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AG体育·(中国)官方网站·AG SPORT_环保型空气湿度智能控制设备论文

  摘要:本文采用新工艺制作了一种太阳能室内空气湿度智能控制设备。该设备由除湿单元、加湿单元、太阳能供电单元和水冷凝单元等四大单元组成,具有设计新颖与结构简单,能够较好地满足人们日常生活起居中对湿度的不同要求。本设备的最大亮点是可以通过自带的太阳能电池板供电,既可以大大节约成本,还减少了其他潜在的安全隐患;并且使用的干燥剂在设备自身的干燥箱内利用太阳热能干燥后,达到重复利用的效果。干燥剂在干燥除水过程中产生的水蒸气通过水冷凝单元冷凝后,可以回收作为加湿单元的水源,实现了水的循环利用,达到节能环保的目的。关键词:室内;太阳能;除湿;加湿;空气湿度智能控制设备

  目录1.1引言 41.2 国内智能湿度控制设备的研发动态 51.2.1国内湿度测量领域发展动态 51.2.2国内智能湿度控制设备研发动态 8第二章 方案设计 92.1 设计思路 92.2 结构设计 102.3控制系统 11第三章 数学建模 113.1 控制方程 113.2周期条件和进口条件 13第四章 样机测试与优化 144.1 工作流程(附图说明) 144.3 改进与优化 184.3.1风速的影响 184.3.2管排的影响 18第五章 结论 19第六章 应用前景 19参考文献、附件一

  第一章 项目背景及研究意义1.1引言在我国南方地区夏季雨天室内湿气较重,当空气湿度大于65%RH,人体中的松果激素量也较大,使得体内甲状腺素及肾上腺素的浓度相对降低,人就会感到无精打采,萎靡不振。长时间在湿度较大的地方工作、生活,还容易患风湿性、类风湿性关节炎等湿痹症,最终导致人体的免疫力下降, 且在高湿度环境中,霉菌等也更容易滋生。科学研究表明,人生活在相对湿度45-65%RH,湿度指数为50-60的环境中最感舒适,也不容易引发呼吸系统的疾病。而在北方家庭中,不论夏日还是冬季,家中的空气湿度都低于40%RH,比较干燥,以前很多家庭都选择在家里的卧室和客厅放一盆水,以增加空气的湿度。随着人们生活水平的提高,很多家庭配备了空气加湿设备,但都是使用电能为驱动能源,而且普通的空气加湿设备的加湿范围有限。正是因为空气湿度影响着人们的健康,所以应随着季节变化而合理调节居室内的空气湿度,从而使居室湿度保持在适宜的范围之内。目前国内市场已拥有大型工业用加湿除湿一体机和家用型加湿除湿一体机,但两者都需要消耗大量外供电和外供水,且工业用造价还十分昂贵。从环保和长期效益上来看都不是最理想的智能湿度调控设备。因此能设计出一种能节能省电,节约水资源且造价相对便宜的环保型智能湿度控制设备是我们的研究方向

  1.2 国内智能湿度控制设备的研发动态1.2.1国内湿度测量领域发展动态进入21世纪后,特别在我国加入WTO后,国内产品面临巨大挑战。各行业特别是传统产业都急切需要应用电子技术、自动控制技术进行改造和提升。例如纺织行业,温湿度是影响纺织品质量的重要因素,但纺织企业对温湿度的测控手段仍很粗糙,十分落后,绝大多数仍在使用干湿球湿度计,采用人工观测,人工调节阀门、风机的方法,其控制效果可想而知。制药行业里也基本如此。而在食品行业里,则基本上凭经验,很少有人使用湿度传感器。值得一提的是,随着农业向产业化发展,许多农民意识到必需摆脱落后的传统耕作、养殖方式,采用现代科学技术来应付进口农产品的挑战,并打进国外市场。各地建立了越来越多的新型温室大棚,种植反季节蔬菜,花卉;养殖业对环境的测控也日感迫切;调温冷库的大量兴建都给温湿度测控技术提供了广阔的市场。我国已引进荷兰、以色列等国家较先进的大型温室四十多座,自动化程度较高,成本也高。