第２８卷增刊１２００７年６月
工程热物理学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦ
Ｖ０１．２８，Ｓｕｐｐｌ．１
Ｊｕｎ．．２００７
ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＴＨＥＲＭＯＰＨＹＳＩＣＳ
小型全热回收新风机组模拟及性能分析
陈
林
李
震
北京
１０００８４）
（传热与能源利用北京市重点实验室，清华大学工程力学系，
摘要
空调过程中，新风与排风之间的高效热回收是实现加大新风量并控制新风能耗的有效手段。本文提出一种新的
热回收方式，将通过吸湿性液体的全热回收过程、吸湿性液体除湿过程与间接蒸发冷却过程三者相结合以实现新风与排风之间的全热回收，并利用空调冷凝器排热驱动除湿过程。对新风机组进行了模拟，结果表明机组能够实现很高的热回收效率。通过参数分析，找出影响机组性能的主要参数，为实验研究提供了指导。关键词全热回收；吸湿性液体；新风中图分类号：ＴＫｌ２３文献标识码：Ａ
文章编号：０２５３—２３ｌｘ（２００７）ｓｕｐｐｌ．１＿００４ｌ＿０４
ＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮ
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符号表
质量分数，％
含湿量，ｋｇ／ｋｇ干空气
比焓，ｋＪ／蚝质量流量，蚝／ｓ温度，。ｃ
全热回收
液体热回收新风焓（喷淋室２）蒸发冷却空气出口（湿球）
液体热回收新风含湿量液体热回收新风入口
液体热回收新风出口
液体热回收吸湿性液体进口处液体表面空气液体热回收吸湿性液体入口液体热回收吸湿性液体出口液体热回收回风入口除湿新风出口
除湿单元吸湿性液体出口除湿（喷淋室３）新风焓流向再生器的溶液蒸发冷却循环水入口蒸发冷却循环水出口蒸发冷却空气入口（干球）蒸发冷却空气出口（干球）蒸发冷却空气入口（湿球）
；：。体兰一
上
１—１Ｌ—ｊ一
日Ⅱ舀
毒时，更加清醒地认识到室内空气品质对人体健康的重要性。补充新风是改善室内空气品质的有效方法，但室外新风与室内空气的焓值相差较大，直接引入新风会大大增加空调的能耗。通过热回收，使新风和回风交换能量，可以有效解决“改善室内空气品质与空调能耗增加”之间的矛盾。
能量回收，主要有显热回收和全热回收两种类
空调器可以调节室内的温度和湿度，为人们创造舒适的环境。空调运行时，要求室内环境封闭，如果不能及时、有效补充新风，室内空气品质很容易
恶化，从而引起空调病等一系列不良的后果。尤其
是经历了２００３年的“非典”，人们在抗击ＳＡＲｓ病
收稿日期：２００７－０１－１５；修订日期：２００７－０５－２８
作者简介：陈林（１９８２一），男，江苏苏州人，博士研究生，主要从事新风节能空调方面的研究。
万方数据
４２
工程热物理学报２８卷
型。显热回收是通过各种表面式换热器，交换新风和回风之间的显热；全热回收是通过膜［１｜、转轮［引、吸湿性液体【３Ｊ等介质，交换新风和回风之间的显热
和潜热。通常说来，全热回收方式比显热回收方式
能回收更多的能量。除上述热回收手段外，采用间接蒸发冷却也可以达到全热回收的目的。将空气经
过间接蒸发冷却过程得到较低温度的冷水，再用这
些冷水来冷却进风，该过程能够实现比显热回收更高的热回收效率。
在本文中，将吸湿性液体（ＬｉＢｒ溶液）全热回
收、热泵冷凝器排热驱动的液体除湿以及间接蒸发
冷却相结合，得到全新的全热回收新风系统，全热回收效率可以大于ｌ，最高可以达到２以上，高于
现在普遍使用的全热回收方法的效率。
２系统组成及工作原理
图１是全热回收新风机组原理图。机组可以看作是由三部分循环组成：一是新风与回风通过吸湿
性液体进行全热回收循环（图１中虚线），二是利用空调冷凝器排热驱动的吸湿性液体除湿及再生循环
（图１中实线），三是蒸发冷却循环（图１中点线）。
溶液
境
新风＜
溶液溶液
喷淋宴
套管换热器
图１全热回收新风机组原理图
２．１吸湿性液体全热回收循环
本文采用文献［３］提出的吸湿性液体全热回收器，其原理为：在喷淋室１中，温度较低、含湿量较
