and build the dynamic mathematic model. By referring to the utilization of thermal capacity in describing dynamic heat transfer, this research will introduce moisture capacity for describing dynamic moisture transfer. The qualitative and quantitative definitions of the moisture capacity will be formulated. The influences of the moisture capacity on the dynamic coupled heat and moisture transfer will be investigated. The dynamic model developed will take the thermal capacity, moisture capacity and variable solution properties into consideration. Dynamic simulation tests using the dynamic model will be conducted to obtain the correlations between the dynamic characterics and key variables. The outcomes of this research will provide theoretical and technical supports for dynamic simulation of liquid desiccant based air conditioning systems as well as developing robust control and optimization strategies.

溶液除湿技术是实现建筑室内温湿度独立控制和建筑节能的一种有效手段。溶液除湿/再生过程的动态特性和动态模拟是开发鲁棒控制策略以实现稳定、可靠和最优运行的必不可少的热力学理论基础，而对耦合的热质传递过程的动态表征是重点也是难点。参照热容在表征动态传热过程中的作用，本项目拟引入"湿容"来表征动态传质过程，然后同时采用热容和"湿容"来表征动态的、耦合的热质传递过程。通过理论分析、实验研究和数值模拟，明确"湿容"的定义和影响因素及其对动态热质传递过程的影响，探索溶液除湿/再生过程的动态特性，并建立包含热容和"湿容"的动态数学模型。再利用动态模型进行动态仿真试验，以获取热质传递过程的动态特性参数与热容和"湿容"的关联式。本项目将为基于溶液除湿的空调系统的动态仿真及其控制器和控制策略的研发提供理论基础和技术支持。

溶液除湿技术可实现常温下空气除湿，是一种有效的空气湿度控制以及建筑节能方法。前期的研究多集中于稳态的实验和理论研究，而为了增强溶液除湿空调系统动态仿真和优化控制的可靠性，必须深入了解除湿过程的动态运行特性。本项目以绝热逆流规整填料型除湿器为研究对象，通过实验和理论分析研究了除湿器除湿过程的动态热湿传递特性。深入研究了除湿器动态特性实验，获得了除湿器启动过程以及阶跃响应时动态热质传递特性。深入研究了除湿器除湿过程动态耦合传热传质理论，建立了除湿器一维动态耦合传热传质模型，并给出了量化除湿器中各项热质的简便方法，建立的动态模型可以精确的预测除湿器的动态除湿特性。深入研究了不同因素对除湿器动态特性的影响效果，发现了空气和溶液流量、填料高度以及除湿器中各项热质对动态特性的影响规律。深入研究了溶液除湿空调系统的动态仿真，得到了溶液除湿过程中的优化控制方法和优化运行策略。深入研究了高效紧凑型除湿器的除湿性能，获得了除湿性能新实验关联式，发现了填料的临界高度，总结出了高效紧凑型除湿器结构参数优化方法。本项目的研究成果将为开发和验证基于溶液除湿的空调系统的鲁棒控制和优化策略以推动建筑节能和新能源利用提供理论和实验基础。项目资助发表论文6篇，其中SCI收录3篇；参加国际学术会议2人次；培养毕业博士1人。