国内正在逐步消化吸收有关技术,一般先搞调温、调光照,控通风;第二步搞温湿度自动控制及CO2测控。此外,国家粮食储备工程的大量兴建,对温湿度测控技术提也提出了要求。 但目前,在湿度测试领域大部分湿敏元件性能还只能使用在通常温度环境下。在需要特殊环境下测湿的应用场合大部分国内包括许多国外湿度传感器都面临着技术难题,例如在上面提到纺织印染行业,食品行业,耐高温材料行业等,都需要在高温情况下测量湿度。一般情况下,印染行业在纱锭烘干中,温度能达到120摄氏度或更高温度;在食品行业中,食物的烘烤温度能达到80-200摄氏度左右;耐高温材料,如陶瓷过滤器的烘干等能达到200摄氏度以上。在这些情况下,普通的湿度传感器是很难测量的。 高分子电容式湿度传感器通常都是在绝缘的基片诸如玻璃、陶瓷、硅等材料上,用丝网漏印或真空镀膜工艺做出电极,再用浸渍或其它办法将感湿胶涂覆在电极上做成电容元件。湿敏元件在不同相对湿度的大气环境中,因感湿膜吸附水分子而使电容值呈现规律性变化,此即为湿度传感器的基本机理。影响高分子电容型元件的温度特性,除作为介质的高分子聚合物的介质常数ε及所吸附水分子的介电常数ε受温度影响产生变化外,还有元件的几何尺寸受热膨胀系数影响而产生变化等因素。根据德拜理论的观点,液体的介电常数ε是一个与温度和频率有关的无量纲常数。水分子的ε在T=5℃时为78.36,在T=20℃时为79.63。有机物ε与温度的关系因材料而异,且不完全遵从正比关系。在某些温区ε随T呈上升趋势,某些温区ε随T增加而下降。多数文献在对高分子湿敏电容元件感湿机理的分析中认为:高分子聚合物具有较小的介电常数,如聚酰亚胺在低湿时介电常数为3.0一3.8。而水分子介电常数是高分子ε的几十倍。因此高分子介质在吸湿后,由于水分子偶极距的存在,大大提高了吸水异质层的介电常数,这是多相介质的复合介电常数具有加和性决定的。由于ε的变 化,使湿敏电容元件的电容量C与相对湿度成正比。在设计和制作工艺中很难组到感湿特性全湿程线性。作为电容器,高分子介质膜的厚度d和平板电容的效面积S也和温度有关。温度变化所引起的介质几何尺寸的变化将影响C值。高分子聚合物的平均热线胀系数可达到 的量级。例如硝酸纤维素的平均热线/℃。随着温度上升,介质膜厚d增加,对C呈负贡献值;但感湿膜的膨胀又使介质对水的吸附量增加,即对C呈正值贡献。可见湿敏电容的温度特性受多种因素支配,在不同的湿度范围温漂不同;在不同的温区呈不同的温度系数;不同的感湿材料温度特性不同。总之,高分子湿度传感器的温度系数并非常数,而是个变量。所以通常传感器生产厂家能在-10-60摄氏度范围内是传感器线性化减小温度对湿敏元件的影响。 国外厂家比较优质的产品主要使用聚酰胺树脂,产品结构概要为在硼硅玻璃或蓝宝石衬底上真空蒸发制作金电极,再喷镀感湿介质材料(如前所述)形式平整的感湿膜,再在薄膜上蒸发上金电极.湿敏元件的电容值与相对湿度成正比关系,线%。虽然,测湿性能还算可以但其耐温性、耐腐蚀性都不太理想,在工业领域使用,寿命、耐温性和稳定性、抗腐蚀能力都有待于进一步提高。 陶瓷湿敏传感器是近年来大力发展的一种新型传感器。优点在于能耐高温,湿度滞后,响应速度快,体积小,便于批量生产,但由于多孔型材质,对尘埃影响很大,日常维护频繁,时常需要电加热加以清洗易影响产品质量,易受湿度影响,在低湿高温环境下线性度差,特别是使用寿命短,长期可靠性差,是此类湿敏传感器迫切解决的问题。 当前在湿敏元件的开发和研究中,电阻式湿度传感器应当最适用于湿度控制领域,其代表产品氯化锂湿度传感器具有稳定性、耐温性和使用寿命长多项重要的优点,氯化锂湿敏传感器已有了五十年以上的生产和研究的历史,有着多种多样的产品型式和制作方法,都应用了氯化锂感湿液具备的各种优点尤其是稳定性最强。 