黃濤，柴少偉，趙耀，代彥軍

（上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所，上海 200240）

0 引言

隨著新型建筑更加注重圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能，廣泛采用如遮陽(yáng)棚、保溫材料等措施來減少建筑漏熱，室內(nèi)顯熱負(fù)荷得到有效降低，制冷負(fù)荷的熱濕比減小。在高溫高濕地區(qū)，降低空調(diào)系統(tǒng)的顯熱比，增強(qiáng)空調(diào)的除濕能力，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能降耗尤為重要，因此除濕空調(diào)得到越來越多研究者的關(guān)注[1-10]。

為了增強(qiáng)空調(diào)的除濕能力，同時(shí)不以犧牲空調(diào)系統(tǒng)的能效為代價(jià)，近年來一種將除濕換熱器和蒸氣壓縮式制冷循環(huán)相結(jié)合的新型空調(diào)器得到越來越多的關(guān)注。按照除濕換熱器的結(jié)構(gòu)形式，可分為采用硅膠等固體吸附材料的固體復(fù)合系統(tǒng)[11-12]和采用 LiCl等溶液的液體復(fù)合系統(tǒng)[13]。其中，在液體復(fù)合系統(tǒng)中，溶液除濕帶來的腐蝕問題一直是限制這種系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的瓶頸。

在固體復(fù)合系統(tǒng)中，除濕劑的再生熱增加了系統(tǒng)成本和復(fù)雜性，吸附熱限制了除濕材料的除濕性能。代彥軍等[14]提出采用太陽(yáng)能等低品位熱源作為除濕劑再生熱源，可有效解決再生熱問題。ELZAHZBY等[15]建立了太陽(yáng)能轉(zhuǎn)輪除濕模型。葛天舒[16]提出了多級(jí)轉(zhuǎn)輪的概念，抑制了吸附熱對(duì)系統(tǒng)的影響。

針對(duì)除濕過程中的吸附熱問題，彭作戰(zhàn)等[17]提出內(nèi)冷型除濕換熱器的概念，通過內(nèi)冷的方式降低吸附熱所引起的不可逆損失，以期達(dá)到或接近等溫除濕的理想除濕過程。LAZZARIN等[18]利用熱泵冷凝熱進(jìn)行除濕材料的再生，提出熱泵驅(qū)動(dòng)的溶液與固體除濕系統(tǒng)。結(jié)果表明，這種新型除濕系統(tǒng)能夠維持室內(nèi)空氣 50%的相對(duì)濕度，但顯熱處理能力有限。GE等[19-20]提出太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的回?zé)嵝统凉裣到y(tǒng)，提高了系統(tǒng)除濕性能和性能系數(shù) COP，并且用水等環(huán)境友好的傳熱介質(zhì)代替制冷劑進(jìn)行換熱，提供了一種經(jīng)濟(jì)、有效、穩(wěn)定的除濕制冷方式。

本文提出了由熱泵冷凝廢熱驅(qū)動(dòng)、以水作為系統(tǒng)間換熱介質(zhì)的熱泵除濕新風(fēng)系統(tǒng)。熱泵新風(fēng)除濕系統(tǒng)將內(nèi)冷式除濕換熱器（Desiccant Coated Heat Exchanger，DCHE）與傳統(tǒng)的熱泵系統(tǒng)相結(jié)合，水作為除濕系統(tǒng)和熱泵系統(tǒng)間的傳熱介質(zhì)。利用熱泵冷凝熱與再生熱水換熱，流經(jīng)除濕換熱器通道，對(duì)除濕材料進(jìn)行再生；利用熱泵產(chǎn)生的冷卻水對(duì)除濕材料進(jìn)行內(nèi)冷卻，達(dá)到等溫除濕的目的；通過兩個(gè)內(nèi)冷式除濕換熱器的并列結(jié)構(gòu)以及四通水閥和風(fēng)閥的切換實(shí)現(xiàn)連續(xù)除濕。為了驗(yàn)證系統(tǒng)的節(jié)能性和除濕性能，對(duì)熱泵新風(fēng)除濕系統(tǒng)進(jìn)行了夏季工況下的實(shí)驗(yàn)研究。

