圖文解讀：轉(zhuǎn)輪除濕技術(shù)及應(yīng)用

圖文解讀：轉(zhuǎn)輪除濕技術(shù)及應(yīng)用

　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中，隨著人們對(duì)空氣、水源、食品、醫(yī)藥等品質(zhì)要求的不斷提高，生產(chǎn)環(huán)境中濕度的控制成為一個(gè)重要指標(biāo)。目前比較成熟的除濕技術(shù)有冷卻式除濕、液體吸收式除濕、固體吸附式除濕、膜法除濕及轉(zhuǎn)輪除濕。

　　轉(zhuǎn)輪除濕原理

　　轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的關(guān)鍵是位于機(jī)組中部的除濕轉(zhuǎn)輪。除濕轉(zhuǎn)輪是一個(gè)載有吸濕劑的蜂窩狀的特殊紙質(zhì)轉(zhuǎn)輪，由于蜂窩狀孔徑僅1.5mm，故1m3的轉(zhuǎn)輪紙芯吸濕面積達(dá)3000m2?？諝饬鹘?jīng)蜂窩狀孔道處于邊界層流狀態(tài)，濕交換效果好，所以除濕能力較強(qiáng)。

　　除濕轉(zhuǎn)輪的原理是采用減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)或同步帶傳動(dòng)，轉(zhuǎn)輪以每小時(shí)8~14轉(zhuǎn)的速度緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)輪圓面的3/4區(qū)域是處理區(qū)。需要處理的空氣通過處理區(qū)時(shí)，空氣中的水分被附著在特殊纖維上的吸濕劑吸收，成為低濕干燥空氣，從另一端吹出，由風(fēng)機(jī)經(jīng)管道送到所需的區(qū)域。

　　與此同時(shí)，再生的空氣經(jīng)過過濾、加熱到120±10℃，通過相反方向進(jìn)入轉(zhuǎn)輪剩下的1/4的區(qū)域。將緩慢進(jìn)入再生區(qū)域的附著在特殊纖維上的吸濕劑的溫度升高，使附著在特殊纖維上的吸濕劑所含水分汽化，并被帶出轉(zhuǎn)輪，使附著在特殊纖維上的吸濕劑恢復(fù)吸濕功能，即吸濕劑得到再生。

　　轉(zhuǎn)輪緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)輪附著在特殊纖維上的吸濕劑的吸濕和再生過程是同時(shí)進(jìn)行的，故轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)能保證連續(xù)、穩(wěn)定地輸出干燥空氣。波紋狀介質(zhì)中載有吸濕劑，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，而且可以為濕空氣與吸濕介質(zhì)提供充分接觸的巨大表面積，提高了除濕機(jī)的除濕效率。

　　專業(yè)基礎(chǔ)

　　干球溫度：用普通溫度計(jì)測(cè)得的濕空氣的正常溫度。用符號(hào)t表示。單位：℃（攝氏度）。濕球溫度：溫度計(jì)水銀球包裹有含水棉芯，并有一定流速的空氣吹過棉芯時(shí)，該溫度計(jì)所指示的溫度。用符號(hào)ts表示。單位：℃（攝氏度）。露點(diǎn)溫度：空氣濕度達(dá)到飽和時(shí)的溫度，換言之空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r(shí)候的溫度叫露點(diǎn)溫度。一般凝結(jié)水或露水現(xiàn)象可以用露點(diǎn)溫度形成來解釋。用符號(hào)tl表示。單位：℃（攝氏度）。含濕量（絕對(duì)含水量）在濕空氣中，與1kg干空氣同時(shí)并存的水蒸汽量稱為含濕量。用符號(hào)d表示。單位：g/kg(克/千克)。

