劉忠寶 姚舒譯 饒 鋒 余志廣

（1.北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與生命學(xué)部 北京 100124；2.杭州海奧綠建科技有限公司 杭州 311215）

0 引言

室內(nèi)環(huán)境與工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活息息相關(guān)，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)作為調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的主要設(shè)備被廣泛應(yīng)用。生產(chǎn)生活環(huán)境的適宜與舒適主要體現(xiàn)在環(huán)境的空氣的溫度、濕度、流動(dòng)速度及清潔度這四大指標(biāo)[1]。空氣中的濕成分與我們的生產(chǎn)生活關(guān)系極為密切，從日常生活中的舒適到食品、醫(yī)藥、冶金加工等各行各業(yè)都對(duì)其有各自的要求。適宜的濕度對(duì)于確保人體的舒適與健康、室內(nèi)生活用品的使用壽命、食品藥品的儲(chǔ)存期限、保證設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)安全以及保護(hù)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展都有重要的意義[2]。特別是在沿海地區(qū)各省份，如何保證在高濕度環(huán)境下開展有高濕度要求的工業(yè)生產(chǎn)一直是一項(xiàng)非常重要的課題。表1展示了部分工業(yè)與民用建筑對(duì)溫濕度的要求。

表1 部分工業(yè)與民用建筑對(duì)溫濕度的要求[3]Table 1 Temperature and humidity requirements for some industrial and civil buildings[3]

我國大部分地區(qū)夏季高溫、高濕，屬于典型的熱濕氣候；冬春低溫干燥，少雨雪。在冬夏兩季濕度相差懸殊的背景下，市面空氣調(diào)節(jié)設(shè)備普遍僅有除濕功能。市面上常見設(shè)備非使用季節(jié)占用空間。市場(chǎng)亟需一種以除濕加濕一體化為主要特點(diǎn)的濕度控制設(shè)備。

1 濕度調(diào)節(jié)概述

1.1 除濕方法

市面上常用的除濕設(shè)備主要通過冷凝除濕、液體除濕和固體除濕三種方法控制空氣濕度。固體除濕通過固態(tài)吸附劑吸附被調(diào)空氣中的水分進(jìn)行除濕，達(dá)到控制空氣濕度的目的。其中，轉(zhuǎn)輪除濕能夠在不需要切換氣流的情況下連續(xù)實(shí)現(xiàn)在3/4 轉(zhuǎn)輪除濕的同時(shí)，利用另外1/4 轉(zhuǎn)輪再生。具有處理風(fēng)量大、出風(fēng)含濕量低、空間布局緊湊等特點(diǎn)[4]，是一種發(fā)展前景非常好的除濕方式，亦被認(rèn)為是未來除濕領(lǐng)域極具競(jìng)爭力的方式[5]。但其仍存在再生能耗高的問題。王教領(lǐng)等[5]從除濕能量循環(huán)利用、吸附材料組合和數(shù)學(xué)模型構(gòu)建等角度剖析了目前國內(nèi)外轉(zhuǎn)輪除濕干燥設(shè)備的研究現(xiàn)狀。提出應(yīng)在研究中著力于解決能耗問題、探索新型再生技術(shù)。Tu等[6]根據(jù)所轉(zhuǎn)輪除濕再生所使用的熱源，通過仿真進(jìn)行優(yōu)化從而最大限度地提高再生效率?；跇?biāo)準(zhǔn)煤耗對(duì)三個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化比較得出了各自的最優(yōu)再生面積比和級(jí)數(shù)要求。袁艷等[7]提出了對(duì)再生排風(fēng)進(jìn)行熱回收用以加熱再生風(fēng)，減小再生加熱能耗。通過實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，其設(shè)備通過再生排風(fēng)的循環(huán)利用，極有效地降低熱回收型轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)的功耗，使之較普通型低6%～20%。O’Connor 等[8]實(shí)驗(yàn)測(cè)試了一種新型的轉(zhuǎn)輪除濕設(shè)計(jì)。整個(gè)設(shè)備的最大壓降測(cè)量為10.31Pa，明顯低于當(dāng)前的除濕系統(tǒng)。再生空氣溫度設(shè)定在25℃和40℃之間，以5℃的增量增加。實(shí)驗(yàn)表明，在此范圍內(nèi)，氣流的相對(duì)濕度可能降低多達(dá)67%，而硅膠繼續(xù)解吸水分子，即使在低至25℃的再生溫度下也存在解吸效果。

