張馨予+呂恩利+段潔利+田慶立+邱漢

摘要： 為選擇倉儲適用的除濕方式，搭建倉儲除濕系統(tǒng)試驗平臺。通過改變溫度，設(shè)置溫度為5、15、25 ℃，對制冷除濕方式、轉(zhuǎn)輪除濕方式的除濕效果進(jìn)行了試驗研究。除濕效果通過除濕能力、除濕效率、濕度場均勻性來表征，結(jié)果表明，25 ℃環(huán)境下制冷除濕方式的除濕效率為0.072 6 g/（kg·h·kJ），濕度場分布的變異系數(shù)為6.58%，除濕效果較好。15 ℃及更低溫度下轉(zhuǎn)輪除濕方式的除濕能力是制冷除濕方式的3～6倍，5 ℃時轉(zhuǎn)輪除濕方式的除濕效率為0003 4 g/（kg·h·kJ）是制冷除濕方式的4倍，在此溫度環(huán)境下轉(zhuǎn)輪除濕方式更加適用。研究結(jié)果可為倉儲除濕系統(tǒng)的設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞： 倉儲；制冷除濕；轉(zhuǎn)輪除濕；能耗；均勻性

中圖分類號： TU831；S229+.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2016）03-0439-03

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，谷物及種子、煙草、茶葉、化肥等制品的倉儲環(huán)境對濕度有嚴(yán)格的控制要求，在南方夏季濕度過高，易引起霉變。溫濕度對物資貯藏質(zhì)量影響較大，如長期保存農(nóng)業(yè)作物種子的資源庫，要求維持在溫度0～10 ℃、溫度35%的條件，因此，在倉儲應(yīng)用中需要適當(dāng)?shù)某凉窦夹g(shù)[1-3]。

在現(xiàn)有除濕技術(shù)中，壓縮機(jī)制冷除濕技術(shù)成熟，是較為普遍應(yīng)用的除濕方式。相關(guān)研究針對化肥倉庫現(xiàn)有的液體吸收除濕設(shè)備的不足，改用壓縮機(jī)制冷除濕設(shè)備并對比研究，發(fā)現(xiàn)制冷除濕更具經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢，在小型倉庫中可節(jié)約成本[4-6]。研究表明，對于溫濕度要求嚴(yán)格的倉庫，壓縮機(jī)制冷除濕穩(wěn)定性差，除濕不徹底[7-9]。相關(guān)研究提出固體轉(zhuǎn)輪除濕運(yùn)行穩(wěn)定，可在低溫低濕環(huán)境下工作[9-12]。本研究對壓縮機(jī)制冷除濕器與轉(zhuǎn)輪除濕器的除濕性能進(jìn)行了對比試驗，以期為倉儲除濕技術(shù)的選用和除濕系統(tǒng)的設(shè)計提供依據(jù)。

1 試驗裝置及方法

1.1 試驗平臺

倉儲除濕系統(tǒng)試驗平臺見圖1。箱體采用1.2 cm厚的有機(jī)玻璃制作，長238 cm、寬128 cm、高140 cm，箱體內(nèi)外皆覆有5 cm厚的泡沫保溫板。倉儲室后部布置除濕器。開孔隔板后為制冷室，長40 cm、寬128 cm、高140 cm。平臺環(huán)境通過SIMENS S7-300 型PLC可編程控制器，西門子中國有限公司；控制、制冷機(jī)組制冷量為4 650 W，廣州綽盈制冷設(shè)備有限公司；制冷風(fēng)機(jī)采用ZNF295-G型24 V直流風(fēng)機(jī)，廣州精博制冷設(shè)備有限公司；加濕系統(tǒng)采用JAS-20-B型超聲波霧化頭，中山市紅星電子廠；XXD1203824VH防水型水霧輸送風(fēng)機(jī)，深圳興鑫大電子有限公司。箱體內(nèi)部空氣在風(fēng)機(jī)作用下循環(huán)運(yùn)動，由頂部回風(fēng)道進(jìn)入制冷室，經(jīng)過制冷機(jī)組的蒸發(fā)器降溫，再由開孔隔板回到倉儲室。通過平臺控制系統(tǒng)，設(shè)定環(huán)境溫濕度，加濕系統(tǒng)在制冷結(jié)束后工作進(jìn)行超聲波霧化加濕。

