除濕機的性能研究

隨著社會的進步和人們生活水平的提高,人類社會對能源的需求日益增長,能源問題成為人類社會可持續發展的關鍵因素之一。開發利用新的能源來代替傳統的能源是社會發展的需要,也是科學的發展的結果。隨著航空,航天,原子能等領域的需求,空氣除濕技術被廣泛的利用,并發揮巨大的作用。經過近幾年的研究,在傳統的除濕技術(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: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溫度以下,將冷凝水脫除的除濕方法,又稱為露點法。由于用冷凍機作為冷卻的手段,所以又稱為冷凍除濕。在冷卻除濕方法中,通常利用冷凍機本身的排熱作為再熱熱源,或設置利用處理空氣本身熱量進行再熱回收裝置,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,也可以是由制冷機人工制取的冷凍水,具體采用何種方案由當地氣象條件和除濕空氣的終了狀態決定。

由于使用冷卻盤管除濕時,存在盤管結冰,堵塞盤管肋片之間的間隙,妨礙傳熱和空氣流通,使除濕不能繼續的問題,因此,冷卻除濕適用于在露點為8-10℃以上的場合,否則必須增加除霜設備。

目前國內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,另一類是旋轉式除濕器即轉輪除濕器。

經過研究發展,在最原始的固定床除濕技術上,先后出現了利用固體吸附劑除濕的間歇除濕方式,兩塔并用的連續除濕方式,隨后出現了轉輪除濕機,由于其可連續運行,濕度控制容易,而倍受青睞。圖1所示為轉輪除濕機的流程,這種除濕機主要由除濕轉輪,傳動機構,外殼,風機,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。

雖然轉輪除濕具有很多優點,在空調除濕領域很快發展,但是也有明顯的缺點:如除濕機結構復雜,費用高,易跑濕,而且除濕過程流體溫升較大,一般為30℃;轉輪旋轉結構容易出現漏風現象,特別是***化鋰除濕轉輪轉盤具有容易出現過飽和現象而致使吸濕劑流出或吸水不平衡致使轉盤轉動時產生擺動的缺點;因此在相對濕度超過75%時,需要在除濕機入口加設加熱器,降低入口空氣相對濕度以避免吸濕劑過飽和;分子篩轉輪除濕機不僅價格較硅膠貴,而要求轉輪再生溫度高。

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潛熱進入溶液,使得溶液的溫度顯著升高。同時,溶液表面蒸氣壓也隨著升高,導致溶液吸濕能力下降。在除濕過程中傳質驅動力不斷降低的趨勢在劉曉華等進行的叉流絕熱型除濕器的實驗中得到證明,并可以得出溶液溫度升高是導致其除濕能力降低的最重要的原因。

Khan等通過對內冷性除濕器的性能研究分析得出:內冷型除濕器的性能是冷卻水與空氣的流量比,冷卻水進口溫度,空氣和水側的傳遞單元數和溶液濃度的函數。文獻中還指出內冷型除濕器的性能幾乎同溶液與空氣的流量比沒有關系。

孫健等設計了一種新式的內冷型除濕器,利用空氣對除濕過程進行冷卻。該實驗采用氯化鈣溶液作為除濕劑,對空氣與溶液的流量及溶液的濃度對除濕量的影響進行了研究,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行除濕的方法。膜科學技術是一門新興的高分離,濃縮,提純,凈化技術,它在除濕領域也得到了研究及應用。利用膜的選擇透過性進行空氣除濕,需要在膜的兩端產生一個濃度差,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。在增大膜兩側的壓力差強化除濕方面,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,即靠膜兩側氣流的溫度差實現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)流經膜的一側,在另一側高溫氣流(稱為驅動氣流,可以是新鮮空氣或排風經過加熱后獲得)作用下,水蒸氣由處理空氣進入驅動氣流,最后排入環境中。除濕后的氣流流經交換器,降溫后供室內或其他工業場合使用;驅動氣流經交換器加熱后,溫度升高,再經過加熱器進一步加熱,達到一定溫度后,進入膜組件,去驅動并帶走水蒸氣。加熱器可以由余熱驅動,實現節能。

S.Paul等人則將冷凝除濕和膜除濕結合使用,其優點是: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冷卻水,有較高的傳熱系數。

HVAC除濕是指用加熱方法使空氣相對濕度降低,應用這種方法除濕投資少,運行費用低,但該方法只能降低相對濕度,而不能降低空氣中水蒸氣的含量,故難以確保室內的除濕效果。這種除濕方法的優點是除濕性能穩定可靠,可連續除濕,且管理方便,缺點是初投資高,機器運轉噪聲大,而且不能提供室內所必須的新風量,同時向室外放出大量的熱,氣體循環利用率低。因此,為了更有效的解決室內溫度控制的問題,改進的HVAC除濕方法將加熱通風和冷凍除濕進行了組合,同時在制冷機的內外又增加了兩路水循環,再加上內外兩路氣循環,共形成5個大的循環,這樣不但提高制冷，同時又減小了動力消耗，節省了能源，缺點是這種方式的初投資高，而且結構比較復雜，但是其運行費用較低，而且在除濕制冷的同時又提供一定的新風量，對人體健康有益又減小了動力消耗，節省了能源，缺點是這種方式的初投資高，而且結構比較復雜，但是其運行費用較低，而且在除濕制冷的同時又提供一定的新風量，對人體健康有益

冷卻除濕中為了實現除濕的目的，經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定的，若只是為了降溫，蒸發溫度可以高的多。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溫度的要求，這造成了能量的浪費。膜法除濕中利用膜兩側的水蒸氣分壓差的抽真空方法同樣耗功很大，另外對膜的強度也有很高的要求；而利用膜兩側的水蒸氣溫差的方法中，膜本身很薄，膜兩側的溫差很小，所以導致膜兩側的傳濕動力很小，不可行。固體吸附材料的除濕系統致命的弱點是動態的運行過程，期間混合損失大，影響效率；另外，這種形式很難實現等溫的除濕過程，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，整個過程的傳熱傳質的不可逆損失大，效率不高。相對于固體吸附材料，由于液體具有流動性，采用液體吸濕材料的傳熱傳質設備比較容易實現；另外液體除濕過程容易被冷卻，從而實現等溫的除濕過程，不可逆損失可以減小。