冷凍―轉(zhuǎn)輪聯(lián)合式除濕機(jī)的研究與應(yīng)用

冷凍―轉(zhuǎn)輪聯(lián)合式除濕機(jī)的研究與應(yīng)用冷凍―轉(zhuǎn)輪聯(lián)合式除濕機(jī)的研究與應(yīng)用摘要介紹了冷凍、轉(zhuǎn)輪、聯(lián)合式除濕機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)，比較了聯(lián)合式除濕機(jī)三種不同的空氣處理方案，提出了聯(lián)合式除濕機(jī)在應(yīng)用中需解決的一些技術(shù)問題。關(guān)鍵詞冷凍除濕機(jī)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)冷凍―轉(zhuǎn)輪聯(lián)合式除濕機(jī)隨著經(jīng)濟(jì)、科技的飛速發(fā)展，對(duì)空氣溫度、濕度要求也越來越高，例如腺胚提煉的溫、濕度要求分別為21～27℃、5～10%，鋰電池生產(chǎn)線的溫、濕度要求分別為20～25℃、2%。單獨(dú)的冷凍除濕機(jī)或單獨(dú)的轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)很難滿足對(duì)空氣濕度的苛刻要求，而聯(lián)合式除濕機(jī)既能滿足對(duì)所處理的空氣濕度要求又能滿足對(duì)所處理的空氣溫度要求，甚至可以使處理后的空氣含濕量小于1g/kg?干。目前，聯(lián)合式除濕機(jī)應(yīng)用在低溫低濕的場合較多。1、冷凍除濕機(jī)1.1工作原理冷凍除濕機(jī)工作原理如圖1所示。它由四大部件組成，即冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥、壓縮機(jī)。壓縮機(jī)是該系統(tǒng)的核心部件，它從蒸發(fā)器中吸入氟利昂氣體，壓縮后排到冷凝器，氟利昂在冷凝器中定壓冷凝，當(dāng)冷凝空氣通過冷凝器時(shí)，把氟利昂冷凝熱帶走，氟利昂溫度降低，從氣態(tài)變成液態(tài)。當(dāng)液態(tài)氟利昂經(jīng)過膨脹閥后，變成濕蒸汽，進(jìn)入蒸發(fā)器，進(jìn)行定壓氣化，吸收蒸發(fā)器翅片熱量，蒸發(fā)器表面溫度降低。當(dāng)被處理空氣通過蒸圖1冷凍除濕機(jī)原理圖發(fā)器，被處理空氣和蒸發(fā)器進(jìn)行熱交換，處理空氣溫度降低，當(dāng)降低到空氣露點(diǎn)溫度以下時(shí)，處理空氣中的水汽在蒸發(fā)器表面凝結(jié)成液態(tài)水，從空氣中分離出來，通過蒸發(fā)器的被處理空氣的溫度、含濕量降低，氟利昂吸收被處理空氣中的熱量后，變成氟利昂氣體，又被壓縮機(jī)吸入，再壓縮，然后依次重復(fù)以上過程，連續(xù)不斷地進(jìn)行除濕。1.2、冷凍除濕機(jī)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：體積小；除濕效率高；使用壽命長；不需要另外配置冷源和熱源，也不需要再生裝置，只要接上相應(yīng)的電源和處理風(fēng)管道即可運(yùn)行；缺點(diǎn)：對(duì)進(jìn)風(fēng)溫度有一定的要求，普通型除濕機(jī)的進(jìn)風(fēng)溫度在18～32℃左右，低溫型除濕機(jī)的進(jìn)風(fēng)溫度在5～32℃左右；對(duì)于低溫型除濕機(jī)，當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度低于18℃時(shí)，還要間斷性地融霜，影響除濕效率；冷凍除濕機(jī)適合處理出風(fēng)含濕量大于6.5g/kg干的空氣，對(duì)于出風(fēng)含濕量要求更低的空氣，用冷凍除濕機(jī)來處理，可靠性較差。2、轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)當(dāng)冷凍除濕機(jī)處理出風(fēng)含濕量小于6.5g/kg干的空氣時(shí)，可靠性較差。目前，在有低濕要求的場所，轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)應(yīng)用的較多。2.1、轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)工作原理轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)工作原理如圖2所示。其主體結(jié)構(gòu)為一個(gè)不斷旋轉(zhuǎn)的蜂窩狀吸濕轉(zhuǎn)輪，它由耐熱材料制成的波紋狀介質(zhì)所構(gòu)成，波紋狀介質(zhì)中載有吸濕劑。除濕轉(zhuǎn)輪兩側(cè)，由高度密封性能的彈性耐磨材料制成的隔板把轉(zhuǎn)輪分為兩個(gè)扇形區(qū)域：一個(gè)為處理濕空氣端的270°扇形區(qū)域，稱為處理區(qū)；另一個(gè)為再生空氣端的90°扇形區(qū)域，稱為再生區(qū)。