蒸发-热电联用海水淡化系统的加湿除湿性能优化研究：提升淡水产出与能效平衡新策略

《Desalination》：Experimental assessment of humidification and dehumidification performance in an evaporative-thermoelectric desalination system

本文通过实验评估了集成热电冷却器(TEC)的加湿-除湿(HDH)海水淡化系统性能，探究了空气流速(1.5-2.5 m/s)和TEC电压(6-12 V)对产水量(14-42 ml/h)、回收率(提升2倍)及性能系数(COP 2.3-3.1)的影响，为低成本大气水收集(AWH)技术提供优化方案。

　　

Highlight

实验装置与流程

实验系统由蒸发垫（加湿核心）、热电冷却模块（TEC）和气流通道构成（图1）。使用自来水模拟盐水，通过调节风机控制空气流速（1.5-2.5 m/s），TEC电压梯度设置为6-12 V，实时监测冷/热端温度（T_c/T_h）及冷凝水量（m_wc）。

关键公式与数据处理

加湿效率计算公式：

η_hum = (T₁?T₂)/(T₁?T_wb)

其中T₁为进气温度，T₂为加湿后温度，T_wb为湿球温度。系统性能系数(COP)通过冷端吸热量(Q_c)与TEC输入功率(P_TEC)比值确定。

结果与讨论

1. 1.

   低速高效：空气流速1.5 m/s时加湿效率达66%，但2.5 m/s时下降12%——低速气流延长水汽接触时间；

2. 2.

   电压倍增效应：TEC电压从6V升至12V，淡水产量激增3倍（14→42 ml/h），但每瓦时产水量下降60%，揭示"高产出-高能耗"矛盾；

3. 3.

   性能拐点：COP在低电压时保持2.3-3.1，12V时骤降70%，提示最佳工作区间为6-9V。

结论

这项"蒸发-热电"混合系统研究证明：

• 低风速（1.5 m/s）+中等电压（9V）可实现66%加湿效率与2.8 COP的平衡；

• 每提升1V电压，冷凝水产量增加7 ml/h，但能源成本呈指数上升；

• 为可持续海水淡化技术提供了明确的参数优化窗口。