在倉儲室內(nèi)布置3×9路AQ3020溫濕度一體傳感器，廣州西博臣科技有限公司，溫濕度測定布置見圖2。溫度傳感器測量范圍為-20～80 ℃，精度±0.3 ℃，相對濕度傳感器測量范圍為0～100% RH，精度±2%RH。傳感器通過VX8100無紙記錄儀（杭州盤古自動化系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)）和計算機(jī)軟件連接，實時采集箱體內(nèi)部溫濕度數(shù)據(jù)。

1.2 材料與方法

本試驗為空庫運(yùn)行。試驗選取3水平環(huán)境溫度，分別為5、15、25 ℃，2種除濕方式，分別是壓縮機(jī)制冷除濕、硅膠轉(zhuǎn)輪除濕，分析溫度以及除濕方式對倉儲除濕系統(tǒng)的除濕效果影

響。試驗考察環(huán)境濕度由（95±5）%下降至（35±5）%箱體內(nèi)濕度變化情況，每組試驗重復(fù)3次。通過無紙記錄儀與計算機(jī)軟件記錄箱體內(nèi)干球溫度、相對濕度、除濕時間。通過電力監(jiān)測儀記錄除濕過程中除濕器能耗。

1.3 數(shù)據(jù)處理

除濕效果由除濕能力、除濕效率，濕度均勻性表征[13-14]。除濕能力由Dr表示，單位時間內(nèi)除濕量越大，除濕能力越好，計算公式為：

Dr=DT=dp1-dp2T。

式中：D為除濕量，g/kg；T為除濕時間，h；dp1為處理空氣最高含濕量，g/kg；dp2為處理空氣最低含濕量，g/kg。

除濕效率由Drs表示，單位時間、單位能耗內(nèi)除濕量越大，除濕效率越高，計算公式為：

Drs=DrE。

式中：Dr為除濕能力，g/（kg·h）；E為除濕能耗，kJ。

濕度均勻性是指箱體內(nèi)空間濕度分布的均衡性，根據(jù)正交性從全體布置點中挑選出9個有代表性的點（1、5、9、11、15、16、21、22、26號傳感器）分析，用濕度的變異系數(shù)表示，變異系數(shù)越小均勻性越好。

相對濕度變異系數(shù)：

CV=SDS×100%。

式中：SD為標(biāo)準(zhǔn)差（%）；S為平均值（%）。

通過SPSS數(shù)據(jù)處理軟件分析試驗因素對濕度場均勻性影響的顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對2種除濕方式含濕量的影響

除濕期間制冷系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)停止工作，回風(fēng)道處風(fēng)速為0 m/s。對比不同溫度下2種除濕方式的含濕量，試驗結(jié)果見圖3。制冷除濕的含濕量在前10 min內(nèi)陡然下降，之后含濕量下降趨于平緩，并有上升的趨勢。在5 ℃時除濕停止的含濕量甚至超過了除濕開始前，未能達(dá)到除濕目的。這是由于制冷除濕器僅利用低溫凝結(jié)水汽，凝結(jié)水雖然改變了相態(tài)但還存在在箱體內(nèi)，當(dāng)制冷除濕器冷凝器散熱提高了箱體內(nèi)平均溫度，使得箱內(nèi)飽和含濕量上升時，凝結(jié)水又再次蒸發(fā)，含濕量反而呈緩慢上升的趨勢。因此低溫下要求達(dá)到低濕的環(huán)境，使用制冷除濕方式難以達(dá)到濕度要求。轉(zhuǎn)輪除濕的含濕量平穩(wěn)下降，5、15 ℃時含濕量出現(xiàn)先揚(yáng)后抑的現(xiàn)象，是由于轉(zhuǎn)輪除濕器加熱再生硅膠轉(zhuǎn)輪，干空氣帶出熱量使得箱體升溫提高了飽和含濕量，箱內(nèi)凝結(jié)水進(jìn)一步蒸發(fā)造成了含濕量上升。相同溫度下，除濕器在處理空氣的相對濕度下降至30%后停止運(yùn)行，制冷除濕器前期的除濕速度更快，相對濕度在30%時轉(zhuǎn)輪除濕方式的含濕量更低，因為轉(zhuǎn)輪除濕器利用硅膠轉(zhuǎn)輪吸收水汽，由再生風(fēng)道通過的加熱后空氣帶走轉(zhuǎn)輪上的水排出箱體，轉(zhuǎn)輪除濕更加徹底。

