張 燕，金梧鳳，陳 華

（天津商業(yè)大學(xué) 天津市制冷技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300134）

1 引言

我國(guó)屬于第三類建筑氣候區(qū)，夏季悶熱，冬季濕冷。潮濕的環(huán)境會(huì)促使一些微生物的滋生，嚴(yán)重者還會(huì)導(dǎo)致呼吸道等疾病的發(fā)生，這對(duì)人們的生活環(huán)境造成了很大的困擾［1］。對(duì)工業(yè)生產(chǎn)而言，高濕度會(huì)導(dǎo)致一些儀器、儀表等精密電子裝置的準(zhǔn)確性下降甚至失效，環(huán)境濕度的變化會(huì)對(duì)紙張、木制品、紡織品等材料的形狀及表面性狀產(chǎn)生很大影響，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程也會(huì)造成不良影響［2，3］。因此除濕技術(shù)的研究具有重要意義。

冷卻除濕以其在一般條件下除濕效果好、性能穩(wěn)定且除濕效率高等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用［4］。但當(dāng)被處理空氣的溫濕度較低時(shí)，冷卻除濕的效率就會(huì)變低［2］，且易出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象，更重要的是目前常用的空調(diào)系統(tǒng)基本上都是以調(diào)節(jié)溫度為主，濕度由于其滿足舒適度的范圍較廣，常常不予考慮，這樣更加重了結(jié)霜的發(fā)生和冷卻除濕效率的降低，因此為了解決這些問(wèn)題，并給常用的空調(diào)系統(tǒng)找到合適的除濕方式，許多學(xué)者在傳統(tǒng)冷卻除濕技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了創(chuàng)新改進(jìn)。

2 改進(jìn)技術(shù)概述

2.1 節(jié)能型冷卻除濕機(jī)

對(duì)于傳統(tǒng)型冷卻除濕機(jī)而言，濕空氣被直接送入到蒸發(fā)器進(jìn)行冷卻，待溫度降至露點(diǎn)溫度時(shí)析出冷凝水，然后經(jīng)再熱送入室內(nèi)，如此則造成了能源的浪費(fèi)。為了解決這一問(wèn)題，該節(jié)能型冷卻除濕機(jī)在蒸發(fā)器和冷凝器之間增加了一個(gè)換熱器，用以對(duì)進(jìn)入蒸發(fā)器之前的濕空氣進(jìn)行預(yù)冷和對(duì)經(jīng)處理后的干空氣進(jìn)行加熱，其原理圖如圖1所示［5］。濕空氣被風(fēng)機(jī)從左上方入口吸入，首先在換熱器中與從蒸發(fā)器出來(lái)的低溫干空氣進(jìn)行熱交換，然后再前行至蒸發(fā)器進(jìn)行再度降溫，達(dá)到露點(diǎn)溫度以下之后將冷凝水析出。

濕空氣進(jìn)入除濕機(jī)后先與被處理過(guò)的低溫干空氣進(jìn)行熱交換，溫度降低后再進(jìn)入蒸發(fā)器進(jìn)一步被降溫除濕，如此便減少了蒸發(fā)器的負(fù)荷，使得在輸入相同能量時(shí)的除濕能力增大，且經(jīng)處理后的干空氣溫度升高，減少了再熱的耗能，從而達(dá)到了節(jié)能的目的。通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，表明此方法可節(jié)能20%～40%，因此具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值［5］。

圖1 節(jié)能型冷卻除濕機(jī)原理圖

2.2 單元式空調(diào)機(jī)加室內(nèi)冷凝盤管

該系統(tǒng)的原理圖如圖2所示，即在單元式空調(diào)機(jī)組蒸發(fā)器的下風(fēng)向增加一個(gè)盤管作為室內(nèi)冷凝盤管［4］。高溫高濕的空氣經(jīng)蒸發(fā)器冷卻除濕后，溫濕度降低，常需再熱方可送入室內(nèi)，將其通入至室內(nèi)冷凝盤管則可達(dá)到除濕且調(diào)溫的目的。

這種除濕系統(tǒng)有多種方式可以實(shí)現(xiàn)，根據(jù)制冷劑流程中室內(nèi)冷凝盤管、室外冷凝器與室外過(guò)冷器連接位置和調(diào)節(jié)方式的不同，將單元式空調(diào)機(jī)組的除濕系統(tǒng)歸納為串聯(lián)型、并聯(lián)型、并聯(lián)調(diào)節(jié)型和復(fù)合型等4種主要類型，連接方式如圖2（a）～（d）所示。圖中虛線框表示其內(nèi)的部件位于室內(nèi)機(jī)中，其余的部件處于室外機(jī)中。