當(dāng)待處理的潮濕空氣進(jìn)入處理區(qū)，空氣中的水分子被轉(zhuǎn)輪內(nèi)的吸濕劑吸收，干燥后的空氣被處理風(fēng)機(jī)排至干空氣出口處。處理空氣圖2轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)工作原理區(qū)域的扇面吸收水分子，變成飽和狀態(tài)后，將自動(dòng)轉(zhuǎn)到再生區(qū)，進(jìn)入再生過程。在再生過程中，再生空氣經(jīng)過加熱后（120℃左右），進(jìn)入轉(zhuǎn)輪再生區(qū)扇面，在高溫狀態(tài)下，轉(zhuǎn)輪中的水分子被脫附，散失到再生空氣中，再生空氣變成了含濕量很大的濕空氣。再生空氣由于在脫附過程中損失了熱量，自身溫度降低，由再生風(fēng)機(jī)排至濕空氣出口處。轉(zhuǎn)輪大約以8～10周/小時(shí)的速度旋轉(zhuǎn)。除濕和再生同時(shí)進(jìn)行，對(duì)空氣進(jìn)行連續(xù)除濕。2.2、轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可以使被處理的空氣達(dá)到很低的露點(diǎn)；運(yùn)動(dòng)部件少，運(yùn)行可靠，維修方便；整個(gè)除濕過程中沒有液態(tài)水出現(xiàn)，更不需要淋水盤.缺點(diǎn)：運(yùn)行能耗大；一般轉(zhuǎn)輪使用壽命短；處理空氣的出風(fēng)溫度高，適合于對(duì)處理空氣的出風(fēng)含濕量有較高要求而對(duì)處理空氣的出風(fēng)溫度沒有要求的場合；還需要另接單獨(dú)的再生空氣排風(fēng)管道，把再生空氣排出室外。3、聯(lián)合式除濕機(jī)冷凍除濕機(jī)在高溫高濕工況下除濕量大而轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)在低溫低濕工況下除濕程度深，把冷凍除濕機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，構(gòu)成聯(lián)合式除濕機(jī)，可以滿足對(duì)處理空氣低溫低濕的要求。3.1、聯(lián)合式除濕機(jī)原理聯(lián)合式除濕機(jī)的原理如圖3所示，主要由轉(zhuǎn)輪、一級(jí)冷卻器、二級(jí)冷卻器、處理風(fēng)機(jī)、再生風(fēng)機(jī)等部件組成。被處理空氣經(jīng)過一級(jí)冷卻器后，溫度被降低到露點(diǎn)以下時(shí)，被處理空氣中的水蒸汽凝結(jié)成液體，從空氣中分離出來，被處理空氣的溫度、含濕量都降低，再經(jīng)過轉(zhuǎn)輪進(jìn)行深度除濕后，被處理空氣的含濕量進(jìn)一步降低，溫度升高。如果對(duì)機(jī)組出口處的處理風(fēng)有溫度要求，可以在轉(zhuǎn)輪后再加一個(gè)二級(jí)冷卻器，對(duì)空氣進(jìn)行等濕降溫處理。這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)處理空氣的溫度、濕度控制。圖3聯(lián)合式除濕機(jī)原理圖3.2、直接蒸發(fā)聯(lián)合式除濕機(jī)的方案比較現(xiàn)在多數(shù)廠家采用冷凍水作為冷媒，冷卻轉(zhuǎn)輪前后的處理空氣，冷凍水流量易控制，水溫恒定，但是制冷效率比直接蒸發(fā)式低，而且還需要水泵、管道等輔助系統(tǒng)。隨著節(jié)能要求的日益提高，直接蒸發(fā)聯(lián)合式除濕機(jī)將是以后的發(fā)展方向。直接蒸發(fā)聯(lián)合式除濕機(jī)可以應(yīng)用于有新風(fēng)的低濕型場合、無新風(fēng)的低濕型場合、有新風(fēng)的人體舒適型場合等，對(duì)于無新風(fēng)的場合可以只使用循環(huán)風(fēng)。而對(duì)于有新風(fēng)的場合，存在著新風(fēng)和回風(fēng)如何混合的問題。例如在怎樣的情況下采用一次回風(fēng)或二次回風(fēng)，既能滿足用戶對(duì)處理空氣的要求又能滿足節(jié)能的要求，帶著這個(gè)問題我們先討論以下三種直接蒸發(fā)聯(lián)合式除濕機(jī)的空氣處理方案?，F(xiàn)在要求機(jī)組送風(fēng)參數(shù)為20℃，30%。規(guī)定方案一、方案二、方案三的新風(fēng)量均占機(jī)組送風(fēng)量的30%，新風(fēng)工況為35℃，60%，房間內(nèi)參數(shù)為25℃，30%。現(xiàn)在比較三種方案的制冷量、再生電加熱功率、所用轉(zhuǎn)輪的規(guī)格等。方案一采用一次回風(fēng)，方案二采用二次回風(fēng)，方案三采用旁通風(fēng)加一次回風(fēng)?？諝馓幚矸謩e如圖4、圖5、圖6所示。