1 系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)組成

圖1所示為除濕換熱器熱泵新風(fēng)除濕系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。根據(jù)水路循環(huán)和風(fēng)路流程，系統(tǒng)可劃分為再生熱水循環(huán)、冷卻水循環(huán)、處理空氣流程和再生空氣流程。系統(tǒng)主要由 4個(gè)子系統(tǒng)組成：除濕子系統(tǒng)、熱泵子系統(tǒng)、水循環(huán)子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)。圖2所示為熱泵新風(fēng)除濕系統(tǒng)實(shí)物，圖3所示為新風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)道立體設(shè)計(jì)。

圖1 除濕換熱器熱泵新風(fēng)除濕系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

圖2 熱泵新風(fēng)除濕系統(tǒng)實(shí)物

圖3 新風(fēng)除濕系統(tǒng)風(fēng)道設(shè)計(jì)

1.1.1 除濕子系統(tǒng)

除濕子系統(tǒng)是熱泵新風(fēng)除濕系統(tǒng)的主要部件，主要由除濕換熱器、通風(fēng)管道、軸流風(fēng)機(jī)和測(cè)試用傳感器組成。

除濕換熱器是除濕子系統(tǒng)的核心部件，通過換熱器翅片表面涂覆的吸附材料對(duì)其表面流經(jīng)空氣除濕，由兩個(gè)相同規(guī)格結(jié)構(gòu)的除濕換熱器并聯(lián)而成（分別為圖1的DCHE-A和DCHE-B）。軸流風(fēng)機(jī)和通風(fēng)管道構(gòu)成新風(fēng)通道，主要用來引導(dǎo)室外空氣流經(jīng)除濕換熱器、進(jìn)行空氣的除濕過程和除濕換熱器的再生過程。測(cè)試用傳感器（T5、T11、T12、T13等）主要測(cè)量進(jìn)出口風(fēng)的溫濕度變化情況及變頻風(fēng)機(jī)當(dāng)下的送風(fēng)量。除濕/再生通風(fēng)管道的主要結(jié)構(gòu)為：除濕換熱器設(shè)置于通風(fēng)管路中間，在空氣管路入口處設(shè)置一個(gè)變頻軸流風(fēng)機(jī)用來驅(qū)動(dòng)空氣的流動(dòng)。

除濕換熱器有除濕和再生兩種工作模式。除濕模式，翅片表面干燥劑對(duì)流經(jīng)表面的新風(fēng)進(jìn)行除濕，換熱器管道內(nèi)通以冷卻水帶走吸附過程中的吸附熱，實(shí)現(xiàn)新風(fēng)除濕；再生模式，換熱器管道內(nèi)通以再生熱水加熱解析吸附飽和的干燥劑，流經(jīng)表面的室外空氣帶走解析過程中的水分，實(shí)現(xiàn)干燥劑再生和室外空氣加熱加濕。

系統(tǒng)采用兩個(gè)除濕換熱器并聯(lián)的模式[20-22]，通過切換水路和風(fēng)道來實(shí)現(xiàn)連續(xù)除濕過程。使用四通水閥（WV1和WV2）代替三通閥來控制冷熱水的流向切換，簡(jiǎn)化了管路設(shè)計(jì)。除濕換熱器結(jié)構(gòu)尺寸如表1所示。

表1 除濕換熱器尺寸

1.1.2 熱泵子系統(tǒng)

熱泵子系統(tǒng)是熱泵新風(fēng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部件，主要提供除濕子系統(tǒng)所需的冷卻水和再生熱水。由壓縮機(jī)、套管式蒸發(fā)器、套管式冷凝器、膨脹閥及其他附屬部件構(gòu)成。

蒸發(fā)器和冷凝器均采用套管式換熱器。在蒸發(fā)器/冷凝器中，套管式換熱器內(nèi)循環(huán)水與制冷劑管道內(nèi)的蒸發(fā)段/冷凝段進(jìn)行換熱，得到冷卻水/再生熱水。測(cè)試用傳感器（T1、T2、T3和T4等）測(cè)量制冷劑循環(huán)管道內(nèi)各處溫度和壓力的變化。