小的回风与吸湿性液体进行热、质交换，回风温度升高、含湿量增大，吸湿性液体温度降低、浓度增大。被冷却、浓缩的吸湿性液体进入喷淋室２，与新风进行热、质交换，新风的温度、含湿量降低，吸湿性液体温度上升、浓度减小，之后再进入喷淋室１，如此循环。这个过程中，实质上是回风和新风间的全热交换，即用回风冷却新风、降低新风的含湿量，吸湿性液体只是完成全热回收的介质。
在此过程中，回风及新风的状态变化如图２所示。回风从进入喷淋室１的状态６变化到离开时的
状态７，新风从进入喷淋室２的状态１变化到离开
万
方数据时的状态２。
瓠缪淼
２
—Ｈ＿再生溶液用空气—★一室内回风
０已！！：：！二兰．—｝循环水蒸发冷却＋溶液再生
Ｏ．００００．００５
Ｏ．０１０
０．０１５
Ｏ．０２０
Ｏ．０２５
Ｏ．０３０
ｄ／ｋｇ／ｋｇ
图２机组中空气、吸湿性液体的状态变化示意图
２．２吸湿性液体除湿、再生循环
将初步冷却、除湿的新风引入喷淋室３，这里
的吸湿性液体浓度较高、吸收水分能力较强，新风与该吸湿性液体接触后，含湿量接近甚至低于室内
空气，焓值显著降低。吸湿性液体吸收空气中水分
而浓度减小，同时吸湿性液体吸收水分时会放出大
量的相变热，使液体的温度上升。图２中，新风从状态２变化到３，吸湿性液体从状态４变化到５。需
要说明，溶液的含湿量是指溶液表面饱和空气薄层的含湿量，该含湿量取决于溶液的浓度和温度。
吸湿性液体的除湿能力取决于浓度和温度，当吸湿性液体浓度减小、温度升高，其除湿能力将下降，必须及时浓缩并带走除湿中产生的热量，这样才能维持吸湿性液体的除湿能力，持续处理新风。
在喷淋室４中，吸湿性液体与从空调冷凝器排
出的热空气接触，进行热、质交换。热空气温度较高加热溶液，溶液表面蒸汽压大于空气中水蒸气分压
时，吸湿性液体中水分蒸发进入空气，吸湿性液体
被浓缩。在图２中，室外被空调冷凝器加热后的空
气从状态点１１变化到１２，再生的吸湿性液体从状
态点１３变化到１４。
将喷淋室３、４各自循环流量的７％一９％在两
的水分通过喷淋室３中的吸湿性液体传递给喷淋室
４中的吸湿性液体，最终传递给室外空气。这个过程中付出的代价是再生吸湿性液体所需的热量，而这２．３间接蒸发冷却过程
如前所述，吸湿性液体的除湿能力与其自身的
浓度和温度有关，通过再生过程，可以保持吸湿性液体的浓度不变。为了消除温度变化对液体除湿能力的影响，利用间接蒸发冷却过程得到冷量，冷却
者之间交换流动，使喷淋室３中补充浓度较大的吸湿性液体，保持除湿能力。从整体效果来看，新风中个热量来自空调冷凝器排出的冷凝热。
增刊１
陈林等：小型全热回收新风机组模拟及性能分析
除湿过程中的吸湿性液体。流经喷淋室ｌ后，室内回风虽然温度和含湿量有所上升，但焓值仍较低，可以用来制取冷却水。回风在喷水室中与循环水接触，循环水蒸发，温度下降，回风含湿量增加至接近饱和后被排到周围环境。冷却后的循环水进入板式换热器，与温度较高的除湿液体进行热量交换，提供冷量。蒸发冷却循环中要定时补水。在图２中，回
风从状态７变化到８，循环水从状态９变化到ｌｏ。２．４系统的全热回收
经过吸湿性液体热回收和液体除湿过程，新风
从室外状态１变化到送风状态３，回风从室内状态６变化到排风状态８，为评价机组热回收效果，定义
复合全热回收效率
弛＝瓮弛２瓦忑
（１）（１Ｊ
符号所代表的物理量及各下标的含义，见符号表，后同。结合图２可发现，该效率的分子是新风状态ｌ和状态３之间的焓差，分母是新风状态１和回
风状态６的焓差，该效率值反映了新风经过吸湿性液体全热回收和吸湿性液体除湿两个步骤所实现的
全热回收效果，因此定义为“复合全热回收效率”，
后文也用“系统全热回收效率”表示。
３计算模型及计算结果
３．１各部件内部的热、质交换过程
图ｌ中，机组７个主要设备中的热、质交换过
程可以归为三类：吸湿性液体与空气的热、质交换过程，水与空气蒸发冷却过程，液体与液体的换热。３．１．１吸湿性液体一空气的热、质交换过程在
喷淋室１—４中，空气与吸湿性液体之间进行能量和水分的传递。以喷淋室２除湿过程为例，空气含湿
量降低，吸湿性液体浓度降低，空气和吸湿性液体之间遵循能量守恒和物质守恒，控制方程如下。