1.2 加濕方法

傳統(tǒng)加濕方法如水加濕法、霧化加濕法均為有水加濕方法，易滋生細(xì)菌等微生物或造成其他空氣污染[9]。無水吸附加濕作為一種新型加濕方式，已成為國內(nèi)外學(xué)界研究的重點(diǎn)方向。為了解決上述方法問題而提出的無水吸附加濕是通過吸附除濕的逆向應(yīng)用，利用吸附材料吸附空氣中的水分，經(jīng)過再生后通過風(fēng)機(jī)送入室內(nèi)達(dá)到加濕的目的[10]。李榮年等[11]通過多次實(shí)驗(yàn)，形成了一套適合無水加濕轉(zhuǎn)輪端面加工的方法，滿足了無水加濕轉(zhuǎn)輪端面密封的要求。最終所得無水加濕轉(zhuǎn)輪在測(cè)試中在各方面都體現(xiàn)了良好的性能，每小時(shí)加濕量可達(dá)239.4g。袁琪等[10]通過對(duì)無水轉(zhuǎn)輪加濕的原理進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了一臺(tái)快速成型的無水加濕樣機(jī)并對(duì)其與國內(nèi)外產(chǎn)品進(jìn)行了多種工況對(duì)比實(shí)驗(yàn)。經(jīng)測(cè)試認(rèn)為其所設(shè)計(jì)加工的無水加濕樣機(jī)具有較好的加濕效果，其加濕性能優(yōu)于國內(nèi)其他產(chǎn)品，在其額定制熱條件下，加濕量可達(dá)521g/h。楊國忠等[12]總結(jié)以往無水吸附加濕裝置設(shè)計(jì)中所存在的問題，進(jìn)行了創(chuàng)新性改進(jìn)設(shè)計(jì)。其改進(jìn)設(shè)計(jì)的無水加濕裝置可以滿足面積為20m2的房間的加濕需求。吳宣楠等[9]構(gòu)建了無水加濕系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，其實(shí)驗(yàn)與理論分析驗(yàn)證表明太陽能或工業(yè)廢熱完全可以作為供能方式驅(qū)動(dòng)其所研究的無水加濕系統(tǒng)。在優(yōu)選參數(shù)條件下，系統(tǒng)能夠完全滿足冬季室內(nèi)環(huán)境加濕的需求。

1.3 除濕加濕一體化

調(diào)濕設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，但少有設(shè)備能將除濕與加濕兩個(gè)功能融合進(jìn)一臺(tái)設(shè)備之中。這種情況既造成了用戶的先期成本增加，又使得設(shè)備在非使用季節(jié)閑置導(dǎo)致老化或損壞。除濕加濕設(shè)備一體化則在根本上解決了設(shè)備閑置這一問題，同時(shí)減小了用戶對(duì)濕度控制設(shè)備的先期成本。國內(nèi)外研究中已有將除濕與加濕一體化的先例。何海斌等[13]提出一種將空氣集熱器與轉(zhuǎn)輪除濕融合的混合系統(tǒng)并實(shí)驗(yàn)分析了其供暖加濕的有效性。實(shí)驗(yàn)證明經(jīng)過其設(shè)備處理之后能夠基本滿足冬季室內(nèi)濕度適宜。秦峰等[14]提出將加濕功能融入除濕設(shè)備中，使其能夠在除濕的同時(shí)加濕并通過實(shí)驗(yàn)證明其設(shè)備加濕效果較市面常見家用加濕器更節(jié)能。范紅[15]在轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)中通過利用轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)再生側(cè)對(duì)空氣進(jìn)行加濕。夏季工況經(jīng)實(shí)驗(yàn)，較一般空調(diào)有更高的能效并可從排風(fēng)中取水。Lim 等[16]開發(fā)了一種供暖季節(jié)液體干燥劑系統(tǒng)加濕性能的預(yù)測(cè)模型。結(jié)果驗(yàn)證了在采暖季節(jié)使用液體干燥系統(tǒng)的再生部分進(jìn)行加濕可行。因此，研究一種除濕加濕一體化的濕度控制設(shè)備有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 設(shè)備設(shè)計(jì)

設(shè)備主要依靠轉(zhuǎn)輪除濕對(duì)夏季炎熱潮濕、冬季寒冷干燥地區(qū)的工業(yè)建筑中的空氣進(jìn)行除、加濕處理?；厥障募臼覂?nèi)排出廢冷減小空調(diào)器新風(fēng)處理負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)夏季工況節(jié)能。