圖4方案一空氣處理圖方案一的空氣處理過程如圖4所示，每個(gè)狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)如表2所示：方案一狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)表2狀態(tài)點(diǎn)12345010204溫度℃3528164320252525相對(duì)濕度%RH604790930303030含濕量g/kg干2211104.24.2666焓值kJ/kg干9055425131404040風(fēng)量m3/h12004000400040004000400028001200圖5方案二空氣處理圖方案二的空氣處理過程如圖5所示，每個(gè)狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)如表3所示：方案二狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)表3狀態(tài)點(diǎn)12345601020304溫度℃35291334312025252525相對(duì)濕度%RH6050908163030303030含濕量g/kg干22128.534.24.26666焓值kJ/kg干90603442413140404040風(fēng)量m3/h1200300030003000400040004000180010001200圖6方案三空氣處理圖方案三的空氣處理過程如圖6所示，每個(gè)狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)如表4所示：方案三狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)表4狀態(tài)點(diǎn)123456701020304溫度℃351313343426.82025-2525相對(duì)濕度%RH60909088253530-3030含濕量g/kg干228.58.5335.15.16-66焓值kJ/kg干903434424240.63440-4040風(fēng)量m3/h12001200120012001200400040004000028001200三種方案綜合比較表5方案一方案二方案三轉(zhuǎn)輪規(guī)格直徑×厚度mmφ1000×300φ800×300φ600×200轉(zhuǎn)輪額定處理風(fēng)量m3/h400030001200一級(jí)蒸發(fā)器制冷量kW182622.4二級(jí)蒸發(fā)器制冷量kW27178.8總制冷量kW454331.2再生電加熱功率kW443313通過以上三種方案比較，三種方案的綜合數(shù)據(jù)如表5所示。從表5可以看出，方案一和方案二所需總的制冷量幾乎相等。經(jīng)過方案一轉(zhuǎn)輪處理的風(fēng)量為4000m3/h。而經(jīng)過方案二轉(zhuǎn)輪處理的風(fēng)量為3000m3/h，兩種方案的機(jī)組送風(fēng)參數(shù)相同，方案二使用的轉(zhuǎn)輪規(guī)格比方案一要小，也就意味著方案二的轉(zhuǎn)輪成本比方案一要小一些。方案二的再生電加熱功率為33kW，比方案一的再生電加熱功率減少了25%。當(dāng)方案二的二次回風(fēng)超過1000m3/h時(shí)，送風(fēng)含濕量將超過4.2g/kg干，不能滿足前面的要求了；當(dāng)方案二的二次回風(fēng)小于1000m3/h時(shí)，處理風(fēng)含濕量將低于4.2g/kg干，二次回風(fēng)的風(fēng)量減小到零時(shí)，處理空氣出風(fēng)含濕量將達(dá)到3g/kg干。方案二除了具有節(jié)能的特點(diǎn)以外，還可以用來調(diào)節(jié)機(jī)組送風(fēng)含濕量，方案二的送風(fēng)含濕量可以在3～4.2g/kg干之間調(diào)節(jié)，但是機(jī)組的送風(fēng)風(fēng)量也將隨著送風(fēng)含濕量的變化而變化。另外，如果需要改變機(jī)組的送風(fēng)溫度，可以改變方案二的二級(jí)蒸發(fā)器的制冷量或者改變二次回風(fēng)的風(fēng)量。所以從以上兩種方案比較來看，方案二優(yōu)于方案一。盡管方案三的總制冷量、轉(zhuǎn)輪規(guī)格、再生電加熱功率都最小，但最小送風(fēng)含濕量只能達(dá)到5.1g/kg干，不能滿足前面的要求。如果加大02處的旁通風(fēng)混合比例，機(jī)組的送風(fēng)含濕量將會(huì)高于5.1g/kg干，更不能滿足前面的要求。方案三機(jī)組的送風(fēng)參數(shù)不同于方案一和方案二，為了便于分析、比較，上述計(jì)算仍用同樣的房間內(nèi)參數(shù)，這意味著方案三不能消除方案一和方案二同樣的熱濕負(fù)荷。通過以上的三種方案綜合比較，方案二最優(yōu)。但是根據(jù)不同的送風(fēng)要求，以上三種方案在工程中都有實(shí)用價(jià)值，具體選擇哪種方案，要根據(jù)新風(fēng)參數(shù)、送風(fēng)參數(shù)、回風(fēng)參數(shù)、轉(zhuǎn)輪額定風(fēng)量等設(shè)計(jì)條件來綜合考慮，最終才能確定哪種方案最合理。4、直接蒸發(fā)聯(lián)合式除濕機(jī)應(yīng)用中存在的問題（1）、在變工況運(yùn)行時(shí)，如何防止一級(jí)蒸發(fā)器結(jié)霜。機(jī)組按照最大負(fù)荷來設(shè)計(jì)，