除濕機(jī)的性能研究

隨著社會(huì)的進(jìn)步和人們生活水平的提高,人類社會(huì)對(duì)能源的需求日益增長,能源問題成為人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。開發(fā)利用新的能源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的能源是社會(huì)發(fā)展的需要,也是科學(xué)的發(fā)展的結(jié)果。隨著航空,航天,原子能等領(lǐng)域的需求,空氣除濕技術(shù)被廣泛的利用,并發(fā)揮巨大的作用。經(jīng)過近幾年的研究,在傳統(tǒng)的除濕技術(shù)(冷卻除濕,吸附除濕和液體除濕)上,又提出了一些新型的除濕技術(shù):如膜除濕,HVAC除濕等。

冷卻除濕的原理是利用濕空氣被冷卻到露點(diǎn)溫度以下,將冷凝水脫除的除濕方法,又稱為露點(diǎn)法。由于用冷凍機(jī)作為冷卻的手段,所以又稱為冷凍除濕。在冷卻除濕方法中,通常利用冷凍機(jī)本身的排熱作為再熱熱源,或設(shè)置利用處理空氣本身熱量進(jìn)行再熱回收裝置,以盡量減少除濕所消耗的能源。而作為冷源使用的冷水可以是地下的井水,也可以是由制冷機(jī)人工制取的冷凍水,具體采用何種方案由當(dāng)?shù)貧庀髼l件和除濕空氣的終了狀態(tài)決定。

由于使用冷卻盤管除濕時(shí),存在盤管結(jié)冰,堵塞盤管肋片之間的間隙,妨礙傳熱和空氣流通,使除濕不能繼續(xù)的問題,因此,冷卻除濕適用于在露點(diǎn)為8-10℃以上的場(chǎng)合,否則必須增加除霜設(shè)備。

目前國內(nèi)外主要研究兩類固體吸附式除濕裝置:一類是固定床式除濕器,另一類是旋轉(zhuǎn)式除濕器即轉(zhuǎn)輪除濕器。

經(jīng)過研究發(fā)展,在最原始的固定床除濕技術(shù)上,先后出現(xiàn)了利用固體吸附劑除濕的間歇除濕方式,兩塔并用的連續(xù)除濕方式,隨后出現(xiàn)了轉(zhuǎn)輪除濕機(jī),由于其可連續(xù)運(yùn)行,濕度控制容易,而倍受青睞。圖1所示為轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的流程,這種除濕機(jī)主要由除濕轉(zhuǎn)輪,傳動(dòng)機(jī)構(gòu),外殼,風(fēng)機(jī),再生用電加熱器(或以蒸氣作熱媒的空氣加熱器或其他余熱加熱器)及控制器件所組成。

雖然轉(zhuǎn)輪除濕具有很多優(yōu)點(diǎn),在空調(diào)除濕領(lǐng)域很快發(fā)展,但是也有明顯的缺點(diǎn):如除濕機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,費(fèi)用高,易跑濕,而且除濕過程流體溫升較大,一般為30℃;轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象,特別是***化鋰除濕轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)盤具有容易出現(xiàn)過飽和現(xiàn)象而致使吸濕劑流出或吸水不平衡致使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生擺動(dòng)的缺點(diǎn);因此在相對(duì)濕度超過75%時(shí),需要在除濕機(jī)入口加設(shè)加熱器,降低入口空氣相對(duì)濕度以避免吸濕劑過飽和;分子篩轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)不僅價(jià)格較硅膠貴,而要求轉(zhuǎn)輪再生溫度高。

液體吸濕劑除濕是利用某些吸濕性溶液能夠吸收空氣中的水分而將空氣脫濕的方法。它又稱液體吸收法,簡稱液體除濕。

在絕熱性除濕器中,除濕溶液吸收空氣中的水蒸氣后,絕大部分水蒸氣的凝結(jié)潛熱進(jìn)入溶液,使得溶液的溫度顯著升高。同時(shí),溶液表面蒸氣壓也隨著升高,導(dǎo)致溶液吸濕能力下降。在除濕過程中傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力不斷降低的趨勢(shì)在劉曉華等進(jìn)行的叉流絕熱型除濕器的實(shí)驗(yàn)中得到證明,并可以得出溶液溫度升高是導(dǎo)致其除濕能力降低的最重要的原因。

Khan等通過對(duì)內(nèi)冷性除濕器的性能研究分析得出:內(nèi)冷型除濕器的性能是冷卻水與空氣的流量比,冷卻水進(jìn)口溫度,空氣和水側(cè)的傳遞單元數(shù)和溶液濃度的函數(shù)。文獻(xiàn)中還指出內(nèi)冷型除濕器的性能幾乎同溶液與空氣的流量比沒有關(guān)系。

孫健等設(shè)計(jì)了一種新式的內(nèi)冷型除濕器,利用空氣對(duì)除濕過程進(jìn)行冷卻。該實(shí)驗(yàn)采用氯化鈣溶液作為除濕劑,對(duì)空氣與溶液的流量及溶液的濃度對(duì)除濕量的影響進(jìn)行了研究,得出增加除濕溶液的濃度,除濕溶液的流量和被處理空氣流量都可以增大除濕量。