2.1 吸附劑選擇與轉(zhuǎn)輪制備

轉(zhuǎn)輪吸附劑的吸濕能力能夠直接影響整個(gè)除濕、加濕系統(tǒng)的性能，因而是設(shè)計(jì)工作中的重點(diǎn)。一般而言，選擇吸附劑時(shí)需要考慮三個(gè)關(guān)鍵因素：水蒸氣吸附能力、熱穩(wěn)定及循環(huán)穩(wěn)定性和再生溫度[17]。

設(shè)備設(shè)計(jì)選取實(shí)驗(yàn)室自制MOF 復(fù)合除濕轉(zhuǎn)輪，制備方法如圖1所示。該轉(zhuǎn)輪采用浸漬-噴淋法制備。在玻璃纖維紙基體上先采用浸漬法負(fù)載富馬酸鋁（Al-Fum）后通過噴淋法負(fù)載PVA:LiCl=1:1.25 的混合吸附劑，再經(jīng)干燥、活化和拼接后即獲得負(fù)載有復(fù)合吸附劑的自制MOF 除濕輪。通過該方法自制的復(fù)合吸附材料轉(zhuǎn)輪經(jīng)Liu 等[18,19]的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，具有比表面積高、熱穩(wěn)定性良好低含濕量工況下平均溫升低等特點(diǎn)。并且其在27℃、RH=80%時(shí)，吸濕量可達(dá)純Al-Fum 的2.5 倍、硅膠的3.18倍，再生溫度在50℃時(shí)也可以取得較好的再生效果，此時(shí)再生率可達(dá)82%。

圖1 MOF 復(fù)合除濕轉(zhuǎn)輪制備方法[18]Fig.1 Preparation method of MOF composite dehumidification wheel[18]

2.2 設(shè)備流程設(shè)計(jì)

2.2.1 夏季工況流程

設(shè)備夏季除濕流程由全熱回收器、轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)和電加熱系統(tǒng)構(gòu)成。圖2所示為該設(shè)備夏季除濕工況流程。室外新風(fēng)W 經(jīng)全熱回收初步降溫除濕得到吸附進(jìn)風(fēng)Q，經(jīng)由除濕轉(zhuǎn)輪吸附區(qū)進(jìn)一步除濕得到吸附排風(fēng)T，再經(jīng)過蒸發(fā)吸熱得到送風(fēng)點(diǎn)空氣O 送入室內(nèi)；室內(nèi)排風(fēng)N 由全熱回收后再生加熱升溫得到再生風(fēng)R。之后進(jìn)入除濕轉(zhuǎn)輪再生區(qū)帶走額外濕量得到再生排風(fēng)P 排出至室外。

圖2 夏季除濕工況流程Fig.2 Processes of dehumidification condition in summer

2.2.2 冬季工況流程

設(shè)備冬季加濕流程由轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)和電加熱系統(tǒng)構(gòu)成。圖3所示為該設(shè)備冬季加濕工況流程。室內(nèi)排風(fēng)N 經(jīng)再生加熱后得到再生風(fēng)R，之后經(jīng)過除濕轉(zhuǎn)輪再生區(qū)獲得額外的濕量后得到再生排風(fēng)P，直接送入室內(nèi)。

圖3 冬季加濕工況流程Fig.3 Processes of humidification condition in winter

2.2.3 一體化整合

對(duì)設(shè)備兩季流程進(jìn)行整合，得到設(shè)備除、加濕一體化設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 除、加濕功能一體化流程Fig.4 Processes of integrated dehumidification and humidification functions

總體依靠風(fēng)閥改變?cè)O(shè)備內(nèi)風(fēng)的流向從而運(yùn)行冬夏兩季不同運(yùn)行模式。圖4中標(biāo)號(hào)1 處風(fēng)閥打開、標(biāo)號(hào)2 處風(fēng)閥關(guān)閉時(shí)設(shè)備運(yùn)行夏季除濕工況模式，室外新風(fēng)與室內(nèi)排風(fēng)先在全熱回收器中進(jìn)行熱濕交換后新風(fēng)進(jìn)入吸附區(qū)除濕準(zhǔn)備送入降溫室內(nèi)，排風(fēng)通過再生熱回收與再生加熱升溫進(jìn)入再生區(qū)吸濕，回收其中熱量后排至室外；標(biāo)號(hào)1 處風(fēng)閥關(guān)閉、標(biāo)號(hào)2 處風(fēng)閥打開時(shí)設(shè)備運(yùn)行冬季加濕工況模式，采用室內(nèi)內(nèi)循環(huán)，新風(fēng)直接進(jìn)入吸附區(qū)吸收其中水分后直接排出，室內(nèi)排風(fēng)經(jīng)加熱后進(jìn)入再生區(qū)加濕后回收熱量降溫送回室內(nèi)。