　　絕對(duì)濕度：單位體積濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量，即濕空氣中水蒸氣的密度。用符號(hào)dq表示。單位：g/m3(克/立方米)。相對(duì)濕度：濕空氣的絕對(duì)濕度與相同溫度下可能達(dá)到的最大絕對(duì)濕度之比。也可表示為濕空氣中水蒸氣分壓力與相同溫度下水的飽和壓力之比。用符號(hào)φ表示。單位：%（百分比）。焓值：空氣中的焓值是指空氣中含有的總熱量，通常以干空氣的單位質(zhì)量為基準(zhǔn)，稱作比焓。工程中簡(jiǎn)稱為焓，是指一千克干空氣的焓和與它相對(duì)應(yīng)的水蒸氣的焓的總和。（空氣的焓值是指空氣所含有的決熱量，通常以干空氣的單位質(zhì)量為基準(zhǔn)。）用符號(hào)h表示。單位：kj/kg（千焦/千克）。除濕量：空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)從密閉空間、房間或區(qū)域的空氣中除去的水分。單位：g/h(克/小時(shí))

　　加濕量：空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)向密閉空間、房間或區(qū)域的空氣中添加的水分。單位：g/h(克/小時(shí))

　　循環(huán)風(fēng)量：空調(diào)系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)向密閉空間、房間或區(qū)域送入的風(fēng)量。用符號(hào)Q表示。單位：m3/h（立方米/小時(shí)）。

　　換氣次數(shù)：空調(diào)系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)向密閉空間、房間或區(qū)域送入的送風(fēng)量對(duì)該空間的倍數(shù)。單位：次/小時(shí)。運(yùn)行功率：亦稱額定功率，用電裝置在正常工況時(shí)運(yùn)行的功率。用符號(hào)W表示。單位：kW（千瓦）。單位換算

　　卡（cal）：熱量單位，又稱卡路里。1千卡=1大卡=1000kcal=4.1868kJ；焦（J）：熱量單位。1千焦(kJ)=0.239千卡(kcal)，1焦(J)=0.239卡(cal)。1千瓦時(shí)（kW?h）=3600千焦（kJ）=860千卡(kcal)。焓濕圖：

　　焓濕圖是將濕空氣各種參數(shù)之間的關(guān)系用圖線表示。從圖上可查知溫度、相對(duì)濕度、含濕量、露點(diǎn)溫度、濕球溫度、水蒸氣含量及分壓力、空氣的焓值等空氣狀態(tài)參數(shù)。為了解空氣狀態(tài)及對(duì)空氣進(jìn)行處理提供依據(jù)。圖上亦可反映出空氣的處理過程。溫度t、含濕量d和大氣壓力B是空氣的基本參數(shù)，它們決定了空氣的狀態(tài)，并可以由此計(jì)算出該空氣狀態(tài)的其余參數(shù)。

　　注意，每一張焓濕圖都是按規(guī)定的大氣壓繪制的，因此在計(jì)算工作中，應(yīng)選用與要求大氣壓相符的（或接近的）焓濕圖。

　　圖中：等φ線是曲線，等h線是傾斜直線，等d線是垂直線，等t線接近水平，看似平行，實(shí)際互不平行。水蒸氣分壓力（Pq）標(biāo)尺為水平線。最低的一根等φ線，其值為φ=100%。這條曲線稱為飽和線。狀態(tài)在這條線上的空氣處于飽和狀態(tài)。在其他φ線上的空氣都是非飽和的?？諝鉅顟B(tài)不可能位于飽和線以下的區(qū)域中。

　　關(guān)于焓濕圖，請(qǐng)查看暖通南社相關(guān)課件《看懂焓濕圖并學(xué)會(huì)在設(shè)計(jì)中的運(yùn)用》。

　　轉(zhuǎn)輪除濕的吸附介質(zhì)

