空調系統除溼技術與乾燥房原理

除溼方法及分類:

空調系統除溼技術與乾燥房原理

1、壓縮除溼方式:

將空氣壓縮再冷卻,空氣中的水氣即凝結成水。將凝結的水排除再加熱即可獲得低溼度的空氣。

2、化學除溼方式:

(1)固體型吸附劑:

吸附劑的表面為多孔性的結構,空氣中的水份因毛細管作用而吸附於表面,因此有吸溼作用。

(2)液體型吸附劑

由除溼器、再生器及循環泵構成主要系統,當空氣在除溼器內與噴撒的吸收液接觸時,空氣中的水份被溶液吸收而除溼,再由冷卻盤管冷卻因吸收作用產生的凝結吸收熱。

(3)轉盤除溼

以蜂巢結構組成圓筒狀轉盤,再由特殊結晶加工法附著吸溼劑(氯化鋰,矽膠、沸石等)原料製成除溼轉盤。此除溼轉盤在隔成除溼區和再生區的箱體內迴轉。

冷卻除溼技術:

冷卻除溼技術是目前應用最為廣泛的除溼技術,它的基本原理是讓空氣流過一冷盤管表面,盤管表面的溫度低於空氣的露點溫度,空氣在盤管表面產生凝結水, 空氣的含溼量得到降低。冷盤管一般是通冷凍水的冷水盤管或者是流動製冷劑的直接蒸發式冷卻盤管,經過冷盤管處理後的空氣溫度越低,則空氣就越乾燥。冷卻除溼技術成熟,使用可靠,但當室內舒適要求或空調精度要求的空調送風溫度高於露點溫度時,為了達到室內送風溫度,不得不對空氣進行再熱,從而造成再熱損失。在對新風進行除溼處理時,可以採用圖1所示的帶水盤管熱回收裝置的除溼系統來減小再熱損失。室外新鮮空氣經過熱回收盤管1,將熱量傳遞給盤管1中的水,溫度降低的空氣進入冷卻除溼盤管進行除溼,除溼後的低溫空氣再經過熱回收盤管2,吸收盤管2中水的熱量,空氣溫度升高後送出。該系統中熱回收的介質是水,在泵的作用下在熱回收盤管1、2 之間不停循環流動,管路上裝有三通閥,可根據出風溫度的高低控制進入熱回收盤管2中的水流量以實現熱回收量的調節。

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集中空調系統中冷水機組所提供的冷水溫度一般為7℃,進入表冷器可實現11.5℃露點溫度。當要求的露點溫度低於11.5℃ 時,如果為了滿足除溼的要求而降低製冷機的蒸發溫度,將會導致製冷機效率降低,這時可採用圖2所示的常規冷水盤管和機械製冷聯合處理的雙冷源空調機組。在用7℃冷水盤管對空氣進行冷卻除溼後,再讓空氣通過直接膨脹式盤管,利用空氣與氟利昂的換熱再次進行冷卻除溼,利用機械製冷可以使空氣處理到7℃露點溫度甚至更低。這種雙冷源設計既可以滿足除溼的要求,又避免了製冷機出水溫度過低而造成的效率下降。

空調系統除溼技術與乾燥房原理

在以電力為主要驅動能源的除溼技術中,冷卻除溼的成本較其他方式低。用冷卻除溼方式實現的極限低溼空調系統的設計和實踐顯示,冷卻除溼的場合,如冷水溫度在-2℃以下, 處理空氣的露點溫度極限值為3℃,如低於3℃將可能結冰;對要求處理露點溫度在25℃範圍的場合,冷水溫度要控制在-1.51℃之間;設計過程要進行準確的計算並要對空調機組的結構特別是盤管進行改進處理,如採用多排結構的非標準配置、加大翅片的間距,翅片表面進行塗膜處理、加大盤管與擋水板的距離等。在我國空調使用時數多的南方地區,夏季空氣潮溼,新風負荷中潛熱負荷很大,對夏熱冬冷地區各主要城市的計算表明,夏季平均新風負荷中潛熱負荷所佔比例基本在80%~ 90%。如果採用直接蒸發式新風機組應用於這一地區的新風除溼, 應在機組設計時採取措施提高空調設備的潛熱處理能力,降低蒸發盤管中製冷劑的溫度,增大製冷劑流速,增大換熱面積,降低空氣流速,增加盤管排數以及注意不要採用過大的翅片密度都有利於提高機組設備的潛熱比。