2.2 溫度對2種除濕方式除濕能力的影響

隨著溫度的升高，制冷除濕用時減少，5 ℃時除濕用時長達(dá)1.16 h，是25 ℃時的5倍。轉(zhuǎn)輪除濕用時在5 ℃時略長，為0.36 h，在15、25 ℃時除濕用時相差不大。在相同溫度下，轉(zhuǎn)輪除濕用時都比制冷除濕用時短。以除濕能力為目標(biāo)的試驗結(jié)果見圖4，隨著溫度上升，2種除濕方式的除濕能力都相應(yīng)上升，2種除濕方式均在25 ℃時獲得最高的除濕能力，表明除濕能力受到溫度影響較大。在相同溫度條件下轉(zhuǎn)輪除濕的除濕能力都強(qiáng)于制冷除濕，5 ℃時轉(zhuǎn)輪除濕的除濕能力幾乎是制冷除濕的7倍。表明在低溫環(huán)境下，轉(zhuǎn)輪除濕的除濕能力優(yōu)于制冷除濕。

制冷除濕受到溫度影響較大，制冷除濕利用低溫凝結(jié)空氣中水蒸氣的原理除濕，在低溫時空氣中水蒸氣較少，制冷除

濕器要達(dá)到較低的空氣相對濕度需要更低的溫度凝結(jié)水蒸氣，所以壓縮機(jī)制冷用時更長。轉(zhuǎn)輪除濕器通過固體吸濕劑除濕，所以受到溫度影響較小。

2.3 溫度對2種除濕方式除濕效率的影響

隨著溫度的升高，2種除濕方式的除濕能耗均減少。在 5 ℃ 時2種除濕方式的除濕能耗均達(dá)到最高，制冷除濕、轉(zhuǎn)輪除濕的除濕能耗分別是1 128、1 596 kJ，在15、25 ℃時2種除濕方式的除濕能耗均相差較小，溫度與能耗呈反向非線性相關(guān)。在25 ℃時轉(zhuǎn)輪除濕最低的能耗、在5 ℃時制冷除濕最高的能耗相差僅100 kJ，在25 ℃時轉(zhuǎn)輪除濕的能耗是制冷除濕的3倍，表明轉(zhuǎn)輪除濕的能耗較高。溫度對2種除濕方式除濕效率的影響見圖5。隨著溫度升高，2種除濕方式的除濕效率都相應(yīng)上升，說明溫度和除濕效率呈正向相關(guān)。在5、15 ℃ 時轉(zhuǎn)輪除濕的效率優(yōu)于制冷除濕，而在25 ℃時制冷除濕的效率優(yōu)于轉(zhuǎn)輪除濕，因除濕效率指標(biāo)綜合考慮了除濕量、除濕時間、除濕能耗。25 ℃時轉(zhuǎn)輪除濕的除濕量和用時優(yōu)于制冷除濕，但能耗過高，所以25 ℃時制冷除濕的效率更高，是轉(zhuǎn)輪除濕效率的1.4倍。5 ℃時轉(zhuǎn)輪除濕方式的除濕量、用時和能耗均優(yōu)于制冷除濕，其效率是制冷除濕的4.4倍，表明5 ℃時采用轉(zhuǎn)輪除濕方式更加經(jīng)濟(jì)。