　　1氯化鋰

　　氯化鋰是最早用來作為轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的吸附材料的，它屬于一種高含濕量的吸濕鹽，易再生，具有高度化學(xué)穩(wěn)定性。此外，氯化鋰吸附劑具有強(qiáng)烈的殺菌能力，因此，氯化鋰作為除濕劑被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品等對(duì)空氣潔凈度和濕度要求較高的領(lǐng)域。但是氯化鋰在低濕度范圍除濕量小、除濕能力低，而且吸濕時(shí)易形成液體從基體逸出，對(duì)除濕設(shè)備周圍的金屬產(chǎn)生腐蝕，這些不足在很大程度上限制了除濕機(jī)中氯化鋰吸附劑的用量，也即限制了除濕機(jī)的除濕量。

　　2硅膠

　　硅膠是繼氯化鋰后研究應(yīng)用比較多的一種固體吸附劑，其吸濕能力、再生能耗等方面較氯化鋰稍差，但由于在吸附、解吸過程中始終保持固態(tài)，有良好的物理化學(xué)穩(wěn)定性，克服了氯化鋰吸附劑容易液化逸出的缺點(diǎn)，即使在高濕度下（100%）也能保持轉(zhuǎn)輪表面不結(jié)露，對(duì)周邊設(shè)備無腐蝕。同時(shí)當(dāng)轉(zhuǎn)輪長(zhǎng)期使用過程中因灰塵或油污覆蓋表面影響除濕效率時(shí)，可采用清水（除灰塵）或清潔劑（除油污）直接清洗掉使之恢復(fù)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。

　　目前制備硅膠轉(zhuǎn)輪最有效方法為浸漬法。其工作原理是：在無機(jī)纖維基材上讓水玻璃與酸就地反應(yīng)，使生成的硅膠較為均勻地分散在纖維表面及其空隙中，構(gòu)成塊體吸附劑。

　　硅膠作為吸附材料存在的不足：

　?。?）吸附性能有待提高；

　?。?）耐熱性能需要加強(qiáng),由于硅膠耐熱性能較弱,除濕轉(zhuǎn)芯長(zhǎng)時(shí)間處于80～150℃再生環(huán)境中，易出現(xiàn)熔融、塌陷、堵塞孔道等現(xiàn)象,從而使系統(tǒng)吸附效率降低；

　　（3）機(jī)械強(qiáng)度有待增強(qiáng)，由于硅膠與陶瓷纖維作用力較弱，使得轉(zhuǎn)芯材料機(jī)械強(qiáng)度較差，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，易出現(xiàn)粉化、掉粉現(xiàn)象，從而影響其使用壽命。

　　3沸石分子篩

　　沸石分子篩是研究及應(yīng)用比較多的固體吸附劑材料，它在低濕度環(huán)境下仍能吸濕的優(yōu)異性能，使它非常適用于低露點(diǎn)深度除濕；另一方面即使在較高溫度下（如100～120℃）分子篩仍保持13%以上的吸水率，而硅膠的吸水率幾乎為零。因此在電子、精密儀器等一些對(duì)濕度要求非常低及環(huán)境溫度較高的情況下，分子篩除濕得到廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用分子篩的轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)其出風(fēng)口空氣露點(diǎn)最低可達(dá)到-60℃。

　　轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)用各種吸附材料的對(duì)比

　　轉(zhuǎn)輪除濕器與空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)合

　　（1）轉(zhuǎn)輪除濕器與一般空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)合

　　對(duì)于室內(nèi)冷負(fù)荷和濕負(fù)荷都較大的場(chǎng)合，或新風(fēng)負(fù)荷較大，室內(nèi)要求濕度較低的環(huán)境，如果靠常規(guī)制冷就要降低蒸發(fā)溫度或采用乙二醇溶液，把空氣冷卻到很低的溫度，有時(shí)還要加熱以防房間溫度過低。這樣既增加系統(tǒng)能耗，而且冷卻盤管容易結(jié)霜，導(dǎo)致COP值下降。如果由轉(zhuǎn)輪除濕器承擔(dān)濕負(fù)荷，機(jī)械制冷承擔(dān)顯熱負(fù)荷，就能達(dá)到比較滿意的效果。這就是除濕技術(shù)與一般空調(diào)相結(jié)合的基本思路。在這里使用的是氯化鋰轉(zhuǎn)輪除濕器。