焓交换效率：
‰＝捷卵ｎｈ
２瓦忑
（２）例
能量守恒：
ｍ。ａｉ・＾。ａｉ—ｍ。。ｏ・＾。。。＝ｍ。。。・＾。。。一ｍ。８ｉ・而ｎｓｉ（３）
湿交换效率：
ｍ
２瓦忑
ｄｎａｉ—ｄｎａｏ
水分守恒：
ｍｎａｉ・ｄ。。ｉ＋ｍ。ｓｉ・（１一ｃｎｓｉ）＝
ｍ。。。・ｄ。。。＋ｍ。。。・（１一ｃ。。。）（５）
万
方数据溶质守恒：
３．１．２水与空气直接接触的蒸发冷却过程喷水
室中的蒸发冷却过程是空气与水直接接触的过程，
采用文献［４】中方法，定义效率Ｅ和ＥＥ，同时，要满足能量和质量守恒。
Ｅ＝，一瓮
ｔⅫ，ｉ—ｋａ；目
（７）
、７
ＥＥ：１一！！！！二！！竺
ｆ８１
、７
ｔｅａｉ一￡ｅａｉｓ
３．１．３液一液之间的传热过程
在板式换热器和
套管换热器中，仅有热量的传递，计算时采用文献［５】中的方法，定义换热器效能，同时要满足能量守
恒。控制方程从略。３．２计算实例
通过上述分析，对系统编程计算，相关物性参考文献［５】，［６］。计算时设定室内、外空气状态，室内回
风温度２６。ｃ、含湿量ｏ．０１２蚝／蛞干空气；室外新
风状态依据北京市典型年气象数据［引，取其中温度
高于２６．５。ｃ、含湿量大于ｏ．０１４５埏／ｋ干空气的状
态点作为新风状态点，符合上述条件的状态点有５７３
个。再生空气取用于冷却空调冷凝器的环境空气，
这些空气经过冷凝器时被加热，温度较高，但含湿
量与新风一样。计算时需要设定空气和溶液的流量
值，在吸湿性液体全热回收和除湿时，取空气和吸湿性液体的质量流量比为１：２，在溶液再生时，取空气和吸湿性液体的质量流量比为２：１。计算时还需
要设定热、质交换的效率（效能），取ｏ．５一ｏ．８５。
通过计算，可以得到送风点状态，利用式（１）
定义的复合全热回收效率来评价机组的全热回收性能。在以气象数据作为新风入口参数的条件下，机组
的全热回收效率在ｏ．６７到２．２６之间，如图３所示。
２．６
２．２
＼糍鹕糍麓
１．８
夸
鲁
１．４
１Ｏ
‘
＾＾＾１』ｕ
Ｏ．６
２６Ｌ——————一２７２８２９
－－－—１．．．－－．－●．－－－－－－＾—－－—－－—＾－－—－－－－‘－－－－－－－●－－－－一
３０
３ｌ
３２
３３
ｔｍ／‘ｃ
图３不同新风条件，机组的复合全热回收效率
４讨
论
机组的各参数，对复合全热回收效率有不同程
工程热物理学报２８卷
度的影响，下面从流量、部件效率（效能）以及新风状态等三个方面来讨论。
４．１各部件效率（效能）的影响
在５３．２的计算中，共有１２处的传热、传质效率
（效能）系数。依次改变各效率（效能）系数，系统全
热回收效率随之变化。
计算发现，两处效率（效能）变化引起系统全热回收效率变化较大，表１列出了结果。一处是液体
除湿过程的效率，除湿效率高，则新风含湿量减少较多，焓值变化较大，从而全热回收效率高；另一处是蒸发冷却过程的效率，此处效率高则蒸发冷却提
供冷量较充分，吸湿性液体冷却充分，液体除湿能力保持较好，新风除湿较完善，焓值变化较大，从而系统全热回收效率高。
表ｌ对系统全热回收效率影响较大的部件效率（效能）
部件效率
系统全热回收设定值
变化值
效率变化率
４．２流量的影响
与分析部件局部效率（效能）对系统全热交换效率的影响类似，可以分析流量对系统全热交换效率
的影响。由表２可以看到，当改变喷淋室３（除湿单
元）与喷淋室４（再生单元）之间的质量流量时，系统
的全热回收效率发生显著的变化。
这主要是当交换的质量流量减小后，除湿和再生单元中吸湿性液体的浓度上升，吸湿性液体除湿
能力增强，新风含湿量变化较多，焓降增大，从而系统的全热交换效率提高。在实际操作过程中，虽然减小交换的质量流量可是使系统的全热交换效率提
高，但是质量流量过小，再生处的浓度可能达到吸湿性液体的结晶线，所以用于交换的质量流量为除湿单元循环流量的７％一９％时较合适。
表２流量对全热回收效率的影响
４．３新风状态
从§３．２的结果可以发现，系统的全热回收效率
受到新风状态的影响。新风温度一定时，系统全热
回收效率随新风的含湿量增加而减小；新风的含湿
万
方数据量一定时，系统全热回收效率随新风的温度增加而减小。
在常用的温度和湿度范围