熱泵子系統(tǒng)供熱穩(wěn)定，產(chǎn)生的冷熱水溫差可達(dá)30℃左右，滿足干燥劑的除濕過程和再生過程。

1.1.3 水循環(huán)子系統(tǒng)

水循環(huán)子系統(tǒng)是熱泵新風(fēng)系統(tǒng)的傳熱部件。主要由無規(guī)共聚聚丙烯（Pdypropylene-Random，PPR）水管道、2臺(tái)變頻水泵、2個(gè)四通換向閥及其他測(cè)試用傳感器組成。

水泵和PPR水管道構(gòu)成封閉的自循環(huán)水路系統(tǒng)，主要將熱泵子系統(tǒng)內(nèi)的蒸發(fā)用/冷凝用套管式換熱器內(nèi)換熱得到的冷卻水/再生熱水，送入除濕換熱器管道內(nèi)，進(jìn)行除濕換熱器的除濕模式/再生模式。連接至可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制系統(tǒng)的變頻水泵，主要控制水循環(huán)的水質(zhì)量流量的變化。測(cè)試用傳感器（T6和T7等）主要測(cè)量管道內(nèi)水溫變化情況及水質(zhì)量流量的大小。

1.1.4 控制子系統(tǒng)

控制子系統(tǒng)是熱泵新風(fēng)除濕系統(tǒng)的控制部件。主要有PLC、變頻器和各電子元器件組成。

PLC為控制子系統(tǒng)的核心元件，連接其他變頻設(shè)備。在連續(xù)除濕的情況下，根據(jù)不同的環(huán)境參數(shù)，適當(dāng)改變切換時(shí)間、水質(zhì)量流量、壓縮機(jī)功率和風(fēng)機(jī)功率等，保證熱泵子系統(tǒng)和除濕子系統(tǒng)的最佳性能匹配。

數(shù)字量為四通換向閥WV1和WV2；模擬量為變頻水泵WF1和WF2；變頻壓縮機(jī)為C1；變頻風(fēng)機(jī)為F1和 F2。

1.2 系統(tǒng)運(yùn)行原理及控制策略

系統(tǒng)基本的運(yùn)行模式與原有的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)除濕系統(tǒng)一致，持續(xù)新風(fēng)通過除濕換熱器表面。除濕換熱器 DCHE-A/DCHE-B內(nèi)管道分別流經(jīng)來自熱泵子系統(tǒng)中供給的冷卻水/再生熱水，實(shí)現(xiàn)除濕/再生模式。在規(guī)定周期時(shí)間內(nèi)或吸附材料飽和時(shí)，切換四通水閥改變水流向，使冷卻水/再生熱水流經(jīng)DCHE-B/DCHE-A，實(shí)現(xiàn)再生/除濕模式。周期運(yùn)行，達(dá)到連續(xù)除濕目的。

水路循環(huán)切換控制采用2個(gè)四通換向水閥代替原有的8個(gè)電磁閥，控制模塊中CPU的數(shù)字量輸出控制；CPU及擴(kuò)展模塊模擬量輸出連接至變頻器的電位器，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)/風(fēng)機(jī)1/風(fēng)機(jī)2/水泵1/水泵2的比例-積分-微分控制器(Proportion-Integral-Derivative，PID）變頻控制。

壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)和水泵等的變頻控制需要考慮除濕換熱器的進(jìn)出口風(fēng)溫濕度和進(jìn)出口水溫。

熱泵新風(fēng)系統(tǒng)控制策略不僅可以按照原有運(yùn)行周期切換控制，還可以根據(jù)進(jìn)出口風(fēng)溫濕度等變量進(jìn)行PID自動(dòng)控制。

1.3 數(shù)據(jù)測(cè)量與采集

熱泵新風(fēng)系統(tǒng)實(shí)中，測(cè)量的變量參數(shù)有3部分。

1）空氣側(cè)：環(huán)境空氣（AA）的干球溫度To和相對(duì)濕度φo；除濕空氣（SA）的風(fēng)速 va1、干球溫度T1和相對(duì)濕度φ1；再生空氣（EA）的風(fēng)速va2、干球溫度T2和相對(duì)濕度φ2；