氯化锂湿敏器件属于电解质感湿性材料,在众多的感湿材料之中,首先被人们所注意并应用于制造湿敏器件,氯化锂电解质感湿液依据当量电导随着溶液浓度的增加而下降。电解质溶解于水中降低水面上的水蒸气压的原理而实现感湿。 氯化锂湿敏器件的衬底结构分柱状和梳妆,以氯化锂聚乙烯醇涂覆为主要成份的感湿液和制作金质电极是氯化锂湿敏器件的三个组成部分。多年来产品制作不断改进提高,产品性能不断得到改善,氯化锂感湿传感器其特有的长期稳定性是其它感湿材料不可替代的,也是湿度传感器最重要的性能。在产品制作过程中,经过感湿混合液的配制和工艺上的严格控制是保持和发挥这一特性的关键。 在国内JUCSAN依托于国家计量科学研究院、中科院自动化研究所、化工研究院等大型科研单位从事温湿度传感器产品的研制、生产。选用氯化锂感湿材料作为主攻方向,生产氯化锂湿敏传感器及相关变送器,自动化仪表等产品,在吸取了国内外此项技术的成功经验的同时,努力克服传统产品存在的各项弱点,取得实质性进展。产品选用了Al2O3及SiO2陶瓷基片为衬底,基片面积大大缩小,采用特殊的工艺处理,耐湿性和粘覆性均大大提高。使用烧结工艺,在衬底集片上烧结5个9的工业纯金制成的梳妆电极,氯化锂感湿混合液使用新产品添加剂和固有成份混合经过特殊的老化和涂覆工艺后,湿敏基片的使用寿命和长期稳定性大大提高,特别是耐温性达到了-40℃-120℃,以多片湿敏元件组合的独特工艺,是传感器感湿范围为1%RH-98%RH,具备了15%RH范围以下的测量性能,漂移曲线和感湿曲线均实现了较好的线性化水平,使湿度补偿得以方便实施并较容易地保证了宽温区的测湿精度。采用循环降温装置封闭系统,先对对被测气体采样,然后降温检测并确保绝对湿度的恒定,使探头耐温范围提高到600℃左右,大大增强了高温下测湿的功能。成功解决了“高温湿度测量”这一湿度测量领域难题。现在,不采用任何装置直接测量150度以内环境中的湿度的分体式高温型温湿度传感器JCJ200W已成功应用在木材烘干,高低温试验箱等系统中。同时,JCJ200Y产品能耐温高达600度,也已成功应用在印染行业纱锭自动烘干系统、食品自动烘烤系统、特殊陶瓷材料的自动烘干系统、出口大型烘干机械等方面,并表现出良好的效果,为国内自动化控制域填补了高温湿度测量的空白,为我国工业化进程奠定了一定基础。因此国内在湿度测量领域已经比较成熟,且本项目中也使用了国内智能湿度测量装置便于设备正常的对湿度数据的掌握与调控。1.2.2国内智能湿度控制设备研发动态(1)加湿器工作原理1、超声波加湿器目前市场上的家用加湿器一般采用超声波方式将水雾化,通过风机将雾化的水汽吹出壳体,从而达到加湿空气的效果。经过开关电源后,输出两路电压36V和12V。超声波加湿器采用超声波高频震荡1.7MHZ的频率,将水雾化为1至5微米的超微粒子,通过风动装置,再将水雾扩散到空气中,使空气湿润并且伴有丰富的负氧离子,能清新空气,促进健康,营造舒适的环境。2、纯净型加湿器直接蒸发型加湿器也通常被称为纯净型加湿器。纯净加湿技术则是加湿领域刚刚采用的新技术,纯净加湿器通过分子筛蒸发技术,除去水中钙镁离子,彻底解决“白粉”问题。3、电热式加湿器热蒸发型加湿器也叫电热式加湿器。其工作原理是将水在加热体中加热到100度,产生蒸气,用风机将蒸气送出来。所以电加热式加湿器是技术最简单的加湿方式,缺点就是能耗较大,不能干烧,安全系数较低,加热器上容易结垢。电热式加湿器一般和中央空调配套使用。(2)加湿除湿一体机的核心部件工作原理加湿除湿一体机的G3金属初效,金属框架结构,20mm大容尘空间,有效截留5微米以上颗粒污染物。二段式静电沉淀过滤,使空气中微粒荷电后以高效率方式捕捉颗粒污染物。