　　轉(zhuǎn)輪除濕器內(nèi)部共有二路空氣流，分別是處理空氣流，再生空氣流。處理空氣流1匯同從房間出來的一次回風(fēng)至2，首先經(jīng)過一級(jí)蒸發(fā)器至3，在這里空氣被冷卻，溫濕度降低，然后通過處理風(fēng)入口進(jìn)入轉(zhuǎn)輪除濕器至4，其中所含的絕大部分水分被留在轉(zhuǎn)輪除濕器中，以備再生空氣流帶走，此時(shí)再匯同二次回風(fēng)至5，達(dá)到了送風(fēng)所要求的濕量，然后再經(jīng)過二級(jí)冷卻器至6，處理空氣等濕降溫，達(dá)到送風(fēng)狀態(tài)，然后送入房間：再生空氣流經(jīng)過一個(gè)熱交換器，溫度升高，然后在加熱器中形成高溫干燥的再生氣，再進(jìn)入轉(zhuǎn)輪除濕器的再生區(qū)，將其中的水分帶出，經(jīng)過換熱器換熱，然后排到大氣。為了達(dá)到節(jié)能的效果，我們利用了房間回風(fēng)。

　　轉(zhuǎn)輪除濕器之前設(shè)置一級(jí)蒸發(fā)器的目的是冷卻新風(fēng)和一次回風(fēng)，當(dāng)處理空氣溫度較低時(shí)，氯化鋰表面水蒸汽分壓力下降，從而導(dǎo)致除濕效率上升。設(shè)置二級(jí)蒸發(fā)器的目的是冷卻從轉(zhuǎn)輪除濕器出來的高溫處理空氣，等濕降溫。對(duì)氯化鋰轉(zhuǎn)輪除濕器來說，再生空氣溫度達(dá)到90℃，氯化鋰就已完全再生，此時(shí)COP最大。如果再生空氣溫度大于或小于90℃，COP均減小。

　?。?）除濕轉(zhuǎn)輪與燃?xì)饪照{(diào)系統(tǒng)的結(jié)合

　　轉(zhuǎn)輪除濕方式的主要能耗是在轉(zhuǎn)輪的再生氣部分，如果不使用電加熱再生而使用廢熱或太陽能再生，那么節(jié)能效果將更佳。用燃?xì)饧訜嵩偕諝?，可以輕易地得到較高的再生溫度。

　?。?）除濕轉(zhuǎn)輪與蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)合：開式通風(fēng)型空調(diào)。

　　室外新風(fēng)1首先進(jìn)入轉(zhuǎn)輪除濕器至2，空氣中的水分被吸收或吸附。同時(shí)釋放出汽化潛熱，使處理空氣濕度降低，溫度升高。處理后的空氣由風(fēng)機(jī)送至顯熱交換器至3。與此同時(shí)，再生空氣進(jìn)入水直接蒸發(fā)冷卻器，直接蒸發(fā)冷卻(DEC)使空氣與水直接接觸，水在焓值不變的情況下和空氣進(jìn)行熱濕交換，蒸發(fā)吸熱，該空氣處理過程是絕熱加濕過程，主要其冷卻加濕的作用。再生空氣經(jīng)過噴淋降溫后送至顯熱交換器。在顯熱交換器里，處理空氣和再生空氣換熱后送入直接蒸發(fā)冷卻器至4，經(jīng)過噴淋降溫后送入室內(nèi)。同時(shí)，再生空氣經(jīng)加熱器加熱后，送入轉(zhuǎn)輪除濕器的再生區(qū)。