2）水側(cè)：冷卻水的水質(zhì)量流量Qw1、換熱器（DCHE-A）進(jìn)口水溫Ti1、出口水溫To1；再生熱水的水質(zhì)量流量Qw2、換熱器（DCHE-B）進(jìn)口水溫Ti2、出口水溫To2；

3）制冷劑循環(huán)管路側(cè)：壓縮機(jī)供電電流A1（A）；壓縮機(jī)進(jìn)口制冷劑溫度T4、壓力p4、出口溫度T1、壓力p1；膨脹閥進(jìn)口制冷劑溫度T2、壓力p2、出口溫度T3、壓力p3。

表3所示為實(shí)驗(yàn)測(cè)量?jī)x器及設(shè)備的主要性能參數(shù)。

表3 實(shí)驗(yàn)測(cè)量?jī)x器及設(shè)備的主要性能參數(shù)

2 系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

熱泵新風(fēng)除濕系統(tǒng)中，性能評(píng)價(jià)指標(biāo)分為系統(tǒng)的除濕性能評(píng)價(jià)和能效性能評(píng)價(jià)。

2.1 除濕性能評(píng)價(jià)

除濕性能評(píng)價(jià)指標(biāo)包括瞬時(shí)除濕量 Dt和平均除濕量 Dav。瞬時(shí)除濕量為任意時(shí)刻再生空氣的含濕量變化狀況；平均除濕量為整個(gè)除濕過程中的有效加濕效果。

式中，Dt為瞬時(shí)除濕量，g/(kg干空氣)；din為除濕模式下，除濕換熱器的進(jìn)口含濕量，g/(kg干空氣)；dout為進(jìn)口含濕量，g/(kg干空氣)。

式中，Dav為T時(shí)間內(nèi)平均除濕量，g/(kg干空氣)；T為除濕過程進(jìn)行的時(shí)間，s。

空氣含濕量由Antoine方程[23]進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算，建立空氣含濕量d和傳感器測(cè)得的干球溫度Tw、相對(duì)濕度φ的計(jì)算關(guān)系式：

式中，d為濕空氣含濕量，g/(kg干空氣)；φ為傳感器測(cè)得的相對(duì)濕度，%；ps為水蒸氣飽和分壓力，MPa；pb為上海夏季室外大氣壓力，取0.10053 MPa。

式中，A、B和 C為 Antoine常數(shù)，A=23.1964，B=3,816.44，C=-46.13；Tw為干球溫度，℃。

2.2 能效性能評(píng)價(jià)

熱泵新風(fēng)除濕系統(tǒng)的主要能效評(píng)價(jià)指標(biāo)是熱力性能系數(shù) COPd，即有效除濕過程中的全熱制冷量與熱泵系統(tǒng)中壓縮機(jī)耗電量的比值。在除濕換熱器的再生過程中，主要由熱泵系統(tǒng)中的冷凝熱驅(qū)動(dòng)。此時(shí)忽略水泵、風(fēng)機(jī)等消耗的電能。

式中，COPd為熱泵新風(fēng)除濕系統(tǒng)的性能系數(shù)；Qa為系統(tǒng)的全熱制冷量，kW；P為壓縮機(jī)功率，kW；ma為空氣質(zhì)量流量，kg/s；hi和ho分別為除濕換熱器進(jìn)出口空氣的焓值，J/kg；I為傳感器測(cè)得壓縮機(jī)供電電流，A；U為壓縮機(jī)供電電壓，V。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

系統(tǒng)在上海夏季工況下運(yùn)行并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析研究。根據(jù)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50736—2012》[24]，上海地區(qū)室外夏季通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)定，通風(fēng)室外干球溫度為30.8℃，通風(fēng)室外空氣相對(duì)濕度為65%，含濕量為18.5 g/(kg干空氣)。

