冷凍除濕機設計探討

冷凍除濕機設計探討

　　1.前言

　　在生產(chǎn)和生活環(huán)境中，空氣的相對濕度具有舉足輕重的影響。對濕度的控制和調節，是關(guān)系到工農業(yè)生產(chǎn)工藝流程、物資儲存保管的重要問(wèn)題。相對濕度過(guò)高，機器設備和鋼鐵產(chǎn)品易于腐蝕、食品易于腐爛，將會(huì )給生產(chǎn)、生活及物資儲存造成巨大損失，因此，隨著(zhù)工藝水平及要求的提高，空氣除濕等環(huán)境控制技術(shù)的發(fā)展顯得尤為重要。

　　空氣除濕的方法有很多種，冷凍除濕作為其中的一種，由于能耗小、操作簡(jiǎn)單、易于控制，得到了廣泛的應用。冷凍除濕機就是采用冷凍除濕的原理，用制冷機作冷源，以直接蒸發(fā)式冷卻器作冷卻設備，把空氣冷卻到露點(diǎn)溫度以下，析出大于飽和含濕量的水汽，降低空氣的絕對含濕量，再利用部分或全部冷凝熱加熱冷卻后的空氣，從而降低空氣的相對濕度，達到除濕目的。冷凍除濕機具有除濕效果好、房間相對濕度下降快、運行費用低、不要求熱源、也可不需要冷卻水、操作方便、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于國防工程、人防工程、各類(lèi)倉庫、圖書(shū)館、檔案館、地下工程、電子工業(yè)、精密機械加工、醫藥、食品、農業(yè)種子儲藏及各工礦企業(yè)車(chē)間等場(chǎng)所。

　　2.冷凍除濕機分類(lèi)

　　2.1按使用功能分，可分為：一般型、降溫型、調溫型、多功能型。

　　一般型除濕機是指空氣經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器冷卻除濕，由再熱器加熱升溫，降低相對濕度，制冷劑的冷凝熱全部由流過(guò)再熱器的空氣帶走，其出風(fēng)溫度不能調節，只用于升溫除濕的除濕機。

　　降溫型除濕機是指在一般型除濕機的基礎上，制冷劑的冷凝熱大部分由水冷或風(fēng)冷冷凝器帶走，只有小部分冷凝熱用于加熱經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器后的空氣，可用于降溫除濕的除濕機。

　　調溫型除濕機是指在一般型除濕機的基礎上，制冷劑的冷凝熱可全部或部分由水冷或風(fēng)冷冷凝器帶走，剩余冷凝熱用于加熱經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器后的空氣，其出風(fēng)溫度能進(jìn)行調節的除濕機。

　　多功能型除濕機是指集升溫除濕（一般型）、降溫除濕、調溫除濕三種功能于一體的除濕機，在無(wú)室外機（風(fēng)冷）或冷卻水（水冷）時(shí)仍可選擇升溫除濕功能進(jìn)行除濕的除濕機。

　　2.2按有無(wú)帶風(fēng)機分，可分為：常規除濕機、風(fēng)道式除濕機。

　　2.3按結構形式分，可分為：整體式、分體式、整體移動(dòng)式。

　　2.4按適用溫度范圍分，可分為：A型（普通型18~32℃）、B型（低溫型5~32℃）。

　　2.5按送回風(fēng)方式分，可分為：前回前送帶風(fēng)帽型、后回上送型等。

　　2.6按控制形式分，可分為：自動(dòng)型和非自動(dòng)型等。

　　2.7按特殊使用情況分，還有全新風(fēng)型、防爆型等。

　　3.冷凍除濕機設計分析

　　3.1一般型除濕機設計

　　3.1.1設計原理[1]

　　一般型除濕機由制冷系統和送風(fēng)系統組成，其除濕原理見(jiàn)圖1，在焓濕圖上，除濕過(guò)程空氣參數的變化過(guò)程見(jiàn)圖2。

　　制冷系統：由壓縮機1壓縮出來(lái)的高溫高壓制冷劑氣體進(jìn)入再熱器6（作冷凝器用），將熱量傳給空氣后，冷凝成常溫高壓液體，經(jīng)膨脹閥4節流后進(jìn)入蒸發(fā)器2，吸收通過(guò)蒸發(fā)器的空氣中的熱量，變成低溫低壓氣體，被吸入壓縮機1進(jìn)行壓縮，如此往復循環(huán)。