　　除濕工藝計(jì)算

　　單位時(shí)間為維持房間恒溫恒濕，需要空調(diào)系統(tǒng)向室內(nèi)提供的冷量稱為冷負(fù)荷；相反，為補(bǔ)償房間失熱而需要向室內(nèi)提供的熱量稱為熱負(fù)荷。為了維持室內(nèi)相對(duì)濕度恒定需從房間除去的濕量稱為濕負(fù)荷。

　　濕負(fù)荷是亦指空調(diào)房間的濕源向室內(nèi)的散濕量，濕源包括墻門等圍護(hù)滲漏、人體、水槽表面、地面積水、洗滌洗浴、燃燒、工藝過程；另外，濕負(fù)荷還應(yīng)包括空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)和回風(fēng)等等。

　　濕負(fù)荷計(jì)算：1房間滲漏濕負(fù)荷公式：Mf=Δd×K1×K2×ρ×V式中：Mf：房間滲漏濕負(fù)荷，g

　　Δd：室內(nèi)外空氣含濕量差值，g/kgK1：房間密封性好K1=0.1，一般K1=0.2，其次K1=0.3K2：房間體積＜400立方米時(shí)K2=1；400≤房間體積≤立方米時(shí)K2=0.8；房間體積＞時(shí)K2=0.6。

　　ρ空氣密度，kg/m3。一般取1.29kg/m3；V房間體積，m3。2墻體滲透濕負(fù)荷公式：Mq=ΔPq×k×A式中：Mq：墻體滲透濕負(fù)荷，g；ΔPq：室內(nèi)外空氣水蒸氣壓力差，Pa；k：滲透系數(shù)，一般k=0.2；A：與外界接觸的圍護(hù)面積，m23門開關(guān)濕負(fù)荷公式：Mm=Δd×T×ρ×A×n式中：Mm：門開關(guān)濕負(fù)荷，g/h；

　　Δd：室內(nèi)外空氣含濕量差值，g/kgT：門單次開啟持續(xù)時(shí)間，h/次；

　　ρ：空氣密度，kg/m3。一般取1.29kg/m3；A：門面積，m2；n：一小時(shí)內(nèi)門的開啟次數(shù)，次/h。

　　4室內(nèi)人員濕負(fù)荷公式：Mr=q×p式中：Mr：室內(nèi)人員濕負(fù)荷，g/hq：人員散濕量，輕度勞動(dòng)100g/h·人

　　中度勞動(dòng)150g/h·人；重度勞動(dòng)200g/h·人（一般取中度勞動(dòng)）p：室內(nèi)人數(shù)，人除濕一般工藝流程：

　　工作流程：轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的工作流程可分幾個(gè)部分完成：預(yù)冷/預(yù)熱（供選件）—轉(zhuǎn)輪除濕—后冷/后熱（供選件)。

　　預(yù)冷/預(yù)熱：利用冷凍水降低空氣的溫度，空氣在降溫過程中，其相對(duì)濕度逐漸接近飽和狀態(tài)，在達(dá)到要求的溫度時(shí)，高于該空氣溫度飽和狀態(tài)的多余水份會(huì)析出，起到降溫除濕的目的。

　　轉(zhuǎn)輪除濕：除濕轉(zhuǎn)輪在除濕段內(nèi)部由密封系統(tǒng)分為處理區(qū)域和再生區(qū)域，除濕轉(zhuǎn)輪以8-10轉(zhuǎn)/小時(shí)的速度緩慢旋轉(zhuǎn)，以保證整個(gè)除濕為一個(gè)連續(xù)的過程。

　　當(dāng)處理空氣通過轉(zhuǎn)輪的處理區(qū)域時(shí)，其中的水蒸汽被轉(zhuǎn)輪中的吸濕介質(zhì)所吸附，水蒸氣同時(shí)發(fā)生相變，并釋放出潛熱，轉(zhuǎn)輪也因吸附了一定的水份而逐漸趨向飽和；這時(shí)，處理空氣因自身的水份減少和潛熱釋放而變成干的、熱的空氣。