對(duì)上述4種連接方式進(jìn)行比較，可以得出這4種除濕類型存在著較大的區(qū)別。在除濕能力方面，從高到低依次為串聯(lián)型、復(fù)合型、并聯(lián)型；對(duì)于并聯(lián)調(diào)節(jié)性而言，其除濕能力與冷凝面積有關(guān)，可實(shí)現(xiàn)從較小到最大的波動(dòng)。在經(jīng)過(guò)室內(nèi)冷凝盤管后的空氣溫升方面，并聯(lián)型的溫升最高，然后依次為復(fù)合型、串聯(lián)型，并聯(lián)調(diào)節(jié)型的溫升可調(diào)，能夠?qū)崿F(xiàn)的最大溫升較高。對(duì)出風(fēng)溫度而言，并聯(lián)調(diào)節(jié)型可實(shí)現(xiàn)部分連續(xù)調(diào)節(jié)，其余3種均不可調(diào)節(jié)。在成本方面，并聯(lián)調(diào)節(jié)型最高，復(fù)合型與并聯(lián)型最低，串聯(lián)型居中。

圖2 單元式空調(diào)機(jī)組的4種除濕技術(shù)原理圖

這種單元式空調(diào)機(jī)組加室內(nèi)冷凝盤管技術(shù)的特點(diǎn)是回收了制冷系統(tǒng)的冷凝熱，彌補(bǔ)空氣中因?yàn)槔鋮s除濕而散失的熱量，是一種高效節(jié)能的除濕方式［6，7］。使用者可根據(jù)除濕環(huán)境的具體需求來(lái)選擇適用的類型，以實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫濕度的合理控制。

2.3 具有雙級(jí)表冷器的新風(fēng)機(jī)

該系統(tǒng)將表冷器分為一、二兩級(jí)，低溫冷媒先進(jìn)入一級(jí)表冷器，通過(guò)熱濕交換后升溫成中間溫度的冷媒并供給二級(jí)表冷器使用，圖3是具有雙級(jí)表冷器的新風(fēng)機(jī)原理圖［8］。從室外進(jìn)入的高溫高濕的新風(fēng)先與二級(jí)表冷器中處于中間溫度的冷媒進(jìn)行熱交換，新風(fēng)溫度降低，相對(duì)濕度提高，隨后該狀態(tài)空氣再與一級(jí)表冷器中的低溫冷媒進(jìn)行熱交換，達(dá)到露點(diǎn)溫度以下之后再析出水分。

圖3 具有雙級(jí)表冷器的新風(fēng)機(jī)的原理圖

由于進(jìn)入一級(jí)表冷器的是已經(jīng)經(jīng)過(guò)一次降溫的空氣，該空氣經(jīng)過(guò)二級(jí)表冷器處理后，新風(fēng)參數(shù)的波幅減弱，所以該系統(tǒng)的新風(fēng)機(jī)出風(fēng)狀態(tài)比較穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)證明具有雙級(jí)表冷器的新風(fēng)機(jī)在新風(fēng)參數(shù)變化較大時(shí)，出風(fēng)參數(shù)較常規(guī)的新風(fēng)機(jī)出風(fēng)參數(shù)穩(wěn)定得多［8］。而且空氣經(jīng)一次降溫后相對(duì)濕度得到了提高，將其通入到溫度較低的一級(jí)表冷器時(shí)除濕能力得到增強(qiáng)，因此其出風(fēng)的含濕量也較常規(guī)的風(fēng)機(jī)低得多。

2.4 轉(zhuǎn)輪與冷卻除濕組合式空調(diào)系統(tǒng)（DWCCDS）

DWCCDS就是將具有冷熱交換的冷卻除濕循環(huán)系統(tǒng)與轉(zhuǎn)輪除濕相結(jié)合，利用制冷系統(tǒng)的吸熱除濕進(jìn)行前期除濕，而利用轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)進(jìn)行深度除濕，同時(shí)利用冷凝器的放熱作為轉(zhuǎn)輪固態(tài)吸附劑再生熱源的一部分，再生加熱器采用電加熱或其他形式的能源，如太陽(yáng)能等［9］。圖4為 DWCCDS系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖［10］。

圖4 DWCCDS簡(jiǎn)圖

在冷卻除濕側(cè)，高溫高濕的混合空氣首先被通入到蒸發(fā)器1進(jìn)行冷卻除濕，溫濕度降至狀態(tài)2時(shí)送入到轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)進(jìn)行深度除濕（這是一個(gè)絕熱去濕的過(guò)程），由于從轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)送出的空氣溫度高于除濕機(jī)入口處空氣的溫度，因此再將其送入到蒸發(fā)器2進(jìn)行等濕冷卻至送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)4。在再生空氣側(cè)，一定數(shù)量的室外空氣W首先經(jīng)過(guò)冷凝器1，回收冷卻循環(huán)系統(tǒng)除濕和降溫過(guò)程所排出的熱量，預(yù)熱至狀態(tài)5，然后再進(jìn)入加熱器加熱至所需的再生溫度，用來(lái)再生轉(zhuǎn)輪固體吸濕劑，最后被排入到大氣中。