（温度范围
２９＾一３２。ｃ，含湿量范围ｏ．０１７一ｏ．０２１蚝／ｋｇ干空气），系统全热回收效率平均值１．０６，高于常用的全热回收器。
４．４全热回收效率
本机组的复合全热回收效率可以超过１，实际上该效率反映了两次热、质交换的结果。
第一次是新风与回风全热回收，即室内回风通过吸湿性液体循环带走新风的部分热量和含湿量，从而新风的焓值降低，回风焓值升高。第二次是吸湿性液体除湿新风，新风含湿量降低，温度变化不大，新风焓值再次降低。除湿过程产生热量并使溶液浓度降低。此时室内回风与水接触进行蒸发冷却过程，得到的冷量用于冷却新风的除湿过程，同时利用热泵冷凝器的排热，对除湿液体进行再生，使得除湿过程可以持续进行。可以认为新风降低的焓通过吸湿性液体和冷却水，最终传递给了回风。
５结
论
本文提出一种新的全热回收方式，将通过吸湿性液体的全热交换、冷凝器排热驱动的液体除湿和
蒸发冷却相结合，得到了全热回收效率很高的新风
机组。
（１）通过模拟计算，机组整体的复合全热回收效
率可以达到１以上，最高可以超过２。
（２）通过对系统参数的分析，明确了提高系统性能的关键参数，对于实验研究有显著的指导意义。
（３）新风机组可以在现有的空调基础上进行改造，充分利用室内回风和冷凝器的排热，增加室内新风供应而不增加额外的能耗。参
考
文
献
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制冷与空调，２００３，３（１）：６ｌ一６２［３】李震，刘晓华，江亿，等．带有溶液热回收器的新风空调
机．暖通空调，２００３，３３（ｓＡＲｓ特集）：５５—５７【４】赵荣义，范存养，薛殿华，等．空气调节．第三版．北京：中国建筑工业出版社，１９９４．６８—７２
【５】杨世铭，陶文铨．传热学．第三版．北京：高等教育出版
社，１９９８．３３２～３３４［６】ＡｓＨＲＡＥ．Ｈａｎｄｂｏｏｋ
ｏｆ
Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ．ＡｔｌａｎｔａＧＡ
ＵＳＡ：ＡｍｅｒｉｃａｎＳｏｃｉｅｔｙｏｆＨｅａｔｉｎｇＲ，ｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｎｇａｎｄＡｉｒ—
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｓ，２００ｌ
［７］北京市气象统计数据．电子文献
小型全热回收新风机组模拟及性能分析
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
陈林， 李震， CHEN Lin， LI Zhen
传热与能源利用北京市重点实验室,清华大学工程力学系,北京,100084工程热物理学报
JOURNAL OF ENGINEERING THERMOPHYSICS2007,28(z1)
参考文献(7条)
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第２８卷增刊１２００７年６月
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ＪＯＵＲＮＡＬＯＦ
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文章编号：０２５３—２３ｌｘ（２００７）ｓｕｐｐｌ．１＿００４ｌ＿０４
ＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮ
ＡＮＤ
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ＴＯＴＡＬＨＥＡＴＲＥＣｏＶＥＲＹＵＮＩＴ
ＬＩＺｈｅｎ
Ｂｅ玎ｊｎｇＭｕｎｊｃ咖ａｊｊ亡ｙ，Ｄ印ａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｎ舀ｎｅ刊ｎｇＭｅｃｈａｎｊｃｓ
１０００８４，Ｃｈｉｎａ）
ＣＨＥＮＬｉｎ
（丑ｅａｔ１ｈｎｓｆｅｒ
ａｎｄ正抽ｅｒ∥ｃｂｎＶｅｒｓｊｏｎ－１ｈｅ
ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆ
ＴｓｊｎｇｈｕａＵｎｊＶｅｒｓｊ锄Ｂｅｉ『ｊｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
ＨｉｇｈｅｍｃｉｅｎｔｔｏｔａｌｈｅａｔｒｅｃｏＶｅｒｙｉｓ
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ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅｗａｙｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｅｎｅｒｇｙｃｏｓｔｉｎａｉｒ
Ａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｏｕｔｄｏｏｒａｉｒｐｒｏｃｅｓｓｏｒ
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｗｈｅｎｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｏｕｔｄｏｏｒａｉｒｉｎｔｏｔｈｅｒｏｏｍ．
ｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅｔｏｔａｌｈｅａｔｒｅｃｏｖｅｒｙｕｎｉｔｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｌｉｑｕｉｄｄｅｓｉｃｃａｎｔｔｏｔａｌｈｅａｔｒｅｃｏｖｅｒｙ，ｌｉｑＵｉｄｄｅｓｉｃｃａｎｔｄｅｈｕｍｉｄｉ矗ｃａｔｉｏｎａｎｄｉｎｄｉｒｅｃｔ
ｔｏｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒｃａｎ
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ｔｈｅｄｅｓｉｃｃａｎｔ．
ＳｉＩｎｕｌａ七ｉｏｎｏｆｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈｅ
ａｃｈｉｅＶｅｅｘｔｒｅｍｅｌｙｈｉｇｈｅｍｃｉｅｎｃｙｏｆｈｅａｔｒｅｃｏ、ｒｅｒｙ．Ｔｈｒｏｕｇｈｐａｒａｍｅｔｒｉｃａｎａｌｙｓｉｓ，Ｖａｒｉａｂｌｅｓ
ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｆｏｕｎｄｏｕｔ．Ｔｈｉｓｉｓｈｅｌｐｆｕｌｆｏｒｔｈｅｆｕｔｕｒｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙ．
ｔｈａｔ
ｓｉｇｎｉ丘ｃａｎｔｌｙ
Ｋｅｙ、７ｌ，ｏｒｄｓ
ｔｏｔａｌｈｅａｔｒｅｃｏｖｅｒｙ；１ｉｑｕｉｄｄｅｓｉｃｃａｎｔ；ｆｒｅｓｈａｉｒ
符号表
质量分数，％
含湿量，ｋｇ／ｋｇ干空气
比焓，ｋＪ／蚝质量流量，蚝／ｓ温度，。ｃ
全热回收
液体热回收新风焓（喷淋室２）蒸发冷却空气出口（湿球）
液体热回收新风含湿量液体热回收新风入口
液体热回收新风出口
液体热回收吸湿性液体进口处液体表面空气液体热回收吸湿性液体入口液体热回收吸湿性液体出口液体热回收回风入口除湿新风出口
除湿单元吸湿性液体出口除湿（喷淋室３）新风焓流向再生器的溶液蒸发冷却循环水入口蒸发冷却循环水出口蒸发冷却空气入口（干球）蒸发冷却空气出口（干球）蒸发冷却空气入口（湿球）
；：。体兰一
上
１—１Ｌ—ｊ一
日Ⅱ舀
毒时，更加清醒地认识到室内空气品质对人体健康的重要性。补充新风是改善室内空气品质的有效方法，但室外新风与室内空气的焓值相差较大，直接引入新风会大大增加空调的能耗。通过热回收，使新风和回风交换能量，可以有效解决“改善室内空气品质与空调能耗增加”之间的矛盾。
能量回收，主要有显热回收和全热回收两种类
空调器可以调节室内的温度和湿度，为人们创造舒适的环境。空调运行时，要求室内环境封闭，如果不能及时、有效补充新风，室内空气品质很容易