　　送風(fēng)系統：濕空氣被吸入后，在蒸發(fā)器2被冷卻到露點(diǎn)溫度以下，在h-d圖中由狀態(tài)1到狀態(tài)2，析出凝結水，絕對含濕量下降，再進(jìn)入再熱器6，吸收制冷劑的熱量而升溫，相對濕度降低，變?yōu)闋顟B(tài)3，由送風(fēng)機5送入房間。

　　3.1.2空氣處理過(guò)程計算

　　以一般型除濕機CF10設計為例，其名義除濕量要求為10kg/h。

　　除濕機送風(fēng)機風(fēng)量取2800m3/h，壓縮機采用Copeland公司的5HP渦旋式壓縮機，采用冷凝溫度40℃，蒸發(fā)溫度8℃設計，制冷量為17.3kW。

　　根據國家標準[2]規定的名義工況進(jìn)風(fēng)參數（狀態(tài)1），干球溫度27℃，濕球溫度21.2℃，露點(diǎn)溫度18.3℃，相對濕度60%，焓值61.795kJ/kg干空氣，絕對含濕量為13.5357g/kg干空氣；空氣經(jīng)蒸發(fā)器冷卻處理后到機械露點(diǎn)狀態(tài)2，其焓值為：

　　h2=h1-Q0/（ρV）=61.795–17.3×3600/（1.2×2800）=43.259kJ/kg干空氣

　　機械露點(diǎn)的相對濕度取90%，查焓濕圖可得出狀態(tài)2的其它參數：干球溫度16.4℃，濕球溫度15.4℃，焓值43.259kJ/kg干空氣，絕對含濕量為10.5857g/kg干空氣；制熱量為21.6kW，空氣經(jīng)再熱器加熱后到狀態(tài)3，其干球溫度為：

　　t2=t1+Qk/（ρVc）=16.4+21.6×3600/（1.2×2800×1.0132）=39.2℃

　　從狀態(tài)2到狀態(tài)3為等濕加熱過(guò)程，故絕對含濕量保持不變，d3=d2=10.5857g/kg干空氣，查焓濕圖可得出狀態(tài)3的其它參數：干球溫度39.2℃，濕球溫度22.7℃，焓值66.6344kJ/kg干空氣，絕對含濕量為10.5857g/kg干空氣，相對濕度為23.7%。由狀態(tài)1到狀態(tài)2析出的凝結水量即除濕機的除濕量為：

　　D=ρV（d1-d2）=1.2×2800×（13.5357-10.5857）=9900g/h=9.9kg/h

　　3.1.3兩器設計

　　蒸發(fā)器及再熱器（冷凝器）均采用套片式翅片，紫銅管規格采用Ф9.52×0.35，管間距25.4mm，排間距22mm，正三角形排列，鋁片片厚0.115mm。

　　蒸發(fā)器采用平片，片距2.2mm，迎面管排數20，順風(fēng)管排數4，翅片長(cháng)度1000mm，經(jīng)計算，傳熱面積為37.73m2，傳熱對數平均溫差為13℃，傳熱系數為35.3W/m2℃，迎面風(fēng)速為1.53m/s，通路數取8。

　　再熱器采用雙面沖縫片，片距2.2mm，迎面管排數20，順風(fēng)管排數8，翅片長(cháng)度1000mm，經(jīng)計算，傳熱面積為75.46m2，通路數取10。

　　3.1.4實(shí)驗結果

　　以上設計的CF10一般型除濕機經(jīng)過(guò)了標準的單元式空調機試驗臺測試，按國家標準[2]規定的試驗工況進(jìn)行試驗，所得的數據如下：

　　送風(fēng)量

　　m3/h

　　進(jìn)風(fēng)

　　回風(fēng)