第一段:加湿除湿一体机的电离区大部分大的微粒物由前置G3金属初效截留;更小的微粒随气流到达集尘室的第一段:电离段,通过一系列的高能离化丝:工作电压大于8000V,被电离。第二段:加湿除湿一体机的集尘区荷电离子到达集尘区,荷电离子被吸附在极性相反的集成板上-工作电压大于4000V,过滤干净的空气进入气体过滤器。图 1 图2 图1为工业型除湿加湿一体机,造价昂贵且耗电耗水 图2为目前市场上最常见的除湿加湿体机,作为居家使用的智能家电虽然具备能够调节湿度的能力,但任然消耗电和水资源且具有一定噪音,从长期效益来看并不是人们居家湿度调节设备的最优选项。第二章 方案设计2.1 设计思路科学研究表明,人生活在相对湿度指数为50至60的环境中最舒适,也不容易引发呼吸系统疾病,所以利用太阳能并结合人工智能技术将湿度指数控制在人体生活的最舒适的相对湿度范围之内,使人生活在健康的环境之中是本项目设计的最终目的。太阳能室内空气湿度智能控制设备在节能上采用太阳能板提供电能的方法,在一定程度上达到节能的效果;使用硅胶干燥剂对空气进行干燥,硅胶干燥剂可重复的对空气进行干燥从而达到环保的目的。而想要干燥剂可以重复的使用则需要在干燥剂在吸收水分饱和之后,再将里面的水分重新蒸发出来以便硅胶干燥剂下一次进行干燥,而我也正好利用这一点特性,再次与太阳能结合在一起,在储满干燥剂的透明箱子上涂抹上黑色油漆,进行吸热使箱子内温度升高从而达到使箱子内干燥剂的水分蒸发出来的目的,节能又环保;蒸发出来的水蒸气也可以利用起来,在太阳能板背部装上冷凝板,可以将被蒸发出来的水蒸气进行冷凝回流,利用导管将冷凝的水导入蓄水的容器当中,当房间中的空气比较干燥时就可以利用这些被冷凝出来的水通过超声波雾化器进行加湿,这样便可以节省大量的水资源;而整个装置运用编程,进行全智能的控制。2.2 结构设计为解决上述问题,更好地满足人们对于美好生活的追求,经过日常生活观察,结合所学知识,设计出一种太阳能室内空气湿度智能控制设备,它包括除湿、加湿、太阳能再生、太阳能供电和水冷凝等五大单元,具体结构设计如下图所示。图3空气湿度智能控制设备结构图。图3中除湿单元包括太阳能干燥箱,置于干燥箱内的干燥剂,置干燥箱外壁的上通风阀和下通风阀,置干燥箱顶部的单向出气阀,置干燥箱外部并靠近上通风阀的风扇;所述加湿单元在风扇的下方,包括超声波雾化头,与超声波雾化头下端相连的吸水棒,与超声波雾化头上端相连的雾气导管,所述吸水棒位于贮水箱中;所述水冷凝单元包括冷凝板和设于冷凝板下方的导水管,导水管的前部分设置在干燥箱的上壁上,导水管的末端与贮水箱相连,所述冷凝板在干燥箱的上方,并与干燥箱的上壁端点接触并成锐角;整个装置放置在室外,通过导气管与室内空气相通。太阳能供电单元为太阳能电板,为风扇、超声波雾化头和智能控制电路供电。太阳能电板的下面和冷凝板的上面重合,太阳能电板和冷凝板设于干燥箱的上方,并与干燥箱的上壁端点接触并成锐角,此角度大小为10-80°,优选为30-45°。2.3控制系统本装置控制系统的主要组成部分有:PLC控制器(CPU、IO模块、以太网模块),温湿度传感器,按键等。控制系统自动的工作过程(为):PLC控制器与温湿度传感器通讯实时采集房间温湿度数据,在控制器内部与温湿度设定值比较、分析计算,控制除湿机的启停。图4空气湿度智能控制设备的工作原理图。第三章 数学建模3.1 控制方程本项目对所建立的除湿换热器的物理模型作以下假设及简化:①所有的空气通道结构和材料一样,干燥剂在太阳能干燥箱内分布均匀;②忽略 x 方向上的导热、分子扩散作用;③忽略吸(脱)附现象对传热和传质边界层厚度的影响;④干空气、水蒸气、干燥剂、水和除湿器金属的物性分别为常数;⑤干燥剂同一截面的温度相等;⑥忽略干燥箱与干燥剂接触热阻;⑦空气与吸附剂间的传热系数和传质系数之间符合刘易斯类比关系。