DWCCDS系統(tǒng)的特點(diǎn)是將冷卻除濕與轉(zhuǎn)輪除濕相結(jié)合，用冷卻除濕進(jìn)行初期除濕，由于此時(shí)的空氣處于高溫高濕狀態(tài)，因此使用冷卻除濕不僅效率高而且還不易結(jié)霜；用轉(zhuǎn)輪除濕進(jìn)行深層除濕，突出其在低溫低濕條件下，不受露點(diǎn)限制且除濕量大的優(yōu)點(diǎn)［10］。同時(shí)DWCCDS系統(tǒng)還利用了系統(tǒng)內(nèi)部的冷凝熱和太陽(yáng)能、工業(yè)廢熱等低溫?zé)嵩醋鳛樵偕訜釤嵩矗瑥亩鴱浹a(bǔ)了轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)再生耗熱量大的缺點(diǎn)，達(dá)到了節(jié)能的目的。

以上幾種冷卻除濕技術(shù)都是適用于在常規(guī)場(chǎng)合中使用的，下面對(duì)有低濕要求的場(chǎng)合運(yùn)用冷卻除濕技術(shù)（也稱冷凍除濕）進(jìn)行介紹。

2.5 冷凍極限除濕空調(diào)系統(tǒng)

冷凍極限除濕空調(diào)系統(tǒng)即在常規(guī)的冷卻除濕系統(tǒng)中加入了25%（重量比）以上的乙二醇，這在理論上可保證冷凍水冰點(diǎn)為－10.7℃［11］。其空調(diào)系統(tǒng)采用了PAU＋AHU系統(tǒng)，其中：PAU為新風(fēng)處理機(jī)組，AHU為空氣處理機(jī)組，如圖5所示。

圖5 冷凍極限除濕空調(diào)系統(tǒng)圖

該空調(diào)方式首先由新風(fēng)處理機(jī)組將室外新風(fēng)處理到室內(nèi)露點(diǎn)值，然后由空氣處理機(jī)組根據(jù)室內(nèi)溫度要求調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度，這樣即實(shí)現(xiàn)了新風(fēng)的集中處理和送風(fēng)的根據(jù)生產(chǎn)區(qū)域分別處理，還減少了PAU的數(shù)量和由于過(guò)冷除濕帶來(lái)的冷量浪費(fèi)，因此節(jié)約了能耗。

使用冷凍極限除濕，在初投資和運(yùn)行費(fèi)用方面要低于達(dá)到相同效果的轉(zhuǎn)輪除濕和復(fù)合除濕，因此具有節(jié)能的作用。

用冷凍極限除濕方法進(jìn)行低濕空調(diào)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐，得到冷凍除濕的極限處理露點(diǎn)溫度在1.5～2.5℃之間，而且如果冷水溫度在－2℃以下，則處理空氣的露點(diǎn)溫度不能低于3℃，否則可能會(huì)結(jié)冰［11］。當(dāng)然為了穩(wěn)妥起見(jiàn)，最好還是將冷凍除濕與轉(zhuǎn)輪除濕相結(jié)合。同時(shí)為了避免結(jié)冰，可對(duì)盤管進(jìn)行改進(jìn)，如擴(kuò)大冷水盤管翅片間距、加大盤管與擋水板的距離等。

3 對(duì)策與建議

對(duì)于輻射板加新風(fēng)系統(tǒng)，因新風(fēng)承擔(dān)著室內(nèi)全部的濕負(fù)荷，需要新風(fēng)處理后的露點(diǎn)低于室內(nèi)空氣露點(diǎn)，故可使用具有雙級(jí)表冷器的新風(fēng)機(jī)，它不僅能夠達(dá)到除濕要求，還具有穩(wěn)定的出風(fēng)狀態(tài)，能減小吹風(fēng)感；對(duì)于全空氣空調(diào)系統(tǒng)，其空氣處理都是集中于空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)完成的［12］，故使用節(jié)能型冷卻除濕機(jī)在新風(fēng)被通入蒸發(fā)器之前將其預(yù)冷或?qū)⒗鋮s除濕與轉(zhuǎn)輪除濕相結(jié)合對(duì)空氣進(jìn)行處理均可達(dá)到節(jié)能的目的；對(duì)于單元式空調(diào)系統(tǒng)，在空調(diào)機(jī)組蒸發(fā)器的下風(fēng)向增加一個(gè)冷凝盤管來(lái)加熱被過(guò)度冷卻的空氣同樣是一種很好的節(jié)能方式。另外，對(duì)于有低濕要求的環(huán)境，如工藝車間等，使用冷凍極限除濕，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)要求，而且成本低于其他達(dá)到同樣效果的除濕方法，進(jìn)而可達(dá)到實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

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