恶化，从而引起空调病等一系列不良的后果。尤其
是经历了２００３年的“非典”，人们在抗击ＳＡＲｓ病
收稿日期：２００７－０１－１５；修订日期：２００７－０５－２８
作者简介：陈林（１９８２一），男，江苏苏州人，博士研究生，主要从事新风节能空调方面的研究。
万方数据
４２
工程热物理学报２８卷
型。显热回收是通过各种表面式换热器，交换新风和回风之间的显热；全热回收是通过膜［１｜、转轮［引、吸湿性液体【３Ｊ等介质，交换新风和回风之间的显热
和潜热。通常说来，全热回收方式比显热回收方式
能回收更多的能量。除上述热回收手段外，采用间接蒸发冷却也可以达到全热回收的目的。将空气经
过间接蒸发冷却过程得到较低温度的冷水，再用这
些冷水来冷却进风，该过程能够实现比显热回收更高的热回收效率。
在本文中，将吸湿性液体（ＬｉＢｒ溶液）全热回
收、热泵冷凝器排热驱动的液体除湿以及间接蒸发
冷却相结合，得到全新的全热回收新风系统，全热回收效率可以大于ｌ，最高可以达到２以上，高于
现在普遍使用的全热回收方法的效率。
２系统组成及工作原理
图１是全热回收新风机组原理图。机组可以看作是由三部分循环组成：一是新风与回风通过吸湿
性液体进行全热回收循环（图１中虚线），二是利用空调冷凝器排热驱动的吸湿性液体除湿及再生循环
（图１中实线），三是蒸发冷却循环（图１中点线）。
溶液
境
新风＜
溶液溶液
喷淋宴
套管换热器
图１全热回收新风机组原理图
２．１吸湿性液体全热回收循环
本文采用文献［３］提出的吸湿性液体全热回收器，其原理为：在喷淋室１中，温度较低、含湿量较
小的回风与吸湿性液体进行热、质交换，回风温度升高、含湿量增大，吸湿性液体温度降低、浓度增大。被冷却、浓缩的吸湿性液体进入喷淋室２，与新风进行热、质交换，新风的温度、含湿量降低，吸湿性液体温度上升、浓度减小，之后再进入喷淋室１，如此循环。这个过程中，实质上是回风和新风间的全热交换，即用回风冷却新风、降低新风的含湿量，吸湿性液体只是完成全热回收的介质。
在此过程中，回风及新风的状态变化如图２所示。回风从进入喷淋室１的状态６变化到离开时的
状态７，新风从进入喷淋室２的状态１变化到离开
万
方数据时的状态２。
瓠缪淼
２
—Ｈ＿再生溶液用空气—★一室内回风
０已！！：：！二兰．—｝循环水蒸发冷却＋溶液再生
Ｏ．００００．００５
Ｏ．０１０
０．０１５
Ｏ．０２０
Ｏ．０２５
Ｏ．０３０
ｄ／ｋｇ／ｋｇ
图２机组中空气、吸湿性液体的状态变化示意图
２．２吸湿性液体除湿、再生循环
将初步冷却、除湿的新风引入喷淋室３，这里
的吸湿性液体浓度较高、吸收水分能力较强，新风与该吸湿性液体接触后，含湿量接近甚至低于室内
空气，焓值显著降低。吸湿性液体吸收空气中水分
而浓度减小，同时吸湿性液体吸收水分时会放出大
量的相变热，使液体的温度上升。图２中，新风从状态２变化到３，吸湿性液体从状态４变化到５。需
要说明，溶液的含湿量是指溶液表面饱和空气薄层的含湿量，该含湿量取决于溶液的浓度和温度。
吸湿性液体的除湿能力取决于浓度和温度，当吸湿性液体浓度减小、温度升高，其除湿能力将下降，必须及时浓缩并带走除湿中产生的热量，这样才能维持吸湿性液体的除湿能力，持续处理新风。
在喷淋室４中，吸湿性液体与从空调冷凝器排
出的热空气接触，进行热、质交换。热空气温度较高加热溶液，溶液表面蒸汽压大于空气中水蒸气分压
时，吸湿性液体中水分蒸发进入空气，吸湿性液体
被浓缩。在图２中，室外被空调冷凝器加热后的空
气从状态点１１变化到１２，再生的吸湿性液体从状
态点１３变化到１４。
将喷淋室３、４各自循环流量的７％一９％在两
的水分通过喷淋室３中的吸湿性液体传递给喷淋室
４中的吸湿性液体，最终传递给室外空气。这个过程中付出的代价是再生吸湿性液体所需的热量，而这２．３间接蒸发冷却过程
如前所述，吸湿性液体的除湿能力与其自身的
浓度和温度有关，通过再生过程，可以保持吸湿性液体的浓度不变。为了消除温度变化对液体除湿能力的影响，利用间接蒸发冷却过程得到冷量，冷却
者之间交换流动，使喷淋室３中补充浓度较大的吸湿性液体，保持除湿能力。从整体效果来看，新风中个热量来自空调冷凝器排出的冷凝热。
增刊１