基于以上假设,取除湿换热器中的一个气流通道作为研究对象,根据质量和能量守恒定律,可得到式(1)~(4)具有定解条件的除湿换热器的一维动态数学模型微分方程:处理空气中水分的质量守恒方程: (1)处理空气中水分的能量守恒方程: (2) 干燥剂中水分质量守恒方程: (3)干燥剂能量守恒方程 :(4)式中, T d—干燥剂及金属结构平均温度,℃;Md—干燥剂总质量,kg;Mf ——金属总质量,kg;W—干燥剂的吸附量,kg 水分·kg -1吸附剂;Kw—水与干燥剂之间的总传热系数,W (m2·K)。以上方程中所涉及的吸附热 qst和干燥剂表面湿空气的含湿量 Y d 由式(5)~(8)确定。干燥剂表面空气含湿量为: (5)干燥剂表面饱和水蒸气压:Ps=exp(23.196- (6)式中,Td—干燥剂温度,K 。干燥剂表面空气平衡相对湿度:RH=0.0078-0.05759w+24.16554w2-124.78w3+204.226w4 (7)式中 ,w ———干燥剂的吸附率,kg 水分•kg -1 吸附剂。干燥剂吸附热 qst 方程:qst=r(1.0+0.2843e10.28w) (8) 式中,r—饱和水的冷凝潜热,J kg 。3.2周期条件和进口条件本项目实验及模拟的除湿及再生过程空气均沿 X 轴方向流动 ,并设定除湿及再生过程呈周期性变化,基于以上条件可确定再生和除湿时的周期条件及进口条件。3.2.1 再生过程周期条件:Ta(x , 0)=Ta(x , Cde)Y a(x , 0)=Y a(x , Cde)W(x , 0)=W(x , Cde)T d(x , 0)=Td (x , Cde)Y d(x , 0)=Y d (x , Cde)进口条件:Y a(0 , τ)=Y a, reT a(0 , τ0 , τ)=Tw .in.re3.2.2 除湿过程周期条件:T a(x , 0)=T a(x , Cre)Y a(x , 0)=Y a(x , Cre)W(x , 0)=W(x , Cre)Td (x , 0)=T d(x , Cre)Y d (x , 0)=Y d(x , Cre)进口条件:Y a(0 , τ)=Y a , de T a(0 , τ)=Ta , deTw .in(0 , τ)=Tw .in .de式中,Y a, de 、Ta , de 、Tw .in .de—分别为除湿过程处理空气入口的含湿量、温度和铜管中冷却水入口温度;Y a, re 、T a, re 、Tw.in.re—分别为再生过程再生空气入口的含湿量、温度和铜管中热水入口温度;Cre 、Cde—分别为再生周期和除湿周期;L—除湿换热器在 X 方向的长度。实验时,用太阳能对干燥剂再生完全后立即停止风机,随即在换热器管内通以冷却水,待冷却水充满管道后再次开启风机,与此同时记录处理空气出口温湿度,由于风机从停止到再次启动的时间很短,所以干燥剂的初始含湿率可看成在再生温度下对应的含湿率,干燥剂的初始含湿率可由干燥剂再生温度下的等压吸附曲线得到。第四章 样机测试与优化4.1 工作流程(附图说明)将整个装置放置在室外,通过导气管(13)与室内空气相通,太阳能电板(14)为风扇(6)、超声波雾化头(7)和智能控制电路供电。首先根据个人要求设置一个适宜的湿度范围,当室内空气中的湿度高于这个范围时,通过智能控制电路打开上通风阀(3)和下通风阀(4),启动风扇,引导室内空气通过导气管(13)从上通风阀经隔离板(15)进入干燥箱(1)中,经过干燥剂(2)吸收空气中的水分,干燥后的空气经隔离板从下通风阀通过导气管进入室内,从而降低室内空气的湿度,当室内空气湿度达到设定范围时,关闭上通风阀和下通风阀;在太阳光的照射下,干燥箱的外壁通过吸收热量使干燥箱内的温度升高,最高能达到200℃,蒸发干燥剂内吸收的水分变成水蒸气,干燥剂能够循环利用,进一步打开单向出气阀(5),水蒸气通过单向出气阀到达冷凝板(11)冷凝成液态水,最后通过导水管(12)流入贮水箱(10)中;当室内空气中的湿度低于设定的范围时,吸水棒(8)从贮水箱中吸收水分,经过上部的超声波雾化头将水雾化,再经雾气导管(9)和风扇将水雾吹入室内,进而提高室内空气的湿度。