　　壓縮機

　　總輸入

　　功率

　　kW

　　實(shí)測

　　除濕量

　　kg/h

　　單位輸入

　　功率除濕量

　　kg/h.kW

　　干球溫度

　　℃

　　濕球溫度

　　℃

　　干球溫度

　　℃

　　濕球溫度

　　℃

　　排氣壓力

　　MPa

　　吸氣壓力

　　MPa

　　2811.4

　　27.09

　　21.15

　　38.42

　　22.35

　　1.43

　　0.54

　　3.95

　　10.2

　　2.58

　　以上數據顯示，實(shí)驗結果與設計計算過(guò)程基本相符，滿(mǎn)足了要求，達到了設計目的。

　　3.2降溫型除濕機設計思路

　　降溫型除濕機與一般型除濕機相比，在制冷系統中，增設了一個(gè)水冷冷凝器（水冷式）或一個(gè)室外風(fēng)冷冷凝器（分體風(fēng)冷式），再熱器面積可減小，充當過(guò)冷器用，以增加制冷量，提高除濕量。即從壓縮機排出的高溫高壓氣體，先進(jìn)入水冷或風(fēng)冷冷凝器冷凝，再進(jìn)入再熱器過(guò)冷，然后才經(jīng)過(guò)節流進(jìn)入蒸發(fā)器。

　　空氣處理過(guò)程與一般型類(lèi)似，只是從狀態(tài)2到狀態(tài)3的加熱量很小，送風(fēng)溫度較低，一般比進(jìn)風(fēng)溫度低7℃左右，可負擔室內余熱。

　　3.3調溫型除濕機設計思路

　　降溫型除濕機與一般型除濕機相比，在制冷系統中，增設了一個(gè)水冷冷凝器（水冷式）或一個(gè)室外風(fēng)冷冷凝器（分體風(fēng)冷式），再熱器面積可減小。這里面有兩種做法，一種是將再熱器置于水冷或風(fēng)冷冷凝器前面，與后者串聯(lián)布置，并分多路控制，以此調節對冷卻除濕后空氣的加熱量，從而達到控制出風(fēng)溫度的目的，另外，水冷式設比例式三通水量調節閥，調節冷卻水量，風(fēng)冷式設冷凝風(fēng)量控制，從而使冷凝器帶走多余的熱量。另一種做法是將再熱器置于水冷或風(fēng)冷冷凝器后面，也是串聯(lián)布置，只通過(guò)水冷式的水量調節閥調節冷卻水量或風(fēng)冷式的冷凝風(fēng)量控制，來(lái)調節冷凝器帶走的熱量，從而到達調節出風(fēng)溫度的目的。

　　空氣處理過(guò)程與一般型類(lèi)似，只是從狀態(tài)2到狀態(tài)3的加熱量可調節，送風(fēng)溫度可在一定范圍內進(jìn)行調節，也可負擔室內余熱。

　　3.4多功能型除濕機設計思路

　　多功能型除濕機與調溫型除濕機類(lèi)似，而功能較多，再熱器所需傳熱面積較大，在沒(méi)有冷卻水時(shí)也能運行（充當一般型除濕機的作用），它也有兩種做法。第一種與調溫型的不同之處在于再熱器水冷或風(fēng)冷冷凝器為并聯(lián)連接，此時(shí)應特別注意各支路的阻力平衡問(wèn)題，一般需設一個(gè)儲液器。另一種的做法與調溫型的基本一致，也是串聯(lián)布置，再熱器所需傳熱面積較大，且控制較復雜。

　　空氣處理過(guò)程根據所選擇功能的不同，分別與上述三種機型一致。

　　4.結束語(yǔ)

　　冷凍除濕機種類(lèi)繁多，用途廣泛，可根據室內余熱余濕的情況選擇不同類(lèi)型的除濕機，以滿(mǎn)足工程設計的需要。另外，冷凍除濕還可與吸收或吸附式除濕方式相結合，以獲得較低露點(diǎn)溫度的空氣狀態(tài)。因此，根據不同的除濕要求，冷凍除濕機與其它領(lǐng)域的聯(lián)合還可作進(jìn)一步的探討。

　　參考文獻

　　1.電子工業(yè)部第十設計研究院主編，《空氣調節設計手冊》（第二版）[M]，中國建筑工業(yè)出版社，2000.6，443~460。

　　2.機械工業(yè)部機械標準化研究所，中華人民共和國機械行業(yè)標準JB/T7769-95除濕機[S]，機械工業(yè)部機械標準化研究所，1996.4。