系統(tǒng)初設(shè)定運(yùn)行周期為12 min，每6 min切換1次，數(shù)據(jù)采集間隔時(shí)間為1 s。

3.1 典型工況的除濕性能分析

對(duì)熱泵除濕系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化確定。在除濕子系統(tǒng)中，其冷卻水/再生熱水的質(zhì)量流量分別根據(jù)熱泵子系統(tǒng)的蒸發(fā)器/冷凝器換熱量進(jìn)行匹配，為0.12 kg/s和0.15 kg/s。

確定優(yōu)化參數(shù)后，以一組典型工況的實(shí)驗(yàn)為例做具體分析。室外環(huán)境空氣參數(shù)：平均干球溫度Tav,o=29.7℃，平均含濕量dav,o=14.9 g/(kg干空氣)，平均風(fēng)量QF=430 m3/h。系統(tǒng)循環(huán)參數(shù)：冷卻水平均溫度Tw,c=23.3℃；再生熱水平均溫度Tw,h=49.9℃；平均水流量Qw,c為450 L/h和580 L/h；系統(tǒng)循環(huán)時(shí)間T=720 s。

圖4所示為典型工況下，出風(fēng)口干球溫度與含濕量隨時(shí)間的變化。第一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)（0～360 s），DCHE-A處于除濕模式時(shí)，DCHE-B處于再生模式，空氣流經(jīng)DCHE-A表面后吸附除濕，送入室內(nèi)。第二個(gè)循環(huán)周期內(nèi)（360～720 s），切換水路和風(fēng)道，使吸附飽和的 DCHE-A處于再生模式，再生后的DCHE-B處于除濕模式，室外空氣流經(jīng) DCHE-B，進(jìn)行除濕，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)除濕。

圖5所示為DCHE-A的出風(fēng)口干球溫度和含濕量隨時(shí)間的變化。第一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)（0～360 s），DCHE-A進(jìn)入除濕模式約17 s后，出口空氣的含濕量達(dá)到最低值，為 5.33 g/(kg干空氣)，最大除濕量為 9.57 g/(kg干空氣)。此時(shí)，固體干燥劑由于吸附空氣中的水分而釋放出大量的吸附熱，降低了固體干燥劑的除濕性能，出口空氣的含濕量有短暫的上升，持續(xù)約10 s。冷卻水迅速將產(chǎn)生的吸附熱帶走，固體干燥劑恢復(fù)除濕性能，出口空氣的含濕量繼續(xù)下降。經(jīng)過約80 s波動(dòng)后，出口空氣的含濕量達(dá)到較為穩(wěn)定的水平，約為 8.01 g/(kg干空氣)。在整個(gè)除濕過程中，除濕換熱器 A的平均除濕量達(dá)到5.04 g/(kg干空氣)。冷卻水也降低了空氣顯熱，使出口空氣的溫度降至23.8℃。

圖4 典型工況下出風(fēng)口干球溫度與含濕量隨時(shí)間的變化

圖5 DCHE-A的出風(fēng)口干球溫度與含濕量隨時(shí)間的變化

第二個(gè)循環(huán)周期內(nèi)（360～720 s），DCHE-A切換為再生模式。再生熱水通過DCHE-A銅管內(nèi)，加熱涂覆于除濕換熱器翅片表面的固體干燥劑，使吸附的水分釋放，進(jìn)行解析再生。出現(xiàn)瞬時(shí)的最高再生量為 12.03 g/(kg干空氣)。固體干燥劑釋放水分吸收大量的熱量，使再生熱水的溫度下降，干燥劑釋放的水分減少，逐漸趨于穩(wěn)定。整個(gè)再生周期內(nèi)，平均再生量達(dá)到4.95 g/(kg干空氣)，與除濕過程中的平均除濕量相近，整個(gè)除濕與再生過程符合質(zhì)量守恒定律。

再生熱水加熱空氣后，出口溫度升至 45.5℃，這部分高溫高濕的空氣，在干燥季節(jié)或冬季，可用于室內(nèi)加濕工況。由于手工噴涂上膠等原因，與DCHE-A相比，DCHE-B的除濕性能略差，但不影響系統(tǒng)整體運(yùn)行效率。