在干燥箱的内部还设置有上下两块隔离板,此空间用于放置干燥剂,两块隔离板上都至少设有多个小孔,小孔的直径小于干燥剂的直径。风扇的风叶至少有一组,可以设置在任意方向。通过智能控制电路控制上通风阀和下通风阀的开关,太阳能电板给智能控制电路供电。超声波雾化头是压电陶瓷,雾化的原理是利用压电陶瓷所固有超声波振荡特点,通过一定的振荡电路手段与压电陶瓷固有振荡频率产生共振,直接将与超声波雾化头接触的水雾化成1-5微米的超细粒子,通过风扇将水雾扩散到空气中,从而达到加湿空气的目的。4.2 样机测试根据本项目研制的除湿换热器结构参数和除湿实验工况,结合上文所述数学模型,对此除湿换热器的动态除湿性能进行了数值模拟计算研究。实验结果及实验结果和模拟结果的对比如图6~图9。图6、图7为实验1~3(编号1~3)实验值与计算值的对比。从图7可看到,在相同条件下,实验时,出口含湿量降到最小值需要约50s,然后是一个逐步缓慢上升的过程,而模拟计算时,出口含湿量在除湿开始的5s以内便能降到最小。图8显示,在除湿阶段,温度的计算值下降速率比实验值快,在再生阶段,计算值高于实验值。这是因为模拟计算时忽略了干燥剂等存在的热容,因此,在冷、热水切换时,模拟计算的温度变化比实验时快,这也是除湿阶段含湿量实验值降到最小值的时间大于计算值的原因。此外,模拟计算过程中的理想化处理也会给计算值带来一定误差,如将一些物性视为常数、忽略接触热阻、吸附热和饱和吸附量方程的选取等。尽管如此,这些计算值还是能够准确反映温湿度的变化趋势,能够很好地符合实验结果,因而该数学模型可作为研究该除湿换热器的有力工具。实验(实验编号3)结果(图6、图7中的实验 3)显示,用再生完全的除湿换热器对处理空气进行除湿,从再生阶段转入除湿阶段后便能马上降低处理空气出口含湿量,且经过50 s后出口空气的含湿量降到最低,随后出口含湿量缓慢上升,经过近390 s达到 11.25 g /kg,几乎丧失除湿能力。这是因为从再生阶段进入处理阶段后,铜管内的冷却水能快速对干燥剂降温并带走干燥剂吸湿时放出的吸附热,此时吸湿能力随干燥剂温度的降低而增大,当温度下降到一定程度,干燥剂的吸湿能力又会随其吸湿量的增大而降低,最后达到饱和而丧失吸湿能力。由图7显示,在这过程中,出口空气的温度在100 s内由52.8℃快速下降到 33℃,最后缓慢下降到 28.3℃。除湿换热器丧失除湿能力后,在铜管内通以热水对除湿换热器再生,可以看到,出口空气的含湿量在很短时间内急速上升到最大值,再经过170 s下降到一个稳定值,而出口温度也在相应的时间内上升到一个稳定值。实验结果表明:除湿换热器再生完全后转入除湿阶段便能立刻除湿,且在很短时间内使出口空气的含湿量降到最低,随后出口含湿量缓慢上升;且再生时间短,处理时间和再生时间比约为3:1。该除湿换热器的效率较高,在给定工况(温度为24.7℃,入口湿度为 12.41g/kg)下,风速为 0.5m/s时,390 s内平均除湿量为5.43g/kg,平均除湿率为43.8%。袁卫星等[6]研制的内冷却紧凑式固体除湿器在给定工况(温度为 28.7℃,入口湿度为19.9g/kg)下,20 min内的平均除湿率为14.8 %(除湿率 ε= (Y p1 -Y p2 )/Y p1 [8],其中,Y p1为除湿前空气的含湿量,Y p2为除湿后空气的含湿量)。