2.4 溫度對2種除濕方式濕度均勻性的影響

從表1可以看出，溫度及除濕方式對倉儲室內(nèi)的濕度場均勻性的影響達(dá)到了極顯著水平。隨著溫度的增大，制冷除濕的相對濕度變異系數(shù)相應(yīng)增大，表明溫度越低，濕度場越均勻。轉(zhuǎn)輪除濕的相對濕度變異系數(shù)相應(yīng)減小，表明溫度越高，濕度場越均勻。因為溫度越低，空氣含濕量越低，越有利于空氣中水蒸氣均勻分布，所以制冷除濕的均勻性和溫度呈正向相關(guān)。而轉(zhuǎn)輪除濕利用硅膠轉(zhuǎn)輪吸濕再加熱排濕，產(chǎn)生的干空氣溫度較高，箱內(nèi)溫度越低，干空氣進(jìn)入后溫差越大，熱量傳遞造成氣流紊亂，導(dǎo)致溫度越低濕度場越不均勻的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)輪除濕器的干空氣溫度較制冷除濕器的更高，且轉(zhuǎn)輪除濕器的出風(fēng)口比制冷除濕器出風(fēng)口小，更易造成箱體壁面處的空氣紊流，導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪除濕的濕度場分布比制冷除濕更不均勻。

3 結(jié)論

溫度對2種除濕方式的除濕效果影響顯著，25 ℃時轉(zhuǎn)輪除濕的除濕能力最高，為49.40 g/（kg·h），25 ℃時制冷除濕的除濕效率最好，為0.072 6 g/（kg·h·kJ），25 ℃時制冷除濕的濕度場分布較均勻。5 ℃時采用轉(zhuǎn)輪除濕方式的除濕效果好，除濕效率為0.003 4 g/（kg·h·kJ）是制冷除濕方式的4倍，低溫環(huán)境下要求達(dá)到低濕條件，采用轉(zhuǎn)輪除濕器用時較短、效率較高。除濕器處理后干空氣溫度與倉儲室內(nèi)的溫度差會影響氣流分布，溫差越大，濕度場分布均勻性變差。轉(zhuǎn)輪除濕器由于出風(fēng)口溫度的問題導(dǎo)致濕度場不均勻，空間點間的濕度差異顯著，為提高濕度均勻性可對轉(zhuǎn)輪除濕器出風(fēng)口布置開展進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]張立志.除濕技術(shù)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2]Zhang L Z. Energy performance of Independent air dehumidification systems with energy recovery measures[J]. Energy，2006，31（8/9）：1228-1242.

[3]焦緯洲，孟曉麗，劉有智，等. 氣體除濕技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 天然氣化工，2011，36（2）：75-78.

[4]李凌云. 尿素散裝倉庫除濕系統(tǒng)選型改造[J]. 大氮肥，2008（3）：152-154.

[5]胡靜云.小型種子冷藏庫的簡易除濕[C]. 第3屆中國食品冷藏鏈新設(shè)備、新技術(shù)論壇論文匯編，天津，2007.

[6]Chou S K，Chua K J，Ho J C，et al. On the study of an energy-efficient greenhouse for heating，cooling and dehumidification applications[J]. Applied Energy，2004，77（4）：355-373.

[7]Vián J G，Astrain D，Domínguez M. Numerical modelling and a design of a thermoelectric dehumidifier[J]. Applied Thermal Engineering，2002，22（4）：407-422.

[8]陳曉峰. 煙葉倉庫除濕機(jī)的選型[J]. 中國高新技術(shù)企業(yè)，2011（14）：133-134.

[9]王學(xué)文. 農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源庫低溫除濕設(shè)施的研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，1986（2）：17-23.

[10]楊長明，李 平. 轉(zhuǎn)輪除濕技術(shù)的應(yīng)用與研究進(jìn)展[J]. 浙江建筑，2012，29（6）：63-66.

[11]趙偉杰，張立志，裴麗霞. 新型除濕技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 化工進(jìn)展，2008，27（11）：1710-1718.

[12]徐 俊，趙純清，丁淑芳，等. 空氣除濕方法及其在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用[J]. 中國農(nóng)機(jī)化，2012（5）：110-112.

[13]韓耀明. 半導(dǎo)體制冷微型除濕器與化學(xué)干燥劑的對比試驗研究[J]. 制冷，2008，27（2）：12-17.

[14]張東霞，呂恩利，陸華忠，等. 保鮮運(yùn)輸車溫度場分布特性試驗研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2012，28（11）：254-260.