2.3 熱回收部分設(shè)計(jì)

熱回收部分是設(shè)備的主要節(jié)能部分。夏季工況中，由于采用全新風(fēng)除濕送風(fēng)設(shè)計(jì)，夏季室外溫、濕度均大幅度高于所需溫、濕度，對(duì)除濕部分吸附材料除濕負(fù)荷較大。故在室外新風(fēng)入口和室內(nèi)排風(fēng)入口后設(shè)置一個(gè)常用于新風(fēng)設(shè)備的紙芯叉流板翅式全熱交換器從而達(dá)到初步降低室外新風(fēng)的溫、濕度、初步提高將被加熱作為再生風(fēng)的室內(nèi)排風(fēng)的溫度從而降低再生能耗的目的。

3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

為了獲得該設(shè)備在夏季除濕工況與冬季加濕工況的性能參數(shù)，針對(duì)兩季工況分別設(shè)計(jì)了多種工況的實(shí)驗(yàn)，通過多種儀器多個(gè)測(cè)點(diǎn)獲得各工況實(shí)驗(yàn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并記錄。

3.1 實(shí)驗(yàn)裝置

3.1.1 轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)

轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)的原理如圖5所示，對(duì)于處理側(cè)，過濾后的潮濕空氣進(jìn)入除濕區(qū)，由除濕輪內(nèi)部的復(fù)合吸附劑吸附水分至低濕狀態(tài)，然后送入待除濕空間內(nèi)；室內(nèi)風(fēng)經(jīng)過預(yù)處理后作為再生風(fēng)送入再生側(cè)，被電加熱器加熱至高溫低濕的狀態(tài)后經(jīng)過除濕輪，高溫的再生風(fēng)將吸附劑中的水分再生出來，緊接著排到室外。在轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)運(yùn)行過程中，處理側(cè)和再生側(cè)的面積比始終保持在3:1，期間電機(jī)驅(qū)動(dòng)除濕輪不斷旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)不間斷除濕。

圖5 轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)流程Fig.5 The processes of the wheel system

3.1.2 環(huán)境室

環(huán)境室位于北京工業(yè)大學(xué)制冷實(shí)驗(yàn)室二層，由環(huán)境室本身和環(huán)境室外的控制系統(tǒng)構(gòu)成。其通過室內(nèi)的循環(huán)風(fēng)機(jī)將室內(nèi)空氣循環(huán)至處理區(qū)域，通過電加熱、電加濕、制冷系統(tǒng)調(diào)節(jié)溫度和濕度后在循環(huán)送回環(huán)境室內(nèi)。電加熱和電加濕負(fù)責(zé)升溫與加濕，制冷系統(tǒng)負(fù)責(zé)降溫除濕。為防止實(shí)驗(yàn)需要零下溫度時(shí)冷凍除濕水箱凝結(jié)造成損壞低溫下必須打開電加熱。環(huán)境室外的控制系統(tǒng)通過人工設(shè)定溫度，變頻控制環(huán)境室內(nèi)各調(diào)節(jié)設(shè)備以保證環(huán)境室內(nèi)空氣狀態(tài)穩(wěn)定。

3.2 實(shí)驗(yàn)方案

圖6 環(huán)境室與其控制系統(tǒng)Fig.6 Environment room and its control system

實(shí)驗(yàn)分為夏季工況與影響因素實(shí)驗(yàn)、冬季工況與影響因素實(shí)驗(yàn)。分別檢測(cè)冬夏兩季設(shè)備的穩(wěn)定工況性能與再生溫度等指標(biāo)對(duì)設(shè)備性能的影響。實(shí)驗(yàn)過程中，轉(zhuǎn)輪與熱回收部分放置在環(huán)境室外，根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)工況調(diào)整環(huán)境室內(nèi)部溫濕度。為減少漏風(fēng)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響，除濕側(cè)和再生側(cè)的轉(zhuǎn)輪迎面風(fēng)速應(yīng)始終相同。在其他條件相同的情況下，通過單獨(dú)改變各工況測(cè)試目標(biāo)參數(shù)，研究設(shè)備在不同工況下的性能。

實(shí)驗(yàn)開始前對(duì)轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)和環(huán)境室進(jìn)行調(diào)試，待系統(tǒng)穩(wěn)定后開始實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)步驟如下：首先打開循環(huán)風(fēng)機(jī)、加熱器、加濕器、制冷機(jī)等，調(diào)節(jié)環(huán)境室的空氣狀態(tài)，使環(huán)境室穩(wěn)定到要求的溫濕度條件；隨后調(diào)試轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)，開啟并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪電機(jī)、再生風(fēng)機(jī)、處理風(fēng)機(jī)、電加熱器等，運(yùn)行約20 分鐘后即可達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；為減小實(shí)驗(yàn)誤差，每隔5 分鐘記錄一次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，每個(gè)工況記錄五次并取平均值。