图8(实验编号4)显示,在相同入口条件下,用不同再生温度对干燥剂再生后,处理阶段的出口含湿量具有较大差异,再生温度越高,除湿效果越好。这是因为,压力相同时,温度高的干燥剂对应的含湿率低,也就是干燥剂再生更完全,这样在处理阶段就增大了干燥剂与处理空气之间的水蒸气分压力差,从而提高除湿效果。图9(实验编号5)显示,在同等实验工况下,降低处理风速能降低空气出口含湿量,因此,为满足一些需要较低含湿量场合的要求,可采取降低处理风速的办法。图6 空气出口(除湿及再生)含湿量变化(一个周期)。图7 空气出口(除湿及再生)温度变化(一个周期)。图8 不同再生温度对处理空气出口含湿量的影响(实验)。图9 两种处理风速下空气出口含湿量随时间变化(实验)。4.3 改进与优化4.3.1风速的影响图10显示了不同风速对制冷量和除湿量的影响,制冷量随风速的增大而增大,而除湿量随风速的增大而减小,这与其他固体除湿设备的除湿过程一致,该条件下最佳风速为 1m/s。图10 风速对除湿性能的影响(d =1.5 mm,L =127.8 mm)。4.3.2管排的影响因为有效的除湿时间与厚度成正比关系,考虑到除湿时间不能太短,本文对3~8排除湿换热器的除湿过程进行了模拟。图12显示,在相同除湿时间(时间为1000 s,该时间内均没有吸湿完全)内,折算为相同厚度后的制冷量随换热除湿器管排数的增加而降低,而压降随换热除湿器厚度的增加而增大,可以看到,该条件下最佳管排数为3排,而4~6排和8排除湿换热器折算为相同厚度后的制冷量基本相等。图11除湿换热器厚度对除湿性能的影响。第五章 结论1)本项目研制的“环保型太阳能室内空气湿度智能控制设备”,通过集热箱的设计,利用太阳能实现干燥剂的再生,再生快,在处理过程中能快速降低再生后干燥剂的温度并带走干燥剂吸湿时放出的吸附热,实现等温除湿;2)根据本文建立的数学模型得到的处理空气出口含湿量和温度的模拟结果与实验结果吻合良好,因此该数学模型可作为研究该除湿换热器的有力工具;3)通过实验分析得出,相同热质交换面积后的全热换热量随换热除湿器管排数的增加而降低,压降随管排的增加而增大,且存在最佳的管排和迎面风速,在给定条件下,对应各参数值分别为3.0、1.5 mm和1m/s。第六章 应用前景该装置设计集温湿度信号采集处理计算机软硬件、太阳能能源应用、等温调湿技术于一体,实现了房间湿度的监测与控制,使湿度调控更趋科学,从而为人类居住提供了一个良好的环境。该装置不仅应用于家居环境控制系统,还将广泛应用于药品、军工、生物工程、特殊病房等多个项目。实践证明该系统具有投资少,能耗低,操作简单,使用安全方便等特点,可以大规模推广使用。第七章 参考文献 [1]刘晓华,江忆.温湿度独立控制空调系统[M].北京:中国建筑工业出版社,2016[2]陈君燕,薛殿华,李曾豫,楼虹,张利民,窦春鹏.太阳能干燥剂复合式空调实验装置. 北京:太阳能学报,2000.4 [3] 钟毅芳,杨家军.机械设计原理与方法(上)[M].武汉:华中科技大学出版社,2015 [4] 钟毅芳,杨家军.机械设计原理与方法(下)[M].武汉:华中科技大学出版社,2015[5]王惠惠,葛天舒,章学来,赵耀.太阳能驱动的除湿空调系统冬季工况下的实验研究. 北京:制冷学报,2016.10 [6] 王世刚,张秀亲.机械设计实践[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2013 [7] 孙桓,陈作模.机械原理[M]. 北京:高等教育出版社,2006[8]彭作战,代彦军,腊栋,王如竹.太阳能再生式除湿换热器动态除湿性能研究. 北京:太阳能学报,2011.4AG体育AG体育AG体育


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