除湿机的性能研究

随着社会的进步和人们生活水平的提高,人类社会对能源的需求日益增长,能源问题成为人类社会可持续发展的关键因素之一。开发利用新的能源来代替传统的能源是社会发展的需要,也是科学的发展的结果。随着航空,航天,原子能等领域的需求,空气除湿技术被广泛的利用,并发挥巨大的作用。经过近几年的研究,在传统的除湿技术(冷却除湿,吸附除湿和液体除湿)上,又提出了一些新型的除湿技术:如膜除湿,HVAC除湿等。

1.除湿器的介绍

1.1 冷却除湿

冷却除湿的原理是利用湿空气被冷却到露点温度以下,将冷凝水脱除的除湿方法,又称为露点法。由于用冷冻机作为冷却的手段,所以又称为冷冻除湿。在冷却除湿方法中,通常利用冷冻机本身的排热作为再热热源,或设置利用处理空气本身热量进行再热回收装置,以尽量减少除湿所消耗的能源。而作为冷源使用的冷水可以是地下的井水,也可以是由制冷机人工制取的冷冻水,具体采用何种方案由当地气象条件和除湿空气的终了状态决定。
由于使用冷却盘管除湿时,存在盘管结冰,堵塞盘管肋片之间的间隙,妨碍传热和空气流通,使除湿不能继续的问题,因此,冷却除湿适用于在露点为8-10℃以上的场合,否则必须增加除霜设备。

1.2 吸附除湿

目前国内外主要研究两类固体吸附式除湿装置:一类是固定床式除湿器,另一类是旋转式除湿器即转轮除湿器。
经过研究发展,在最原始的固定床除湿技术上,先后出现了利用固体吸附剂除湿的间歇除湿方式,两塔并用的连续除湿方式,随后出现了转轮除湿机,由于其可连续运行,湿度控制容易,而倍受青睐。图1所示为转轮除湿机的流程,这种除湿机主要由除湿转轮,传动机构,外壳,风机,再生用电加热器(或以蒸气作热媒的空气加热器或其他余热加热器)及控制器件所组成。
虽然转轮除湿具有很多优点,在空调除湿领域很快发展,但是也有明显的缺点:如除湿机结构复杂,费用高,易跑湿,而且除湿过程流体温升较大,一般为30℃;转轮旋转结构容易出现漏风现象,特别是***化锂除湿转轮转盘具有容易出现过饱和现象而致使吸湿剂流出或吸水不平衡致使转盘转动时产生摆动的缺点;因此在相对湿度超过75%时,需要在除湿机入口加设加热器,降低入口空气相对湿度以避免吸湿剂过饱和;分子筛转轮除湿机不仅价格较硅胶贵,而要求转轮再生温度高。

1.3 液体除湿

液体吸湿剂除湿是利用某些吸湿性溶液能够吸收空气中的水分而将空气脱湿的方法。它又称液体吸收法,简称液体除湿。
在绝热性除湿器中,除湿溶液吸收空气中的水蒸气后,绝大部分水蒸气的凝结潜热进入溶液,使得溶液的温度显著升高。同时,溶液表面蒸气压也随着升高,导致溶液吸湿能力下降。在除湿过程中传质驱动力不断降低的趋势在刘晓华等进行的叉流绝热型除湿器的实验中得到证明,并可以得出溶液温度升高是导致其除湿能力降低的最重要的原因。
Khan等通过对内冷性除湿器的性能研究分析得出:内冷型除湿器的性能是冷却水与空气的流量比,冷却水进口温度,空气和水侧的传递单元数和溶液浓度的函数。文献中还指出内冷型除湿器的性能几乎同溶液与空气的流量比没有关系。
孙健等设计了一种新式的内冷型除湿器,利用空气对除湿过程进行冷却。该实验采用氯化钙溶液作为除湿剂,对空气与溶液的流量及溶液的浓度对除湿量的影响进行了研究,得出增加除湿溶液的浓度,除湿溶液的流量和被处理空气流量都可以增大除湿量。

1.4 膜法除湿

膜法除湿是利用除湿膜进行除湿的方法。膜科学技术是一门新兴的高分离,浓缩,提纯,净化技术,它在除湿领域也得到了研究及应用。利用膜的选择透过性进行空气除湿,需要在膜的两端产生一个浓度差,可由膜两端压力差造成,也可由膜两端湿度差造成,也可以是温度和压力共同造成。在增大膜两侧的压力差强化除湿方面,张立志等人综述了利用压差的膜除湿的各种工作模式。
江亿院士提出一种“膜湿泵”概念,即靠膜两侧气流的温度差实现水蒸气有低湿气流向高湿气流传播,其原理,处理空气(如新风)流经膜的一侧,在另一侧高温气流(称为驱动气流,可以是新鲜空气或排风经过加热后获得)作用下,水蒸气由处理空气进入驱动气流,最后排入环境中。除湿后的气流流经交换器,降温后供室内或其他工业场合使用;驱动气流经交换器加热后,温度升高,再经过加热器进一步加热,达到一定温度后,进入膜组件,去驱动并带走水蒸气。加热器可以由余热驱动,实现节能。
S.Paul等人则将冷凝除湿和膜除湿结合使用,其优点是:冷凝液体不直接与被除湿的空气接触,直接回收冷凝水作为循环冷却水,有较高的传热系数。

1.5 HVAC除湿

HVAC除湿是指用加热方法使空气相对湿度降低,应用这种方法除湿投资少,运行费用低,但该方法只能降低相对湿度,而不能降低空气中水蒸气的含量,故难以确保室内的除湿效果。这种除湿方法的优点是除湿性能稳定可靠,可连续除湿,且管理方便,缺点是初投资高,机器运转噪声大,而且不能提供室内所必须的新风量,同时向室外放出大量的热,气体循环利用率低。因此,为了更有效的解决室内温度控制的问题,改进的HVAC除湿方法将加热通风和冷冻除湿进行了组合,同时在制冷机的内外又增加了两路水循环,再加上内外两路气循环,共形成5个大的循环,这样不但提高制冷,同时又减小了动力消耗,节省了能源,缺点是这种方式的初投资高,而且结构比较复杂,但是其运行费用较低,而且在除湿制冷的同时又提供一定的新风量,对人体健康有益又减小了动力消耗,节省了能源,缺点是这种方式的初投资高,而且结构比较复杂,但是其运行费用较低,而且在除湿制冷的同时又提供一定的新风量,对人体健康有益

2.各种除湿方法的比较

冷却除湿中为了实现除湿的目的,经常把空气冷到很低的温度,冷源的低温要求首先是为了满足除湿要求而设定的,若只是为了降温,蒸发温度可以高的多。为了除湿在冷凝过程中把干空气也冷却到了同样低的温度,某些情况下还需要再热来满足送风温度的要求,这造成了能量的浪费。膜法除湿中利用膜两侧的水蒸气分压差的抽真空方法同样耗功很大,另外对膜的强度也有很高的要求;而利用膜两侧的水蒸气温差的方法中,膜本身很薄,膜两侧的温差很小,所以导致膜两侧的传湿动力很小,不可行。固体吸附材料的除湿系统致命的弱点是动态的运行过程,期间混合损失大,影响效率;另外,这种形式很难实现等温的除湿过程,而除湿过程释放出的潜热使除湿剂的温度升高,吸湿能力下降,整个过程的传热传质的不可逆损失大,效率不高。相对于固体吸附材料,由于液体具有流动性,采用液体吸湿材料的传热传质设备比较容易实现;另外液体除湿过程容易被冷却,从而实现等温的除湿过程,不可逆损失可以减小。

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