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熱濕和污染物聯(lián)合控制的雙層復(fù)合轉(zhuǎn)輪空調(diào)系統(tǒng)

作者：2018級(jí)博士生 劉寧睿 胡新語(yǔ) 陳家楊 卜凡 清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系

指導(dǎo)老師：莫金漢，王寶龍 清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系

關(guān)鍵詞： 南方夏季，轉(zhuǎn)輪，除濕，污染物控制，空調(diào)，節(jié)能

摘要

本裝置旨在克服傳統(tǒng)除濕技術(shù)不節(jié)能、傳統(tǒng)凈化技術(shù)壽命短的問題。

裝置將轉(zhuǎn)輪與家用空調(diào)系統(tǒng)結(jié)合互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)溫濕分控，避免冷熱抵消以及提高冷機(jī)COP，實(shí)現(xiàn)節(jié)能；并設(shè)置雙層轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)（硅膠除濕轉(zhuǎn)輪+活性炭吸附轉(zhuǎn)輪）：相比市場(chǎng)上轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)和家用空調(diào)器，增加了甲醛等VOC污染物的去除作用；相比市場(chǎng)上的空氣凈化器，延長(zhǎng)吸附材料壽命，不用頻繁更換，實(shí)現(xiàn)減排；此外，轉(zhuǎn)輪還能去除新風(fēng)中的臭氧和NOx，引入新風(fēng)還能降低室內(nèi)CO2濃度，確保了室內(nèi)空氣質(zhì)量。

本裝置將轉(zhuǎn)輪、污染物吸附材料和空調(diào)系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)室內(nèi)溫濕負(fù)荷、室內(nèi)污染負(fù)荷和室外新風(fēng)溫濕、污染負(fù)荷的同時(shí)去除，達(dá)到了健康、舒適、節(jié)能、可持續(xù)的室內(nèi)空氣質(zhì)量目標(biāo)。在我國(guó)炎熱潮濕的南方有廣泛的應(yīng)用前景。

一、背景介紹

我國(guó)夏季南方炎熱除濕，導(dǎo)致住宅建筑除濕能耗占空調(diào)總能耗的20-40%，同時(shí)室內(nèi)會(huì)散發(fā)甲醛等揮發(fā)性有機(jī)物，而室外O3、NOx濃度較高，特別是O3已成為南方城市夏季的首要污染物，所以我國(guó)南方夏季空氣品質(zhì)處在內(nèi)憂外患之中，不容樂觀。

面對(duì)此，現(xiàn)有除濕技術(shù)常采用冷凝除濕，需將溫度降至空氣露點(diǎn)溫度以下，能耗較大；現(xiàn)有凈化設(shè)備采用活性炭物理吸附，易飽和、壽命短。所以我們希望設(shè)計(jì)一種利用轉(zhuǎn)輪同時(shí)進(jìn)行除濕和凈化的新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，在降溫除濕、凈化的基礎(chǔ)上，引入新風(fēng)凈化，并節(jié)約能耗、延長(zhǎng)使用壽命，實(shí)現(xiàn)健康、舒適、節(jié)能、減排的總目標(biāo)。

二、裝置原理

圖1. 裝置原理圖

   整個(gè)設(shè)備是一個(gè)雙層轉(zhuǎn)輪和空調(diào)相結(jié)合的新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。較高濕度的新風(fēng)和較高VOC濃度的室內(nèi)回風(fēng)分別通入新風(fēng)道和回風(fēng)道，經(jīng)過前蒸發(fā)器顯熱降溫的新風(fēng)與回風(fēng)到達(dá)轉(zhuǎn)輪，在適宜的吸附溫度下依次通過硅膠轉(zhuǎn)輪和活性炭吸附轉(zhuǎn)輪進(jìn)行水分、污染物的吸附，之后低濕、潔凈的空氣再經(jīng)過后蒸發(fā)器進(jìn)一步調(diào)節(jié)顯熱溫度后送入室內(nèi)。另外一部分室內(nèi)排風(fēng)先經(jīng)過熱回收區(qū)，回收一部分轉(zhuǎn)輪中再生引起的蓄熱，并給轉(zhuǎn)輪降溫，再經(jīng)過冷凝器廢熱加熱至轉(zhuǎn)輪適宜的脫附溫度，使水分、污染物脫附排出室外。實(shí)物樣機(jī)如圖2、圖3所示。

圖2. 第一代樣機(jī)實(shí)物圖

圖3. 第二代樣機(jī)實(shí)物圖

三、創(chuàng)新點(diǎn)

1.實(shí)現(xiàn)溫濕分控，利用轉(zhuǎn)輪為空調(diào)承擔(dān)除濕負(fù)荷，利用空調(diào)冷凝器廢熱對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行再生。避免冷凝除濕帶來的巨大能耗，同時(shí)節(jié)省了轉(zhuǎn)輪再生所需的熱量；

2.設(shè)置活性炭吸附轉(zhuǎn)輪，通過轉(zhuǎn)輪再生延長(zhǎng)吸附材料使用壽命，確保長(zhǎng)期有效去除污染物；

3.采取多種措施提升轉(zhuǎn)輪自身吸附性能：

（1）設(shè)置前蒸發(fā)器預(yù)冷被處理風(fēng)，提升轉(zhuǎn)輪吸附性能；

（2）引入新風(fēng)并獨(dú)立處理，降低室內(nèi)CO2濃度且避免組分稀釋與不同污染物組分之間競(jìng)爭(zhēng)吸附；

（3）新設(shè)熱回收區(qū)，避免轉(zhuǎn)輪蓄熱和直流式再生。