基于吸附式转轮除霾的净化空气循环热泵系统

发布时间：2020-05-11 18:29

【摘要】：吸附式转轮具有除湿和净化空气的功能,同时结构简单的空气循环热泵具有制热量和用户热负荷相一致的特性。本研究将空气循环热泵和吸附式转轮相结合,探究一种能够将供热、制冷、除湿以及净化等功能集中到一起的空气处理系统,以达到降低能耗、提高系统经济性、改善室内空气品质的目的。本文提出了一种基于再生式空气循环热泵和吸附式转轮除霾的净化空气循环热泵系统,由涡轮增压器代替传统的压缩机和膨胀机,且由鼓风机驱动。首先,采用有限时间热力学法建立了一个采用鼓风机驱动涡轮增压器的空气循环热泵系统热力学模型,将求得的解析解与相关文献的理论值以及模拟数据进行了有效的验证。其次,搭建吸附式转轮实验台考察吸附式转轮对固体颗粒物的净化效果,实验测试房间空气中固体颗粒物浓度的逐时变化来反映吸附式转轮的净化能力,再利用实验室的空气循环热泵实验台对采用不同数量鼓风机的热泵系统结构进行了测试。最后建立了空气循环热泵和吸附式转轮联合运行的数学模型,获得了空气循环热泵制热量与吸附式转轮风量间的匹配关联式。并以纯电动汽车为应用实例,分析了净化空气循环热泵系统的供热性能和净化性能。所建空气循环热泵系统热力学模型的模拟结果表明,在气温由5℃降低到-25℃的室外环境条件下,热泵制热COP仅从1.78降至1.69,下降幅度不到5%,与传统采用压缩机和膨胀机的空气循环热泵相比,其性能在室外温度大幅下降时更稳定。同时也验证了在室外温度变化的情况下,系统的制热量和用户热负荷变化一致。其次,在空气循环热泵实验方面,对于单风机驱动的系统结构,测试发现涡轮增压器的背压不足引起涡轮增压器效率过小,导致制热量不高;而采用并联双风机驱动的系统结构,则可以通过并联风机的增压提高制热量。在吸附式转轮除霾实验方面,测试发现吸附式转轮对雾霾有很好的净化效果。实验所用硅胶吸附式转轮对不同粒径颗粒物的吸附能力差异明显,在相同的工况(如:空气流量为260m~3/h,温度18℃,湿度41%,再生温度95℃)下,对1μm以下粒径的净化效率仅有21.5%,对10μm以上粒径的净化效率则上升为74.1%。空气流量是转轮净化效率的主要影响因素,在其他条件不变的情况下,当处理侧空气流量从260m~3/h下降到60m~3/h时,净化效率从70.3%上升到94.6%;同时发现实验所用转轮有效除霾所需的空气流量要小于该转轮除湿的额定空气流量,当空气流量为除湿额定流量的70%时,对雾霾的净化效率约为82%(低于本实验的最大实验值)。固体颗粒物初始浓度和空气湿度(30%~65%)等因素则对净化效率影响不大,当初始相对湿度提高35%时净化效率仅提高了5%,这说明吸附式转轮在外界环境发生变化的情况下能够保持自身运行的稳定性。以PTC供热的纯电动汽车为应用实例发现,采用净化空气循环热泵系统能耗更低,同时能够兼顾车内空间的净化除湿。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU834.8

【参考文献】