3.2.1 夏季工況選取

實(shí)驗(yàn)在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力條件下進(jìn)行。在檢測(cè)設(shè)備進(jìn)風(fēng)溫、濕度對(duì)設(shè)備性能影響時(shí)，設(shè)定轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速8.63r/h；吸附側(cè)進(jìn)風(fēng)風(fēng)速3m/s；再生溫度55℃。并依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取工況如表2所示。

在檢測(cè)設(shè)備再生溫度對(duì)設(shè)備性能的影響時(shí)，轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速8.63r/h；吸附側(cè)進(jìn)風(fēng)風(fēng)速3m/s，并根據(jù)設(shè)備設(shè)計(jì)再生溫度為50℃～90℃，每10℃選取一個(gè)點(diǎn)，在如表2中27℃、RH=70%的情況下實(shí)驗(yàn)再生溫度影響。

表2 夏季試驗(yàn)工況Table 2 Experiment conditions in summer settings

3.2.2 冬季工況選取

實(shí)驗(yàn)在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力條件下進(jìn)行。在檢測(cè)設(shè)備進(jìn)風(fēng)含濕量對(duì)設(shè)備性能影響時(shí)，設(shè)定轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速8.63r/h；吸附側(cè)進(jìn)風(fēng)風(fēng)速3m/s；再生溫度80℃。并依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取工況如表3所示。

表3 冬季試驗(yàn)工況Table 3 Experiment conditions in winter settings

在檢測(cè)設(shè)備再生溫度對(duì)設(shè)備性能的影響時(shí)，轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速8.63r/h；吸附側(cè)進(jìn)風(fēng)風(fēng)速3m/s，根據(jù)設(shè)備設(shè)計(jì)選取再生溫度為60℃和80℃，在如表3中-5℃、RH=45%～60%的情況下實(shí)驗(yàn)再生溫度影響。

3.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

3.3.1 夏季工況評(píng)價(jià)指標(biāo)

夏季工況實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)為除濕量D-，由于加濕情況下，除濕前后溫差對(duì)空氣密度影響不大可忽略，故其公式如下：

式（1）中，din為吸附進(jìn)風(fēng)含濕量，g/kg干；dout為吸附排風(fēng)含濕量，g/kg干。

同時(shí)由于轉(zhuǎn)輪除濕中吸附劑對(duì)空氣中水分吸附時(shí)放熱，可導(dǎo)致經(jīng)過除濕過程后的處理風(fēng)溫度上升。因其最終應(yīng)排入室內(nèi)影響室內(nèi)溫濕度，其溫度能夠明顯的影響冷卻處理風(fēng)的能耗。故處理風(fēng)溫升也是一個(gè)重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。其公式如下：

式（2）中，Tout為吸附排風(fēng)溫度，℃；Tin為吸附進(jìn)風(fēng)溫度，℃。

3.3.2 冬季工況評(píng)價(jià)指標(biāo)

冬季工況實(shí)驗(yàn)加濕能力評(píng)價(jià)主要指標(biāo)為總加濕量D+，由于除濕情況下設(shè)備處理空氣溫差對(duì)空氣密度影響較大，故考慮其密度變化后公式如下：

式（3）中，ρin為再生風(fēng)密度，ρout為再生排風(fēng)密度，kg/m3；QV,in為再生風(fēng)體積流量，QV,out為再生排風(fēng)體積流量，m3/h；din為再生風(fēng)含濕量，dout為再生排風(fēng)含濕量。

同時(shí)為了比較設(shè)備在各變量變化時(shí)性能影響，也應(yīng)比較加濕量d+，其公式如下：

式（4）中，din為再生風(fēng)含濕量，g/kg干；dout為再生排風(fēng)含濕量，g/kg干。

4 設(shè)備性能與影響因素

4.1 夏季工況實(shí)驗(yàn)

4.1.1 穩(wěn)定工況

實(shí)驗(yàn)測(cè)試了設(shè)備在四個(gè)進(jìn)風(fēng)溫度下四個(gè)相對(duì)濕度點(diǎn)上的穩(wěn)定工況除濕能力。圖7展示了設(shè)備在夏季共16 個(gè)溫濕度工況下的除濕能力?？梢钥闯鲈O(shè)備在夏季各工況下均有良好的除濕表現(xiàn)，能夠在各工況下將室外潮濕空氣處理至室內(nèi)設(shè)計(jì)溫濕度范圍送入室內(nèi)。經(jīng)計(jì)算設(shè)備在27℃、RH=50%時(shí)總除濕量可達(dá)486.08g/h，在較低再生溫度下達(dá)到了市售除濕設(shè)備的水平。

