建筑热湿解耦环境控制原理及方法研究

本项目针对传统建筑环境控制方法存在的缺陷与不足，提出利用除湿剂除湿或者非单一蒸发温度逆向循环的热湿解耦环境控制体系构建原理，建立其热力循环理论分析方法与评价指标，深入揭示热湿解耦环境控制体系热力循环的节能特性，获得循环关键参数的优化原理。以强化除湿剂除湿循环性能为目的，通过引入冷/热源干预的方法强化溶液除湿剂与湿空气间的传热传质过程，研究冷/热源干预条件下溶液与湿空气热质耦合传递特性，建立科学描述该传热传质过程的跨区多变量耦合模型。通过合理设计固体除湿剂孔隙结构或者采用表面改性的方法，强化固体吸湿性能，并降低驱动热源温度。提出以太阳能为主的复合能源补偿方法，解决除湿循环中除湿剂再生的低品位热能补偿问题；并辅以除湿剂潜能蓄能方法，来保障热湿解耦环境控制系统的稳定高效运行。通过对热湿解耦环境控制系统进行实验研究，探讨其动态运行特性，构建系统动态模型并获取关键参数的优化方法。

本项目围绕有效的热湿解耦环境控制体系的构建与实现进行研究，主要表现在独立除湿方法与过程的实现、强化除湿剂循环性能的研究、除湿剂再生中涉及的高效能源补偿与蓄能方法的研究、以及完整的热湿解耦环境控制系统的动态特性的研究等方面；而子课题则主要围绕采用太阳能驱动固体除湿循环的热力过程特性、热湿解耦型固体除湿循环、除湿基材强化吸附与解吸机理、热湿解耦固体除湿空调循环热力分析与评价进行研究。项目主要研究内容和取得成果总结如下：. 项目首先对热湿解耦环境控制体系热力循环构建原理进行研究：①构建了基于溶液除湿的热湿解耦环境控制系统，对溶液除湿、蒸发冷却、太阳能集热、吊顶辐射供冷及置换通风等技术进行全面实验研究。②构建了利用双蒸发温度的热湿解耦分段处理的空调系统，进行了相关的实验研究，建立系统动态模型，获取关键参数的优化方法。③利用冰蓄冷方式解决热负荷的处理问题，构建了与深度溶液除湿相结合的带预冷的蒸发式过冷水制冰系统。④基于固体除湿，建立了采用太阳能驱动的新型双转轮两级固体除湿空调循环，对循环在冬季采暖和夏季制冷工况下进行了热力性能测试。. 其次，对除湿过程多变量的耦合传热传质机理进行了研究：①利用平板降膜溶液除湿/再生实验平台对空气与溶液间的耦合热质传递特性进行分析。②通过以新型氧化铝(Al2O3)泡沫陶瓷作为填料的直接蒸发冷却实验系统，对空气与水的跨温区热质传递特性以及填料的性能进行研究。③进行了除湿基材复合除湿剂强化吸附与解吸机理研究；设计了新型热湿解耦型除湿换热器，对其传热传质性能进行研究。. 第三，针对除湿剂再生过程低品位热能高效补偿与利用的方法进行研究：①建立了新型电渗析再生器，并进行了相关性能研究；在其研究基础上又建立了改进型太阳能溶液预处理电渗析再生系统。②完成了新型热湿解耦太阳能除湿换热器循环的构建和测试。. 最后，对热湿解耦环境控制系统动态特性和参数优化进行了研究：①构建了新型热泵驱动溶液除湿自主再生温湿度独立处理空调系统，并对其动态特性进行研究；②建立起双转轮两级除湿空调系统的热力学理论模型，模拟分析了全年的运行工况；③进行了热湿解耦固体除湿空调循环热力学分析与性能评价。