膜法除濕是利用除濕膜進(jìn)行除濕的方法。膜科學(xué)技術(shù)是一門新興的高分離,濃縮,提純,凈化技術(shù),它在除濕領(lǐng)域也得到了研究及應(yīng)用。利用膜的選擇透過性進(jìn)行空氣除濕,需要在膜的兩端產(chǎn)生一個(gè)濃度差,可由膜兩端壓力差造成,也可由膜兩端濕度差造成,也可以是溫度和壓力共同造成。在增大膜兩側(cè)的壓力差強(qiáng)化除濕方面,張立志等人綜述了利用壓差的膜除濕的各種工作模式。

江億院士提出一種“膜濕泵”概念,即靠膜兩側(cè)氣流的溫度差實(shí)現(xiàn)水蒸氣有低濕氣流向高濕氣流傳播,其原理,處理空氣(如新風(fēng))流經(jīng)膜的一側(cè),在另一側(cè)高溫氣流(稱為驅(qū)動(dòng)氣流,可以是新鮮空氣或排風(fēng)經(jīng)過加熱后獲得)作用下,水蒸氣由處理空氣進(jìn)入驅(qū)動(dòng)氣流,最后排入環(huán)境中。除濕后的氣流流經(jīng)交換器,降溫后供室內(nèi)或其他工業(yè)場(chǎng)合使用;驅(qū)動(dòng)氣流經(jīng)交換器加熱后,溫度升高,再經(jīng)過加熱器進(jìn)一步加熱,達(dá)到一定溫度后,進(jìn)入膜組件,去驅(qū)動(dòng)并帶走水蒸氣。加熱器可以由余熱驅(qū)動(dòng),實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

S.Paul等人則將冷凝除濕和膜除濕結(jié)合使用,其優(yōu)點(diǎn)是:冷凝液體不直接與被除濕的空氣接觸,直接回收冷凝水作為循環(huán)冷卻水,有較高的傳熱系數(shù)。

HVAC除濕是指用加熱方法使空氣相對(duì)濕度降低,應(yīng)用這種方法除濕投資少,運(yùn)行費(fèi)用低,但該方法只能降低相對(duì)濕度,而不能降低空氣中水蒸氣的含量,故難以確保室內(nèi)的除濕效果。這種除濕方法的優(yōu)點(diǎn)是除濕性能穩(wěn)定可靠,可連續(xù)除濕,且管理方便,缺點(diǎn)是初投資高,機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲大,而且不能提供室內(nèi)所必須的新風(fēng)量,同時(shí)向室外放出大量的熱,氣體循環(huán)利用率低。因此,為了更有效的解決室內(nèi)溫度控制的問題,改進(jìn)的HVAC除濕方法將加熱通風(fēng)和冷凍除濕進(jìn)行了組合,同時(shí)在制冷機(jī)的內(nèi)外又增加了兩路水循環(huán),再加上內(nèi)外兩路氣循環(huán),共形成5個(gè)大的循環(huán),這樣不但提高制冷，同時(shí)又減小了動(dòng)力消耗，節(jié)省了能源，缺點(diǎn)是這種方式的初投資高，而且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但是其運(yùn)行費(fèi)用較低，而且在除濕制冷的同時(shí)又提供一定的新風(fēng)量，對(duì)人體健康有益又減小了動(dòng)力消耗，節(jié)省了能源，缺點(diǎn)是這種方式的初投資高，而且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但是其運(yùn)行費(fèi)用較低，而且在除濕制冷的同時(shí)又提供一定的新風(fēng)量，對(duì)人體健康有益

冷卻除濕中為了實(shí)現(xiàn)除濕的目的，經(jīng)常把空氣冷到很低的溫度，冷源的低溫要求首先是為了滿足除濕要求而設(shè)定的，若只是為了降溫，蒸發(fā)溫度可以高的多。為了除濕在冷凝過程中把干空氣也冷卻到了同樣低的溫度，某些情況下還需要再熱來滿足送風(fēng)溫度的要求，這造成了能量的浪費(fèi)。膜法除濕中利用膜兩側(cè)的水蒸氣分壓差的抽真空方法同樣耗功很大，另外對(duì)膜的強(qiáng)度也有很高的要求；而利用膜兩側(cè)的水蒸氣溫差的方法中，膜本身很薄，膜兩側(cè)的溫差很小，所以導(dǎo)致膜兩側(cè)的傳濕動(dòng)力很小，不可行。固體吸附材料的除濕系統(tǒng)致命的弱點(diǎn)是動(dòng)態(tài)的運(yùn)行過程，期間混合損失大，影響效率；另外，這種形式很難實(shí)現(xiàn)等溫的除濕過程，而除濕過程釋放出的潛熱使除濕劑的溫度升高，吸濕能力下降，整個(gè)過程的傳熱傳質(zhì)的不可逆損失大，效率不高。相對(duì)于固體吸附材料，由于液體具有流動(dòng)性，采用液體吸濕材料的傳熱傳質(zhì)設(shè)備比較容易實(shí)現(xiàn)；另外液體除濕過程容易被冷卻，從而實(shí)現(xiàn)等溫的除濕過程，不可逆損失可以減小。