圖7 設(shè)備穩(wěn)定工況除濕量Fig.7 Dehumidification capacity of equipment under stable working conditions

4.1.2 吸附進(jìn)風(fēng)溫度的影響

不同的進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)轉(zhuǎn)輪的吸附過程有一定的影響。圖8展示了進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)設(shè)備夏季除濕能力的影響?？煽闯鲈谙鄬?duì)濕度相同的情況下進(jìn)風(fēng)溫度也在一定程度上對(duì)設(shè)備除濕能力有一定的影響。相對(duì)濕度相同的情況下，隨進(jìn)風(fēng)溫度上升，設(shè)備除濕量總體上來說呈上升趨勢(shì)。在RH=30%的情況下，隨著進(jìn)風(fēng)溫度的上升（17℃～32℃）設(shè)備除濕量增加了59.47%。但隨著相對(duì)濕度的增加，溫度對(duì)設(shè)備除濕量的影響逐漸減小，相對(duì)濕度在90%時(shí)設(shè)備除濕量隨溫度上升僅增加32.54%。在17℃工況下，隨進(jìn)風(fēng)含濕量增加203.5%，設(shè)備除濕量增加158.9%，但在32℃工況下隨進(jìn)風(fēng)含濕量增加208.8%，設(shè)備除濕量僅增加115.2%，在含濕量均增加200%的情況下，高進(jìn)風(fēng)溫度下除濕量增比較低進(jìn)風(fēng)溫度下除濕量增比明顯減小。

圖8 吸附進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)設(shè)備除濕性能的影響Fig.8 Influence of adsorption inlet air temperature on dehumidification performance of equipment

4.1.3 吸附進(jìn)風(fēng)含濕量的影響

不同溫濕度的室外空氣含濕量不同，會(huì)直接影響設(shè)備除濕轉(zhuǎn)輪部分的除濕量。圖9展示了吸附進(jìn)風(fēng)含濕量對(duì)設(shè)備除濕性能的影響。

圖9 吸附進(jìn)風(fēng)含濕量對(duì)設(shè)備除濕性能的影響Fig.9 Influence of adsorption inlet air moisture content on dehumidification performance of equipment

可以發(fā)現(xiàn)除濕轉(zhuǎn)輪部分除濕量與吸附進(jìn)風(fēng)含濕量有密切聯(lián)系，除濕量會(huì)隨吸附進(jìn)風(fēng)含濕量的增加而增加，總體成正比。設(shè)備除濕能力雖受吸附進(jìn)風(fēng)含濕量影響但并不影響送風(fēng)舒適性，各工況下皆可將空氣處理至室內(nèi)設(shè)計(jì)溫濕度范圍送入室內(nèi)。在17℃工況下，設(shè)備除濕量隨進(jìn)風(fēng)含濕量的上升增加了158.9%；在32℃工況下，設(shè)備除濕量隨進(jìn)風(fēng)含濕量的上升增加了115.2%?？芍谳^低溫度下吸附進(jìn)風(fēng)含濕量對(duì)設(shè)備除濕量的影響明顯高于較高溫度下的影響，并分析認(rèn)為存在一個(gè)含濕量分界線，達(dá)到此分界線時(shí)有設(shè)備的極限除濕量。由于疫情影響，并未找到實(shí)驗(yàn)工況下設(shè)備的極限除濕量。

4.1.4 再生溫度的影響

再生溫度會(huì)直接影響再生側(cè)吸附劑的再生效果，高再生溫度使吸附劑中的水分更容易再生，當(dāng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)到處理側(cè)時(shí)，其內(nèi)部吸附劑與處理風(fēng)之間的壓差也會(huì)變大，從而影響吸附劑在處理側(cè)的除濕量。對(duì)再生溫度要求的高低更多的取決于吸附劑本身的性質(zhì)。再生溫度對(duì)恢復(fù)吸附劑的除濕性能具有顯著影響。圖10顯示了再生溫度對(duì)設(shè)備除濕性能的影響。在實(shí)驗(yàn)工況下設(shè)備除濕量隨再生溫度的提高有明顯的上升。再生溫度從50℃增加至90℃，設(shè)備除濕能力增加50.24%。可以看出設(shè)備再生溫度的提高可以有效提高設(shè)備的除濕能力。