陈林等：小型全热回收新风机组模拟及性能分析
除湿过程中的吸湿性液体。流经喷淋室ｌ后，室内回风虽然温度和含湿量有所上升，但焓值仍较低，可以用来制取冷却水。回风在喷水室中与循环水接触，循环水蒸发，温度下降，回风含湿量增加至接近饱和后被排到周围环境。冷却后的循环水进入板式换热器，与温度较高的除湿液体进行热量交换，提供冷量。蒸发冷却循环中要定时补水。在图２中，回
风从状态７变化到８，循环水从状态９变化到ｌｏ。２．４系统的全热回收
经过吸湿性液体热回收和液体除湿过程，新风
从室外状态１变化到送风状态３，回风从室内状态６变化到排风状态８，为评价机组热回收效果，定义
复合全热回收效率
弛＝瓮弛２瓦忑
（１）（１Ｊ
符号所代表的物理量及各下标的含义，见符号表，后同。结合图２可发现，该效率的分子是新风状态ｌ和状态３之间的焓差，分母是新风状态１和回
风状态６的焓差，该效率值反映了新风经过吸湿性液体全热回收和吸湿性液体除湿两个步骤所实现的
全热回收效果，因此定义为“复合全热回收效率”，
后文也用“系统全热回收效率”表示。
３计算模型及计算结果
３．１各部件内部的热、质交换过程
图ｌ中，机组７个主要设备中的热、质交换过
程可以归为三类：吸湿性液体与空气的热、质交换过程，水与空气蒸发冷却过程，液体与液体的换热。３．１．１吸湿性液体一空气的热、质交换过程在
喷淋室１—４中，空气与吸湿性液体之间进行能量和水分的传递。以喷淋室２除湿过程为例，空气含湿
量降低，吸湿性液体浓度降低，空气和吸湿性液体之间遵循能量守恒和物质守恒，控制方程如下。
焓交换效率：
‰＝捷卵ｎｈ
２瓦忑
（２）例
能量守恒：
ｍ。ａｉ・＾。ａｉ—ｍ。。ｏ・＾。。。＝ｍ。。。・＾。。。一ｍ。８ｉ・而ｎｓｉ（３）
湿交换效率：
ｍ
２瓦忑
ｄｎａｉ—ｄｎａｏ
水分守恒：
ｍｎａｉ・ｄ。。ｉ＋ｍ。ｓｉ・（１一ｃｎｓｉ）＝
ｍ。。。・ｄ。。。＋ｍ。。。・（１一ｃ。。。）（５）
万
方数据溶质守恒：
３．１．２水与空气直接接触的蒸发冷却过程喷水
室中的蒸发冷却过程是空气与水直接接触的过程，
采用文献［４】中方法，定义效率Ｅ和ＥＥ，同时，要满足能量和质量守恒。
Ｅ＝，一瓮
ｔⅫ，ｉ—ｋａ；目
（７）
、７
ＥＥ：１一！！！！二！！竺
ｆ８１
、７
ｔｅａｉ一￡ｅａｉｓ
３．１．３液一液之间的传热过程
在板式换热器和
套管换热器中，仅有热量的传递，计算时采用文献［５】中的方法，定义换热器效能，同时要满足能量守
恒。控制方程从略。３．２计算实例
通过上述分析，对系统编程计算，相关物性参考文献［５】，［６］。计算时设定室内、外空气状态，室内回
风温度２６。ｃ、含湿量ｏ．０１２蚝／蛞干空气；室外新
风状态依据北京市典型年气象数据［引，取其中温度
高于２６．５。ｃ、含湿量大于ｏ．０１４５埏／ｋ干空气的状
态点作为新风状态点，符合上述条件的状态点有５７３
个。再生空气取用于冷却空调冷凝器的环境空气，
这些空气经过冷凝器时被加热，温度较高，但含湿
量与新风一样。计算时需要设定空气和溶液的流量
值，在吸湿性液体全热回收和除湿时，取空气和吸湿性液体的质量流量比为１：２，在溶液再生时，取空气和吸湿性液体的质量流量比为２：１。计算时还需
要设定热、质交换的效率（效能），取ｏ．５一ｏ．８５。
通过计算，可以得到送风点状态，利用式（１）
定义的复合全热回收效率来评价机组的全热回收性能。在以气象数据作为新风入口参数的条件下，机组
的全热回收效率在ｏ．６７到２．２６之间，如图３所示。
２．６
２．２
＼糍鹕糍麓
１．８
夸
鲁
１．４
１Ｏ
‘
＾＾＾１』ｕ
Ｏ．６
２６Ｌ——————一２７２８２９
－－－—１．．．－－．－●．－－－－－－＾—－－—－－—＾－－—－－－－‘－－－－－－－●－－－－一
３０
３ｌ
３２
３３
ｔｍ／‘ｃ
图３不同新风条件，机组的复合全热回收效率
４讨
论
机组的各参数，对复合全热回收效率有不同程
工程热物理学报２８卷
度的影响，下面从流量、部件效率（效能）以及新风状态等三个方面来讨论。
４．１各部件效率（效能）的影响
在５３．２的计算中，共有１２处的传热、传质效率
（效能）系数。依次改变各效率（效能）系数，系统全
