近日，上海交通大学王如竹教授领衔的“能源-水-空气” 交叉学科创新团队ITEWA (Innovative Team for Energy, Water & Air)在Joule期刊（IF=46.048）发表名为 Dehumidification with Solid Hygroscopic Sorbents for Low-Carbon Air Conditioning的Preview论文。该文从实现室内空气调节的空调的减碳目标出发，结合吸附式空气取水领域的吸附材料设计的最新进展，从跨学科的角度分析了固体吸附除湿材料用于下一代高效低碳除湿空调在材料设计和工程应用方面的挑战和机遇。这种从材料到工程、从技术到市场的全面跨学科、跨行业发展，可以使得基于吸附剂除湿的下一代空调成为替代传统空调的新型方式，实现空气中湿度负荷的智能处理，减轻空调对温室气体碳排放的影响。论文作者为上海交通大学制冷与低温研究所博士后Primož Poredoš，博士生山訸及王如竹教授。

空调的大量使用对全球温室气体排放平衡构成了巨大负担。当前和未来全球湿度对与空调相关的温室气体排放具有重大影响，将潜热负荷（湿度）与显热负荷（温度）分开的解耦处理，通过吸附材料控制湿度和潜热负荷，具有巨大的碳减排潜力，尤其是在炎热和潮湿的气候地区。目前，对于空调系统的可持续发展及其碳减排具有迫切需求。将空气中的水分（湿度）分离出来，将有效减少空调运行负荷，达到节能减排效果。具体来说，可以利用水蒸气吸附/吸收材料来捕获空气中的水蒸气，不需要消耗额外能量的分离湿负荷。而在高温驱动下，吸附材料释放水分，实现解吸和再生。该再生过程可以采用低品位能源（余热），甚至太阳能驱动，进而降低能耗及碳排放。

最近，吸附式空气取水(AWH)领域取得重大科学进步，特别是在新型吸附剂/除湿剂开发方面的蓬勃发展，使得空调除湿冷却与该领域的跨学科交叉成为可能。对于空气取水材料和除湿空调吸附剂来说，其设计思路基本相似，即都需要高吸附能力、快速传热传质性能、低再生能耗以及长期循环稳定性和低成本。新型吸附剂在实现低碳空调方面也显示出巨大的水汽分离潜力，但在匹配空调能量和能级方面，需要进一步合理设计。

目前最具有工程应用前景的材料为吸湿盐复合吸附剂，与MOFs和水凝胶相比，这些吸附剂通常在较宽的相对湿度(RH)范围内表现出更高的吸附能力。更重要的是，吸湿盐复合吸附剂具有较高的稳定性、较低的生产成本，且浸泡-干燥制备工艺简单，具有较大的规模化生产潜力，因此具有很强的工程潜力。它们的形态取决于基质的状态，基质可以是粉末状、纤维或者块状物质，可以方便地与空调中热交换器(HX)组件，如管道和翅片结合。

干燥剂涂层换热器技术(DCHE)，可以应用于空调、热泵等系统，可保证潜热和显热的冷却。与空气取水过程不同的是，在空调热泵系统中，空气必须达到规定的温度和湿度才可以负荷输出条件。对空气状态的精确调节带来了复杂性，入口温度和湿度波动以及系统的热惯性都将影响最终的性能。因此，依赖于吸附剂材料的下一代空调设备在使用上将面临许多挑战。

通常，具有除湿换热器的空调具有以下关键过程：湿空气流动和工作流体（制冷剂或换热介质）的压降和传热传质；吸附剂和湿空气之间、吸附材料内部以及吸附剂和工作流体之间的传热；水分在湿空气和吸附剂之间以及吸附剂内部的传质过程。虽然其本身的过程比较直接和简单，但相互耦合的过程使得设计变得复杂。除了上述关键的传热传质设计过程，其他工程问题也需要考虑。例如，腐蚀的防止，吸附剂传热能力的提高，新型超吸收材料的开发，连续式系统的开发以及高效再生过程的利用等。作者在这些方面给出了可能的解决方案和发展方向。

作者认为，由于空调进行室内空气调节是最普遍的技术之一，政策制定者、投资者、热力设计师、建筑师和暖通空调行业对于当前技术的缺陷的反馈非常重要。他们的观点将为未来的市场导向和技术方向奠定基础。高度跨学科的团队可以发布关于基于先进吸附剂材料的下一代空调的全面指南，最终实现从材料到工程、从技术到市场的全面发展，使得基于吸附剂除湿的下一代空调成为替代传统空调的新型方式，最终实现空气中湿度负荷的智能处理，减轻空调对温室气体排放的影响。

研究工作得到了国家自然科学基金国际青年科学家研究基金、国家自然科学基金创新研究群体项目和国家自然科学基金的资助。王如竹教授领衔的ITEWA团队近年来在Joule、Energy & Environmental Science、Advanced Material、Angewandte Chemie-International Edition等国际期刊上发表了系列高质量论文，团队致力于解决能源、水、空气交叉领域的前沿基础性科学问题和关键技术，旨在通过学科交叉实现材料-器件-系统层面的整体解决方案，推动相关领域取得突破性进展。

原文链接：

DOI:https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.06.020

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(22)00294-X

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