膜法全热回收制冷除湿系统可以有效地对新风进行除湿,防止传染病毒的扩散,提高室内空气的品质,降低空调系统的能耗。然而,该系统还处在可行性研究阶段,存在的技术障碍是对系统的热力学性能、传热传质性能缺乏了解,没有优化设计的数学工具。本课题研究了膜法全热交换器传热传质特性,开发了实用化的膜式全热交换器;提出了膜法全热回收制冷除湿系统的数学模型,并在计算机上得到实现;在此理论成果基础上,制备了一个膜法全热回收制冷除湿机样机,达到预期效果。论文的主要工作包括以下几个方面:(1)建立了膜法全热回收制冷除湿试验台。利用该试验台对夏季工况条件下的膜法全热回收制冷除湿系统进行了试验分析,测试了膜式全热交换器的显热效率,潜热效率,以及整个系统的除湿量,制冷量以及COP值等。(2)建立了多通道的板式膜全热交换器的数学模型,并用实验进行了验证。研究了板式膜全热交换器的传热传质机理,揭示出板材料的性质对传质性能有重大的影响,而对显热效率影响不大。实验测定了材料的接触角和吸湿曲线与亲水性的之间的关系。分析了空气流量变化和室外气候变化对膜式全热交换器的性能影响。实验和数值模拟结果表明,膜湿阻由膜的厚度、吸附曲线和最大吸湿量共同决定。膜式全热交换器的潜热效率高达0.7,而透湿纸全热交换器的效率只有0.4。(3)建立了基于分布参数法的膜法全热回收制冷除湿系统模型,并对其模型进行实验验证。基于所建立的数学模型,开发了一款易用界面友好的制冷除湿机模拟软件。利用该模拟软件,预测了变工况条件下,系统性能的变化。研究了制冷剂的质量流量比对系统性能的影响。揭示出该系统在高温高湿条件下具有较好的鲁棒性的原因。温湿度越高,膜全热交换器的传热传质性能越好,这补偿了子系统—制冷除湿系统性能是大幅度下降的问题。研究了室外候变化,冷凝器制冷剂质量流量变化时,该系统的性能变化。在名义工况条件下,该系统的COP值达6.8,除湿量为3.57 kg/h。COP和除湿量比传统的制冷除湿系统的分别高4倍,2.5倍。(4)利用开发的软件对膜法全热回收制冷除湿系统进行了优化。在此基础上,设计了首台膜法全热回收制冷除湿样机,并进行了标准焓差实验,取得了预期的效果。该样机系统解决了两个关键的问题:1)将膜全热交换器应用于实际系统中; 2)解决了制冷除湿系统在高温高湿工况下,系统性能大幅度下降的问题。实验结果表明,样机的膜全热交换器的显热效率为79%,潜热效率为62%,机组整体的除湿量为2.7 kg/h,制冷量为2.9 kW,COP为4.6。室外空气的温度和含湿量越大,样机的性能越好。