液體吸收除溼技術:

液體吸收除溼的基本原理是讓潮溼空氣與液體吸溼劑接觸,因吸溼劑溶液表面的水蒸氣分壓低於溼空氣中的水蒸氣分壓,在壓力梯度的作用下,溼空氣中的水蒸氣就會轉移到溶液中,從而實現空氣除溼,常用的除溼劑有氯化鈣、溴化鋰、氯化鋰、三甘醇等。圖3顯示了不同溫度濃度下氯化鋰溶液表面表面空氣含溼量情況,空氣含溼量與空氣中水蒸氣分壓力是對應的。可以看出:溶液表面水蒸氣分壓力總是小於同溫度下純水錶面的水蒸氣分壓力,隨著溶液濃度的增加, 溶液表面的水蒸氣分壓力逐漸下降;在同一濃度下,隨著溫度的升高,其水蒸氣分壓力逐漸增大。溶液噴淋除溼時,濃溶液吸收空氣中的水分後濃度降低,當溶液濃度稀釋到一定值後不再有吸溼能力,需要對其進行再生,用電能、蒸汽等對溶液進行加熱,使水蒸氣分子從溶液中轉移到空氣中,溶液重新變為濃溶液並恢復吸溼能力。圖4是液體除溼系統的流程圖。

空調系統除溼技術與乾燥房原理

液體除溼空調系統中所消耗的能源主要是用於再生的熱能,由於其溫度要求並不高,只要50~ 80℃的低溫熱源即可實現溶液的再生,因此,一些低品位熱源如太陽能、工業餘熱廢熱、淺層地熱能和壓縮製冷的冷凝廢熱等都可以利用。以不同的能源作為再生能源形成多種除溼空調系統,如熱泵驅動的液體除溼空調系統、太陽能液體除溼空調系統等。與傳統的冷卻除溼空調系統相比,液體除溼空調系統除溼能力大;且溶液的噴灑具有空氣淨化的作用,可以除去空氣中的塵埃等粒子;由於能量在除溼劑中的儲存方式是化學能而不是熱能,因此除溼劑還具有相當強的的儲能能力,可以方便地實現蓄能,減小系統的容量和相應的投資。但是,液體除溼技術用於民用舒適性空調還並不普遍,分析原因主要有以下幾點:液體除溼設備體積較大,需要佔用較多的建築空間,在實際應用中有一定困難;需要有氣體和廢熱的排除,不易與建築設計相協調;液體除溼一般都以鹽類物質的溶液作為吸溼劑,鹽對金屬有腐蝕作用,雖然塑料材料能夠解決腐蝕問題,但塑料的換熱性能差,所以,尋找合適的材料,解決好腐蝕與換熱問題是發展液體除溼技術的重要問題;另外非常重要的一點就是由於被處理空氣與溶液直接接觸進行除溼,送風空氣中會存在一定量的鹽類分子,這是否會影響室內空氣品質和人員健康還沒有明確的研究結論。有學者認為,對於液體除溼技術可以積極探討研究,但現階段應慎重對待大面積的推廣應用,並建議應與病理研究結合,探討微量吸溼劑對健康的長期影響。

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固體吸附除溼技術:

固體吸附除溼指用固體吸溼劑來吸附空氣中的水蒸氣,常用的有活性炭、活性氧化鋁、分子篩、硅膠、氯化鋰和氯化鈣等。活性炭這類固體吸溼劑具有大量孔隙,吸附面積大,能從空氣中吸附水分,其吸溼過程為純物理作用,而氯化鈣等材料的吸溼作用為物理化學作用,吸附水分後變成含更多結晶水的化合物。採用固體吸溼劑,可以將空氣處理到低至1g/kg 的含溼量,而一般情況下,冷卻除溼的送風含溼量不低於8g/kg,而溶液除溼的送風含溼量不低於4g/kg。在對溼度有嚴格要求的乾燥環境中,如藥物生產、軍火保管、藥品貯存、糧倉庫存等工業領域固體吸溼得到了廣泛的應用。對於固體除溼空調,依其吸附床工作狀態不同又分為固定床式和轉輪式。固定床的床結構、除溼材料和溼空氣進口狀態等都會影響吸附除溼性能。固定床系統一般為間歇式工作,採用圖5 所示的固體吸附除溼系統,可通過閥的切換實現兩個固定床交替進行除溼和再生過程,從而使得除溼系統連續工作。

空調系統除溼技術與乾燥房原理

空調領域需要對空氣進行連續處理,轉輪除溼成為固體除溼中應用最廣泛的技術。轉輪除溼機的結構示意圖見圖6,其主要部件是吸溼轉輪。吸溼轉輪由均勻載有吸溼劑的波紋狀介質構成,由於轉輪的比表面積極大,浸附其上的吸溼劑又有很強的水蒸氣吸附能力, 故除溼效率很高。轉輪分成除溼區和再生區,有的還有冷卻區。隨著轉輪的轉動,轉輪在除溼區吸附水分, 在再生區解吸水分,再生後又進入除溼區(或經過冷卻區冷卻後再進入除溼區)吸附水分,從而連續不斷的處理空氣,使之達到要求的溼度。空氣經過吸溼轉輪時,空氣中的水蒸汽凝結釋放出的潛熱進入空氣中, 且轉輪必須經高溫氣流對其吸附劑再生,因此輸出幹空氣溫升較大,若要得到溫度較低的空氣,應對乾燥後的空氣進行冷卻處理。

空調系統除溼技術與乾燥房原理

圖6 轉輪除溼機結構示意圖

圖7所示為一冷卻除溼與轉輪除溼相結合的系統,潮溼空氣A 流經機械製冷裝置的蒸發器,冷卻除溼後得到的空氣B在通過轉輪除溼機的除溼區進行進一步除溼,處理後的乾燥空氣C 由風機送出,再生空氣D 流經機械製冷裝置的冷凝器,被冷凝熱加熱了的乾的再生空氣E 流過轉輪除溼機的再生區,將轉輪中的水分帶走,在風機的作用下,溼的再生空氣F離開轉輪。該系統用冷卻除溼作為前期除溼,轉輪除溼作為深度除溼,發揮了各自的的優點,在溼度較高時冷卻除溼效率高且設備簡單,經冷卻除溼後空氣溼度較低,此時利用轉輪除溼可以不受露點的限制且由於溼負荷已被冷卻除溼處理了大部分,轉輪除溼無需負擔大量的溼負荷,除溼效率提高。機械製冷系統中冷凝器放出的熱量用於加熱再生空氣,實現了冷凝熱回收,減少了轉輪除溼機的再生耗熱量,達到節能的目的。

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轉輪除溼機的COP 較低且初投資較大,目前主要應用在大風量、低溼空氣的處理中,由於再生耗熱量大, 以電力為再生能源顯然是不經濟的,在實際應用中,應儘量採用太陽能和工廠廢餘熱等低品位熱源將吸溼劑再生。關於轉輪除溼的研究目前主要集中在新型吸溼劑材料的研製、再生熱源溫度的降低和運行控制的優化等方面,也有學者開展了將超聲波技術應用於液體和固體除溼劑的再生過程以提高能源利用效率的研究工作。

膜除溼技術:

膜除溼是近年來隨著膜分離技術發展而產生的新型除溼技術,其關鍵部件為選擇性透過膜,水蒸氣可以通過膜而氧氣、氮氣等不能通過,這樣就將水蒸氣從空氣中分離出來,達到除溼的目的。由於膜分離技術具有設備簡單、操作方便、分離效率高、能耗低等特點,在水有機溶劑混合物的分離、天然氣脫溼等石油化工領域和壓縮空氣乾燥領域中已得到越來越多的應用,具有很大的發展潛力。

要使水蒸氣透過膜,必須在膜兩側有水蒸氣分壓力差,且要保證在使用過程中水分子不能在膜的滲透側積聚以免降低膜的除溼性能。有不同的工藝方法解決水分子積聚的問題,圖8 所示為一種滲透側抽真空的空氣除溼系統,抽真空的目的是為了增大膜兩側的壓力差以強化傳溼。為了改善傳統膜除溼法的機械複雜性和高耗能性,很多學者對新型膜除溼系統進行了研究,目前在空調領域研究較多的新的除溼方法主要有膜/吸收劑法,膜溼泵法,再循環膜接觸器系統法等。除溼膜是決定膜除溼效果的主要因素,膜材料的研究是膜除溼技術的重要研究內容,理想的除溼膜應分離效率高、機械強度好、使用壽命長、價格合理和易於生產。現除溼膜多為有機高分子複合膜,其性能主要由表層決定,機械強度主要由支撐層提供。目前研究和應用較多的親水膜中,作為活性分離層的有聚丙烯酸、殼聚糖、聚乙烯醇,而支撐層一般選用通用的高分子多孔膜,如聚丙烯腈、聚碸等。

空調系統除溼技術與乾燥房原理

雖然現在除溼膜存在透溼率低、強度差、成本高等缺點,在空調除溼領域還沒有得到實際應用,但已有研究將除溼膜用於空調新風的熱回收,製成了全熱交換器,測試結果表明顯熱交換效率為0.76,潛熱交換效率為0.71,有較好的產業化前景,膜除溼技術有望在空調除溼領域得到更廣泛的應用。

以上部分段落作者:王倩。

乾燥房工作原理:

乾燥房由保溫、防靜電房,IDS(Integrated Dehumidification System)和製冷(Condenser)三部分組成。

例:某乾燥房,一臺1#30匹和一臺2#10匹的製冷壓縮機組成,將液態R22送到IDS的蒸發器裡蒸發製冷再回到壓縮機,如此循環往復。

IDS由Make up air蒸發器將2100CFM新風製冷到45℉,冷凝出大部分水,再與900CFM迴風混合進入Return air蒸發器,再製冷到55℉進入蒙特乾燥轉輪,其中1000CFM的風經加熱器加熱到110~130℃,再經90°扇形再生活化區將轉輪吸收的水分帶走排到室外。另外2000CFM的風經270°除溼區除溼,再經Supply air蒸發器製冷,將溫度控制在15~21℃送入乾燥房,經一定時間的連續製冷、乾燥除溼,就可將乾燥房內的溼度降到2%以下。

空調系統除溼技術與乾燥房原理

空調系統除溼技術與乾燥房原理

原理圖

整個系統受下列因素影響:

1.外界環境溫溼度的影響,在夏季,外界新風為高溫高溼的空氣,要求Make up air蒸發器提供大的製冷量,1#壓縮機將全載運行,而外界的高溫,又影響風冷式製冷機將高溫高壓的氣態氟立昂快速地冷卻成液態,極易造成系統高壓保護跳閘。白天和晚上、雨天和晴天、季節的變化等都有很大的影響。

2.乾燥房內空氣的平衡。

3.乾燥房內人員的控制和加熱設備的控制。

4.再生空氣的溫度控制。

5.乾燥房內的化學物質的使用可能影響乾燥轉輪的效能。

空調系統除溼技術與乾燥房原理

本文來源於互聯網,暖通南社整理編輯。


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