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中國科技網(wǎng)訊（記者王春）上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院制冷與低溫工程研究所王如竹教授團(tuán)隊(duì)日前取得一項(xiàng)重要研究成果，提出一種創(chuàng)新空調(diào)設(shè)計(jì)理念，將干燥劑除濕與蒸汽壓縮制冷進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，在不增加空調(diào)系統(tǒng)體積并保證送風(fēng)舒適性的前提下，讓普通家用空調(diào)的能效提高一倍。該研究成果有望對未來的空調(diào)行業(yè)產(chǎn)生革命性的影響，相關(guān)論文已經(jīng)在Nature出版集團(tuán)旗下的Scientific Reports上在線發(fā)表，相關(guān)研究已申請國內(nèi)發(fā)明。
這項(xiàng)研究提出了一個(gè)設(shè)計(jì)換熱器的思路，將干燥劑直接噴涂到傳統(tǒng)熱泵空調(diào)換熱器的表面上，形成所謂的儲(chǔ)濕換熱器。蒸發(fā)器一邊利用干燥劑除濕，一邊利用制冷劑降溫，使得空調(diào)的出風(fēng)直接滿足舒適性送風(fēng)的要求，打破了傳統(tǒng)空調(diào)先對空氣深度冷卻除濕后再加熱的模式。如此一來，既降低了空調(diào)系統(tǒng)的制冷蒸發(fā)器熱負(fù)荷，又將蒸發(fā)溫度從傳統(tǒng)空調(diào)的5-7℃提升至10-15℃。當(dāng)干燥劑接近吸附飽和時(shí)，蒸發(fā)器切換為冷凝器，同時(shí)冷凝器變?yōu)檎舭l(fā)器。制冷劑的冷凝熱可用于干燥劑再生，實(shí)現(xiàn)了部分冷凝廢熱的資源化利用；另一方面干燥劑內(nèi)的水解吸可增強(qiáng)冷凝器空氣側(cè)的散熱能力，從而有利于冷凝溫度從傳統(tǒng)的50-55℃降至40-45℃，進(jìn)一步提高空調(diào)能效。新型空調(diào)器的能效及舒適性得以大幅提升，解決了長久以來困擾空調(diào)設(shè)計(jì)的這對矛盾。
科研團(tuán)隊(duì)利用長期以來在除濕材料方面的研究積累，提出了一種新型的復(fù)合干燥劑設(shè)計(jì)方法，將吸濕鹽封裝進(jìn)普通介孔干燥劑的孔隙中，從而將溶液吸收與吸附相結(jié)合，使其能夠在30℃的溫差下實(shí)現(xiàn)吸濕與再生。這樣不僅能夠顯著提高固體干燥劑的吸水能力（尤其是吸濕速率），而且可避免鹽溶液與金屬換熱器的直接接觸，從而規(guī)避了困擾溶液除濕的腐蝕問題。通過合理控制復(fù)合干燥劑中的含鹽量以及運(yùn)行條件，避免干燥劑吸濕過量，保證換熱器表面始終處于干燥狀態(tài)，輕易解決了鹽溶液泄露或者出風(fēng)帶液的問題。另外，由于鹽溶液冰點(diǎn)溫度較低，冬天采暖時(shí)，有望實(shí)現(xiàn)無霜熱泵。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了一套將溶液浸漬與靜電噴涂相結(jié)合的換熱器涂覆工藝，實(shí)現(xiàn)干燥劑涂層在換熱器的表面原位合成，降低了儲(chǔ)濕換熱器的生產(chǎn)成本及制造難度。
這項(xiàng)研究根據(jù)儲(chǔ)濕換熱器的熱質(zhì)傳遞特性，提出了一種新穎的空氣調(diào)節(jié)概念――溫濕度弱關(guān)聯(lián)控制，即空調(diào)的送風(fēng)溫度和濕度可以在同一個(gè)換熱器上進(jìn)行獨(dú)立控制：首先調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度來控制送風(fēng)溫度，通過調(diào)節(jié)干燥劑吸濕過程的持續(xù)時(shí)間來控制送風(fēng)含濕量。相比于傳統(tǒng)的冷卻除濕，溫濕度弱關(guān)聯(lián)控制更加靈活和地適應(yīng)房間負(fù)荷水平的變化，并始終維持室內(nèi)的熱舒適性；只需要一套空調(diào)系統(tǒng)即可處理全部空調(diào)熱濕負(fù)荷，與溫濕度獨(dú)立控制的系統(tǒng)相比，其體積緊湊，而且造價(jià)更低。
根據(jù)以上設(shè)計(jì)思想，這項(xiàng)研究試制了一臺(tái)干燥劑增強(qiáng)型直膨式熱泵空調(diào)器，采用兩個(gè)同樣規(guī)格的儲(chǔ)濕換熱器分別用作蒸發(fā)器和冷凝器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在典型夏季空調(diào)工況下，該新型空調(diào)器的系統(tǒng)能效比可達(dá)6.20，如果不計(jì)入風(fēng)機(jī)功耗，其循環(huán)能效比高達(dá)7.14。
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