热回收效率随之变化。
计算发现，两处效率（效能）变化引起系统全热回收效率变化较大，表１列出了结果。一处是液体
除湿过程的效率，除湿效率高，则新风含湿量减少较多，焓值变化较大，从而全热回收效率高；另一处是蒸发冷却过程的效率，此处效率高则蒸发冷却提
供冷量较充分，吸湿性液体冷却充分，液体除湿能力保持较好，新风除湿较完善，焓值变化较大，从而系统全热回收效率高。
表ｌ对系统全热回收效率影响较大的部件效率（效能）
部件效率
系统全热回收设定值
变化值
效率变化率
４．２流量的影响
与分析部件局部效率（效能）对系统全热交换效率的影响类似，可以分析流量对系统全热交换效率
的影响。由表２可以看到，当改变喷淋室３（除湿单
元）与喷淋室４（再生单元）之间的质量流量时，系统
的全热回收效率发生显著的变化。
这主要是当交换的质量流量减小后，除湿和再生单元中吸湿性液体的浓度上升，吸湿性液体除湿
能力增强，新风含湿量变化较多，焓降增大，从而系统的全热交换效率提高。在实际操作过程中，虽然减小交换的质量流量可是使系统的全热交换效率提
高，但是质量流量过小，再生处的浓度可能达到吸湿性液体的结晶线，所以用于交换的质量流量为除湿单元循环流量的７％一９％时较合适。
表２流量对全热回收效率的影响
４．３新风状态
从§３．２的结果可以发现，系统的全热回收效率
受到新风状态的影响。新风温度一定时，系统全热
回收效率随新风的含湿量增加而减小；新风的含湿
万
方数据量一定时，系统全热回收效率随新风的温度增加而减小。
在常用的温度和湿度范围
（温度范围
２９＾一３２。ｃ，含湿量范围ｏ．０１７一ｏ．０２１蚝／ｋｇ干空气），系统全热回收效率平均值１．０６，高于常用的全热回收器。
４．４全热回收效率
本机组的复合全热回收效率可以超过１，实际上该效率反映了两次热、质交换的结果。
第一次是新风与回风全热回收，即室内回风通过吸湿性液体循环带走新风的部分热量和含湿量，从而新风的焓值降低，回风焓值升高。第二次是吸湿性液体除湿新风，新风含湿量降低，温度变化不大，新风焓值再次降低。除湿过程产生热量并使溶液浓度降低。此时室内回风与水接触进行蒸发冷却过程，得到的冷量用于冷却新风的除湿过程，同时利用热泵冷凝器的排热，对除湿液体进行再生，使得除湿过程可以持续进行。可以认为新风降低的焓通过吸湿性液体和冷却水，最终传递给了回风。
５结
论
本文提出一种新的全热回收方式，将通过吸湿性液体的全热交换、冷凝器排热驱动的液体除湿和
蒸发冷却相结合，得到了全热回收效率很高的新风
机组。
（１）通过模拟计算，机组整体的复合全热回收效
率可以达到１以上，最高可以超过２。
（２）通过对系统参数的分析，明确了提高系统性能的关键参数，对于实验研究有显著的指导意义。
（３）新风机组可以在现有的空调基础上进行改造，充分利用室内回风和冷凝器的排热，增加室内新风供应而不增加额外的能耗。参
考
文
献
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ｏｆ
Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ．ＡｔｌａｎｔａＧＡ
ＵＳＡ：ＡｍｅｒｉｃａｎＳｏｃｉｅｔｙｏｆＨｅａｔｉｎｇＲ，ｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｎｇａｎｄＡｉｒ—
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｓ，２００ｌ
［７］北京市气象统计数据．电子文献
小型全热回收新风机组模拟及性能分析
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
陈林， 李震， CHEN Lin， LI Zhen
传热与能源利用北京市重点实验室,清华大学工程力学系,北京,100084工程热物理学报
JOURNAL OF ENGINEERING THERMOPHYSICS2007,28(z1)
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