圖10 再生溫度對(duì)設(shè)備除濕性能與送風(fēng)溫升的影響Fig.10 Influence of regeneration temperature on dehumidification performance and supply air temperature rise of equipment

但同時(shí)，提高再生溫度也會(huì)使送風(fēng)溫升隨之增加。這會(huì)使室內(nèi)空調(diào)能耗增加，對(duì)建筑總體節(jié)能性造成較大影響。因此應(yīng)選取一個(gè)適中的再生溫度，此溫度應(yīng)同時(shí)照顧到設(shè)備再生性能和建筑總體節(jié)能。

4.2 冬季工況實(shí)驗(yàn)

4.2.1 穩(wěn)定工況

實(shí)驗(yàn)測(cè)試了設(shè)備在三個(gè)進(jìn)風(fēng)溫度下四個(gè)相對(duì)濕度點(diǎn)上的穩(wěn)定工況加濕能力。圖11展示了設(shè)備在冬季共11 個(gè)溫濕度工況下的加濕能力。

可以發(fā)現(xiàn)，設(shè)備僅在極端氣候條件下，即外界空氣含濕量極低（＜1.2g/kg干）設(shè)備加濕效果較差，在200g/h 以下。其余工況下均能有較好的加濕效果，基本在200～280g/h。雖無一工況加濕量可達(dá)300g/h，仍與市面有水加濕設(shè)備有一定差距，但實(shí)驗(yàn)工況與實(shí)際工況有一定差距。實(shí)際工況室內(nèi)空氣溫濕度會(huì)隨設(shè)備處理上升而實(shí)驗(yàn)工況室內(nèi)空氣溫濕度不變，作為劣勢(shì)工況效果略小于實(shí)際工況。

4.2.2 進(jìn)風(fēng)溫度的影響

不同的進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)轉(zhuǎn)輪的吸附過程有一定的影響。圖12展示了進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)設(shè)備冬季加濕能力的影響?？梢钥闯?，在相對(duì)濕度相同的情況下進(jìn)風(fēng)溫度也在一定程度上對(duì)設(shè)備加濕能力有一定的影響。相對(duì)濕度相同的情況下，隨進(jìn)風(fēng)溫度上升，設(shè)備加濕量總體上來說呈上升趨勢(shì)。在相對(duì)濕度為50%的情況下，隨著進(jìn)風(fēng)溫度的上升設(shè)備總加濕量增加了37.15%。但隨著相對(duì)濕度的增加，溫度對(duì)設(shè)備加濕能力的影響逐漸減小，相對(duì)濕度在60%時(shí)設(shè)備總加濕量隨溫度上升僅增加21.75%。

圖12 吸附進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)設(shè)備加濕性能的影響Fig.12 Influence of adsorption inlet air temperature on humidification performance of equipment

4.2.3 進(jìn)風(fēng)含濕量的影響

不同溫濕度的室外空氣含濕量不同，會(huì)直接影響設(shè)備吸附加濕部分的加濕能力。圖13展示了吸附進(jìn)風(fēng)含濕量對(duì)設(shè)備加濕性能的影響?？梢园l(fā)現(xiàn)總加濕量與吸附進(jìn)風(fēng)含濕量有一定的聯(lián)系，總加濕量會(huì)隨吸附進(jìn)風(fēng)含濕量的增加而增加。在0℃工況下，隨進(jìn)風(fēng)含濕量增加20.04%，設(shè)備加濕量增加4.32%；在5℃工況下隨進(jìn)風(fēng)含濕量增加20.07%，設(shè)備除濕量增加3.00%。發(fā)現(xiàn)在進(jìn)風(fēng)含濕量小于2.2g/kg干時(shí)影響較大，之后影響逐漸減小。

圖13 吸附進(jìn)風(fēng)含濕量對(duì)設(shè)備加濕性能的影響Fig.13 Influence of adsorption inlet air moisture content on humidification performance of equipment

4.2.4 再生溫度的影響

再生溫度也對(duì)設(shè)備性能有一定的影響。圖14是再生溫度對(duì)設(shè)備加濕性能的影響?？梢园l(fā)現(xiàn)，在RH=50%、再生溫度60℃時(shí)設(shè)備由于再生溫度不足無法將吸附的水分再生，幾乎沒有加濕能力。而再生溫度提升至80℃時(shí)的總加濕量可以達(dá)到196.95g/h。在其他相對(duì)濕度下設(shè)備總加濕量也隨再生溫度的提高有一定的上升?？梢钥闯鲈O(shè)備再生溫度的提高可以有效提高設(shè)備的加濕能力，相同溫度下進(jìn)風(fēng)相對(duì)濕度越低，再生溫度對(duì)加濕性能的提升越大。但同時(shí)，再生溫度的升高也會(huì)使再生排風(fēng)的溫度隨之升高。由于再生排風(fēng)直接送入室內(nèi)，考慮到室內(nèi)溫度可能存在要求，不應(yīng)將再生溫度設(shè)定過高。