3.2 系統(tǒng)能效分析

3.2.1 送風(fēng)量對(duì)系統(tǒng)性能的影響

圖6所示為換熱器COP和平均除濕量隨送風(fēng)量的變化。

通過變頻軸流風(fēng)機(jī)控制送風(fēng)量，觀察熱泵新風(fēng)除濕系統(tǒng)COPd與送風(fēng)量關(guān)系。環(huán)境空氣的平均干球溫度約為28.8℃，平均含濕量約為14.7 g/(kg干空氣)，冷卻水和再生熱水的平均溫度分別為 25.1℃和49.5℃，平均質(zhì)量流量分別為0.12 kg/s和0.15 kg/s，系統(tǒng)循環(huán)時(shí)間為720 s。

表4所示為不同送風(fēng)量下平均除濕量及回風(fēng)比。結(jié)果顯示，系統(tǒng)的平均除濕量隨送風(fēng)量的增加而減小。當(dāng)風(fēng)量為291 m3/h時(shí)，平均除濕量為5.76 g/(kg干空氣)；當(dāng)風(fēng)量為1,040 m3/h時(shí)，平均除濕量為3.4 g/(kg干空氣)。由于送風(fēng)量增加，空氣流經(jīng)除濕換熱器翅片流速變快，與固體干燥劑的接觸時(shí)間變短，除濕過程不充分。

圖6 送風(fēng)量對(duì)系統(tǒng)性能的影響

表4 不同送風(fēng)量下平均除濕量及回風(fēng)比

系統(tǒng)COPd隨著送風(fēng)量成正比。當(dāng)送風(fēng)量為291 m3/h時(shí)，系統(tǒng)COPd=2.06；當(dāng)風(fēng)量為1,040 m3/h時(shí)，系統(tǒng)COPd=4.99。由于送風(fēng)量的增加，單位時(shí)間內(nèi)處理空氣能力增強(qiáng)，總除濕量增加，所以系統(tǒng)的全熱制冷量隨之增加。

為保證系統(tǒng)平均含濕量 Dav≥8 g/(kg干空氣)，熱泵新風(fēng)除濕系統(tǒng)需設(shè)置一次回風(fēng)，滿足除濕要求。在不同風(fēng)量下，系統(tǒng)為保證出口空氣的含濕量，設(shè)置回風(fēng)比見表4。

3.2.2 再生熱水對(duì)系統(tǒng)性能的影響

再生熱水的溫度對(duì)除濕換熱器干燥劑的再生性能有直接影響，并間接影響除濕換熱器的除濕性能。圖7所示為再生熱水溫度對(duì)系統(tǒng)性能的影響。實(shí)驗(yàn)條件：空氣干球溫度為 31.5℃，含濕量為18.5 g/(kg干空氣)，系統(tǒng)循環(huán)時(shí)間為720 s，風(fēng)速為1.5 m/s，熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度為 15℃，冷凝溫度比熱水溫度約高5℃。選取6組實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行分析。

當(dāng)系統(tǒng)再生熱水溫度從35℃增至65℃時(shí)，平均除濕量從2.5 g/(kg干空氣)增至6.13 g/(kg干空氣)。原因是在除濕換熱器的再生階段，再生溫度越高，干燥劑材料再生越完全，干燥劑在除濕階段的吸附能力越強(qiáng)。

圖7 再生熱水溫度對(duì)系統(tǒng)性能的影響

再生熱水溫度提高，熱泵除濕系統(tǒng) COPd和原熱泵系統(tǒng) COP均下降。由于熱水溫度提升，熱泵循環(huán)中的冷凝溫度提升，熱泵循環(huán)溫度差增加，熱泵除濕系統(tǒng)COPd和原熱泵系統(tǒng)COP均下降。

在6組不同工況下，熱泵新風(fēng)除濕系統(tǒng)COPd均高于原熱泵系統(tǒng)COP，且這種提高程度呈先增大后減小趨勢(shì)。當(dāng)再生熱水溫度為30～50℃時(shí)，除濕系統(tǒng)COPd從5%升至45%；當(dāng)熱水溫度為50～65℃時(shí)，系統(tǒng)COPd從45%降至10%。

