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中國科技網訊（記者王春）上海交通大學機械與動力工程學院制冷與低溫工程研究所王如竹教授團隊日前取得一項重要研究成果，提出一種創(chuàng)新空調設計理念，將干燥劑除濕與蒸汽壓縮制冷進行有機結合，在不增加空調系統(tǒng)體積并保證送風舒適性的前提下，讓普通家用空調的能效提高一倍。該研究成果有望對未來的空調行業(yè)產生革命性的影響，相關論文已經在Nature出版集團旗下的Scientific Reports上在線發(fā)表，相關研究已申請國內發(fā)明。
這項研究提出了一個設計換熱器的思路，將干燥劑直接噴涂到傳統(tǒng)熱泵空調換熱器的表面上，形成所謂的儲濕換熱器。蒸發(fā)器一邊利用干燥劑除濕，一邊利用制冷劑降溫，使得空調的出風直接滿足舒適性送風的要求，打破了傳統(tǒng)空調先對空氣深度冷卻除濕后再加熱的模式。如此一來，既降低了空調系統(tǒng)的制冷蒸發(fā)器熱負荷，又將蒸發(fā)溫度從傳統(tǒng)空調的5-7℃提升至10-15℃。當干燥劑接近吸附飽和時，蒸發(fā)器切換為冷凝器，同時冷凝器變?yōu)檎舭l(fā)器。制冷劑的冷凝熱可用于干燥劑再生，實現(xiàn)了部分冷凝廢熱的資源化利用；另一方面干燥劑內的水解吸可增強冷凝器空氣側的散熱能力，從而有利于冷凝溫度從傳統(tǒng)的50-55℃降至40-45℃，進一步提高空調能效。新型空調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設計的這對矛盾。
科研團隊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合干燥劑設計方法，將吸濕鹽封裝進普通介孔干燥劑的孔隙中，從而將溶液吸收與吸附相結合，使其能夠在30℃的溫差下實現(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。通過合理控制復合干燥劑中的含鹽量以及運行條件，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帶液的問題。另外，由于鹽溶液冰點溫度較低，冬天采暖時，有望實現(xiàn)無霜熱泵。同時，該團隊還開發(fā)了一套將溶液浸漬與靜電噴涂相結合的換熱器涂覆工藝，實現(xiàn)干燥劑涂層在換熱器的表面原位合成，降低了儲濕換熱器的生產成本及制造難度。
這項研究根據(jù)儲濕換熱器的熱質傳遞特性，提出了一種新穎的空氣調節(jié)概念――溫濕度弱關聯(lián)控制，即空調的送風溫度和濕度可以在同一個換熱器上進行獨立控制：首先調節(jié)蒸發(fā)溫度來控制送風溫度，通過調節(jié)干燥劑吸濕過程的持續(xù)時間來控制送風含濕量。相比于傳統(tǒng)的冷卻除濕，溫濕度弱關聯(lián)控制更加靈活和地適應房間負荷水平的變化，并始終維持室內的熱舒適性；只需要一套空調系統(tǒng)即可處理全部空調熱濕負荷，與溫濕度獨立控制的系統(tǒng)相比，其體積緊湊，而且造價更低。
根據(jù)以上設計思想，這項研究試制了一臺干燥劑增強型直膨式熱泵空調器，采用兩個同樣規(guī)格的儲濕換熱器分別用作蒸發(fā)器和冷凝器。實驗結果表明，在典型夏季空調工況下，該新型空調器的系統(tǒng)能效比可達6.20，如果不計入風機功耗，其循環(huán)能效比高達7.14。
