活性炭吸附改善空调的性能系数

　　在很多炎热地区，使用空调的耗能是很大的。有些资源匮乏的地区，由于发电能力不足，空调制冷的电源不太稳定。在温度和湿度较高的地区空调的冷却负荷不仅是对空气的显着冷却，而且还包括潜热去除，在这种情况下，这意味着除湿。空调机除湿是一个耗能的过程，因为应该将空气冷却到其露点，以除去水分作为冷凝物。因此，空调中制冷剂的蒸发温度必须非常低，这降低了空调的性能系数。干燥剂空调系统使用活性炭直接从空气中去除水分，并且活性炭不需要高质量的能量(例如电或气)进行再生。

　　活性炭是低成本吸附剂比较实用的材料之一，因为它可以由多种材料制成，包括农业残留物。活化过程的成本也可以通过使用物理激活来降低。但是，由于活性炭通常是疏水性的，并且在较低的相对压力下水的吸收量很小，因此可用的活性炭吸附水的数据并不多。但是，一些数据显示活性炭具有很高的吸水能力，尤其是在相对压力大于0.6的情况下。本次我们讨论了活性炭作为干燥剂除湿剂的吸附能力，以及通过使用活性炭进行除湿来节省空调能耗的可能性。

　　湿热环境下活性炭的除湿能力

快盈VIII　　活性炭的除湿能力可以定义为在给定温度和湿度条件下的有效吸附量，其计算方式为吸附与解吸之间的平衡吸附之差。考虑到实际环境条件，相当于室外空气条件的吸附条件为干球温度为32℃，相对湿度为80%。解吸条件是由再生空气温度从40℃到80℃给出的，室外空气条件下的湿度比为24g/kg。计算出的除湿能力如图1所示。比较了活性炭和典型硅胶(A型和B型硅胶)在不同再生温度下的除湿能力。在硅胶的情况下，由于缺乏数据，吸附和解吸之间的磁滞被忽略了，并且预期它很小。

　　图1：活性炭除湿能力与硅胶的比较。

快盈VIII　　结果表明，活性炭具有较高的除湿能力。值得注意的是，活性炭的除湿能力约为B型硅胶的两倍。此外，有趣的是，改性活性炭在40℃的再生温度下表现出比活性炭更好的性能。较低的再生温度导致解吸过程中较高的相对压力。尽管改性活性炭的磁滞较大，但在相对压力略高于活性炭的情况下，解吸等温线会急剧变化。因此，改性活性炭可以在40℃的再生温度下保持足够的有效吸附。还应该注意的是，当再生温度提高到一定水平时，活性炭，改性活性炭和B型硅胶的解吸能力提高很小。这对于具有所谓的S形等温线的吸附剂是合理的，因为有效的吸附不会随着相对压力的降低而增加。换句话说，这些吸附剂将在低再生温度下提供其最佳性能，例如，对于活性炭，50℃就足够了。

　　活性炭改善空调的性能系数

　　活性炭除湿的目的是承担潜热去除并减少空调的冷却负荷。如果空调仅在显冷条件下工作，则与露点冷却箱相比，冷却负荷将减半，并且可以提高制冷剂的蒸发温度。这样，将大大减少空调的电力消耗。因此，在本节中，将通过详细的热力学循环仿真来分析蒸发温度对空调冷却性能系数的影响。

　　热泵循环模拟

快盈VIII　　热泵是空调的热力学原理，可以基于状态点的热物理特性来预测热泵的热力学性能。图2(a)显示了典型热泵的示意图，图2(b)显示了压力-焓线图上的热泵循环。在我们的模拟中，不仅计算了每种状态下的热物理性质，而且还计算了蒸发器和冷凝器中的热交换过程。由于换热器规格的可用性限制，所以将换热器建模为双管逆流式换热器，该换热器用于我们的实验装置中。

　　图2：典型的热泵循环。

快盈VIII　　改进空调的性能系数，更改导热液的温度以分析空调的送风温度对冷却性能系数的影响。尽管模拟中的导热液是水，但无论导热液是水还是空气，制冷剂侧的行为都无关紧要。因此，导热液被保留为水，因为它已针对实验进行了验证。假设室内空气温度为25℃，相对湿度为50%，则必须通过空调将空气冷却至14℃以下以进行除湿。为了通过冷凝有效地去除空气中的水分并达到较低的湿度比，必须充分冷却空气，例如10℃。在这种情况下，室内空气和除湿空气之间的焓差约为20kJ/kg。另一方面，如果空调不负责除湿，则供气不必太冷。在这种情况下，送风可以更接近室温，例如，如果温度为20℃，则送风与送风之间的焓差是前一种情况的四分之一。

快盈VIII　　活性炭吸附改善空调的性能系数。我们评估了两种活性炭的除湿能力。详细的热泵循环模拟还通过减少空调的除湿负荷来预测性能系数的提高。活性炭的吸水能力的评估表明，活性炭具有比硅胶更好的除湿能力。除此之外，它不需要很高的再生温度，而50℃的温度就足够了。热泵循环的模拟分析表明，通过提高蒸发温度可以大大提高空调的性能系数。结果表明，随着蒸发温度从8.5℃升高到18.5℃，空调性能系数改善了50%，相当于减少了30%的电力输入。除了降低冷却负荷本身之外，通过将除湿负荷与空调分开将大大减少空调的电力消耗。

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