由于熱泵新風(fēng)除濕系統(tǒng)利用熱泵循環(huán)中冷凝廢熱進(jìn)行除濕換熱器的再生，提升吸附材料的除濕能力，增加了系統(tǒng)的全熱制冷量，除濕系統(tǒng)COPd在原熱泵系統(tǒng)性能上有所提升，除濕系統(tǒng)COPd提高。

由于再生溫度的升高，吸附材料的除濕性能提升，除濕系統(tǒng) COPd增加；再生熱水溫度升高，系統(tǒng)的熱損增大，當(dāng)再生階段消耗的熱量和除濕階段獲得的制冷量不成正比時(shí)，除濕系統(tǒng)COPd減小。

綜上所述，提高再生熱水溫度，冷凝溫度升高，系統(tǒng) COPd下降；再生溫度的提升，增加了系統(tǒng)的全熱制冷量，COPd比原熱泵系統(tǒng)COP的提升程度呈先增加后減小趨勢(shì)；在一定情況下（如圖7中再生熱水50℃）可以提高COPd，而過高的再生溫度導(dǎo)致 COPd先增加后減小，對(duì)系統(tǒng)造成能量損失，增加了配套熱源的要求和成本；對(duì)于系統(tǒng)再生溫度的選定，需要權(quán)衡除濕量和COPd之間的綜合關(guān)系。

3.2.3 新風(fēng)除濕系統(tǒng)的能效

通過不同送風(fēng)量和不同再生溫度的變工況下，除濕換熱器的熱泵系統(tǒng)與普通換熱器的熱泵系統(tǒng)進(jìn)行比較。當(dāng)壓縮機(jī)功率為1 kW，在測(cè)試工況（蒸發(fā)溫度 10℃、冷凝溫度 55℃、風(fēng)量 1,040 m3/h）下，熱泵新風(fēng)除濕系統(tǒng)性能系數(shù)COPd為3.23。本系統(tǒng)使用普通換熱器情況下，滿足設(shè)計(jì)要求。

比較熱泵新風(fēng)除濕系統(tǒng)與原熱泵系統(tǒng)，熱泵新風(fēng)除濕系統(tǒng)COPd為4.99（在壓縮機(jī)測(cè)試工況時(shí)）。在變風(fēng)量情況下，新風(fēng)除濕系統(tǒng) COPd均高于原熱泵系統(tǒng)COP。

由于除濕換熱器再生過程中，利用熱泵循環(huán)的冷凝熱進(jìn)行解析再生，形成吸附劑內(nèi)水的自由焓與空氣中水蒸氣的自由焓差。切換至除濕模式時(shí)，由冷凝熱生成的這部分自由焓差，增大了系統(tǒng)除濕能力，增加了系統(tǒng)潛熱制冷量，提高了系統(tǒng)性能系數(shù)。

4 結(jié)論

本文研究了基于除濕換熱器的熱泵除濕新風(fēng)系統(tǒng)，采用除濕過程中產(chǎn)生的冷凝廢熱對(duì)除濕換熱器內(nèi)干燥劑進(jìn)行再生，提高了系統(tǒng)能效，得到如下結(jié)論：

1）在典型夏季工況（干球溫度為 28.7℃，平均含濕量為14.9 g/(kg干空氣)下運(yùn)行測(cè)試。設(shè)置運(yùn)行周期12 min，風(fēng)量為430 m3/h，系統(tǒng)平均除濕量為5.33 g/(kg干空氣)；

2）在壓縮機(jī)的規(guī)定測(cè)試條件下，送風(fēng)量與系統(tǒng)平均除濕量呈反比，與系統(tǒng)性能系數(shù)呈正比。為保證系統(tǒng)平均含濕量Dav≥8 g/(kg干空氣)，熱泵新風(fēng)除濕系統(tǒng)需設(shè)置一次回風(fēng)，滿足除濕要求；

3）與傳統(tǒng)熱泵系統(tǒng)相比，熱泵新風(fēng)除濕系統(tǒng)COPd提高了20%～50%。COPd提高程度隨著再生溫度的上升和循環(huán)溫度差的增加，呈先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)再生熱水溫度為50℃時(shí)，COPd提高最大值為45%。