圖14 再生溫度對(duì)設(shè)備加濕性能的影響Fig.14 Influence of regeneration temperature on humidification performance of equipment

5 結(jié)論

設(shè)備經(jīng)測(cè)試在潮濕季節(jié)可以代替市面上常見工業(yè)除濕設(shè)備，并以全新風(fēng)除濕為技術(shù)特點(diǎn)，采用新風(fēng)與室內(nèi)排風(fēng)全熱回收一次除濕為主要節(jié)能方式；干燥季節(jié)有一定的加濕能力，以無水加濕為技術(shù)特點(diǎn)，采用室內(nèi)內(nèi)循環(huán)加濕；兩個(gè)季節(jié)兩種濕度調(diào)節(jié)方向相結(jié)合。有較好的技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，并且有較大的市場(chǎng)潛力。經(jīng)濟(jì)性方面設(shè)備極大的減少了用戶在采購設(shè)備、設(shè)備使用及維護(hù)方面的投資。并且在一定程度上減小了總體能耗。在設(shè)備價(jià)格與后期費(fèi)用方面較市面常見設(shè)備有較大的優(yōu)勢(shì)。

利用轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)測(cè)試設(shè)備各參數(shù)對(duì)除濕性能的影響，獲得結(jié)果如下：

（1）設(shè)備表現(xiàn)出了隨吸附進(jìn)風(fēng)溫度上升而增大的除濕能力，隨著溫度由17℃升至32℃，設(shè)備除濕量平均增加了42.21%；

（2）設(shè)備表現(xiàn)出了隨吸附進(jìn)風(fēng)含濕量升高而增大的除濕能力，隨著含濕量的上升設(shè)備除濕量平均增加了134.23%，分析認(rèn)為存在一個(gè)含濕量分界線，達(dá)到有設(shè)備時(shí)的極限除濕量；

（3）設(shè)備在再生溫度為50℃時(shí)表現(xiàn)出了較好的除濕能力，隨再生溫度由50℃升至90℃，設(shè)備除濕能力增加50.24%，設(shè)備除濕性能上升。但過高再生溫度影響設(shè)備總體能耗，此溫度應(yīng)同時(shí)照顧到設(shè)備再生性能和建筑總體節(jié)能性。

利用轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)測(cè)試設(shè)備各參數(shù)對(duì)加濕性能影響，獲得結(jié)果如下：

（1）設(shè)備加濕量隨吸附進(jìn)風(fēng)溫度上升總體上來說呈上升趨勢(shì)。隨著吸附進(jìn)風(fēng)溫度由0℃升至5℃，設(shè)備總加濕量平均增加了29.45%；

（2）吸附進(jìn)風(fēng)含濕量對(duì)設(shè)備吸附加濕量有一定的有利影響，隨吸附進(jìn)風(fēng)含濕量增加約20%，設(shè)備加濕量平均增加3.66%。但在吸附進(jìn)風(fēng)含濕量小于2.2g/kg干時(shí)影響較大，之后影響逐漸減小，理論分析后認(rèn)為影響減小的原因?yàn)榈蜏貙?dǎo)致MOF 復(fù)合吸附劑難以吸附空氣中更多的水分與再生溫度不足導(dǎo)致的轉(zhuǎn)輪上吸附的水分再生不完全；

（6）設(shè)備再生溫度的提高可以有效提高設(shè)備的加濕能力，相同溫度下吸附進(jìn)風(fēng)相對(duì)濕度越低，再生溫度對(duì)加濕性能的提升越大。但同時(shí)，再生溫度的升高也會(huì)使再生排風(fēng)的溫度隨之升高?？紤]到室內(nèi)溫度可能存在要求，不應(yīng)將再生溫度設(shè)定過高。

在設(shè)備實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，設(shè)備風(fēng)量的增加對(duì)設(shè)備除、加濕性能均有影響。分析認(rèn)為是風(fēng)量增加導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪區(qū)域風(fēng)速上升，吸附側(cè)氣體與吸附劑接觸時(shí)間減少導(dǎo)致吸附效果減弱，從而減弱設(shè)備整體性能。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的改進(jìn)與未來的研究提供了方向。