降低能耗近 30% 减少碳排放 6000 多万吨
我校学子设计的固体除湿系统获全国金奖
我校学子设计的固体除湿系统结构图
本报讯 固体吸附除湿、 热能自我供给、每年可减少碳排放 6000 多万吨……日前，我校学子刘金琳、周舟、钟子龙、陈东亮、王苇杰、买帅星、倪赵君、倪一然在城市建设学院王瑜老师、 材料科学与工程学院刘杰老师指导下，凭借作品《“相”安无“湿”——利用 PNIPAm/PPy 水凝胶和复合相变材料的热能自我供给式固体除湿系统》获得 2023“临平杯”第三届全国机械工业设计创新大赛全国金奖。
“与传统的压缩式空调系统相比， 固体吸附除湿系统运行成本低，具有降低建筑能耗的节能潜力。 ”团队负责人刘金琳介绍固体吸附除湿时表示，当下建筑中的中央空调系统一般是通过冷却湿空气进行冷凝除湿， 存在高能耗、易存留冷凝水、易产生霉菌等问题，而固体吸附除湿是利用表面积很大的多孔物质吸收空气中的水分，“常用的固体吸附材料包括硅胶、氯化钙等，虽然相较冷凝除湿更有降低建筑能耗的潜力，但也存在除湿量低、除湿速度慢、再生温度高等问题。 ”
为了提高固体吸附除湿的效率，项目团队经过多次实验合成了吸湿量更高、吸湿速度更快、脱附温度更低的新型固体吸湿材料——PNIPAm/PPy 水凝胶。“与常用的硅胶相比，吸湿量提高了 12.2 倍， 最低脱附温度从 120 摄氏度降到了 40 摄氏度。 ”钟子龙自豪地说，他们合成的 PNIPAm/PPy 水凝胶再生效率高、可循环利用，无毒无害、不易泄漏。 “用硅胶材料要加热到 120 摄氏度才能把水分脱除，用这个水凝胶最低温度只要达到 40 摄氏度就可以脱除水分，这样就可以利用光照、建筑余热等低品位热源，降低空调除湿能耗。 ”
除了构建以 PNIPAm/PPy 水凝胶为基础的新风除湿系统， 团队还设计了余热回收、脱附再生和杀菌净化系统，形成了一种余热回收供给循环、交替工作式固体吸附除湿系统。“空气进入管路后，先进行固体吸附除湿，然后利用等离子体杀菌器进行净化。”周舟介绍道，为了让固体吸附除湿系统实现低能耗交替运行，他们还利用废弃的发泡聚苯乙烯为原料制备复合相变材料 HCPS-PW，吸收空调机组压缩机的余热，实现了脱附再生过程热能的自我供给。“我们设计了两条除湿工作线路，当一条线路工作时，另一条线路就利用储存的热能进行烘干，保证系统运行的高效性和安全性。”陈东亮补充道。
经团队测算，较之传统的固体除湿系统，该系统能够降低除湿能耗 29.1%，每年可减少建筑碳排放 6525 万吨。目前，团队已拥有 8 项专利、发表 2 篇核心论文，并与南京易安环境科技有限公司开展战略合作，团队技术有望在建筑领域得到进一步推广。
廖康利 韦玮