各因素對(duì)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)性能影響的綜合分析(再生空氣的影響)-轉(zhuǎn)自除濕技師
3.2
再生空氣參數(shù)的影響
除濕轉(zhuǎn)輪中吸濕劑解吸再生性能主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是吸濕劑最終能夠達(dá)到的干燥狀態(tài)，這取決于吸濕劑的平衡含水量；二是達(dá)到最終干燥狀態(tài)的再生速率，這包括吸濕劑表面的汽化速率和吸濕劑內(nèi)部水分的擴(kuò)散傳遞速率，其大小取決于以上兩種速率中的主要影響部分，主要是由速率較低的過(guò)程所支配；平衡含水量與再生速率是相互影響的，人們?cè)趹?yīng)用研究中側(cè)重于再生速率的影響。
轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)中吸附劑的再生過(guò)程實(shí)質(zhì)是將水分趕出吸附劑，進(jìn)入再生空氣的過(guò)程，吸濕劑的再生過(guò)程主要受到吸濕劑與熱空氣兩方面因素的影響。吸濕劑參數(shù)對(duì)除濕機(jī)性能的影響主要體現(xiàn)在：吸濕劑形狀、吸濕劑的放置方式、吸濕劑溫度等；熱空氣參數(shù)對(duì)除濕機(jī)性能的影響主要體現(xiàn)在：溫度、含濕量、流動(dòng)速度、與吸濕劑的接觸情況等。在實(shí)際應(yīng)用中，更容易控制的是再生空氣的參數(shù)，因此人們更關(guān)注再生空氣對(duì)除濕機(jī)性能的影響：空氣含濕量不變時(shí)，提高空氣的溫度，不但可以加強(qiáng)汽化和帶走水分的能力，而且可以對(duì)吸濕劑進(jìn)一步升溫，提高吸濕劑表里之間水分的擴(kuò)散速率，對(duì)恒速干燥階段和減速干燥階段都有利，但是每種吸濕劑都存在允許的最高溫度值；空氣的含濕量越低，帶走吸濕劑中水分的能力越強(qiáng)，干燥過(guò)程的推動(dòng)力越大，因而干燥速率越高；提高熱空氣的流動(dòng)速度，可以有效地強(qiáng)化干燥過(guò)程，對(duì)傳熱和傳質(zhì)都有利，但是空氣流速大，與吸濕劑的接觸時(shí)間短，熱能的有效利用率降低；空氣與吸濕劑的良好接觸有利于吸濕劑的干燥均勻，合理安排氣流，獲得較大的氣固接觸面積，可以有效地強(qiáng)化再生過(guò)程。以下重點(diǎn)探討再生空氣的溫度、濕度和流速等參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)性能的影響。
3.2.1
進(jìn)口處再生空氣溫度的影響
再生空氣的溫度是直接影響到轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)性能的重要參數(shù)，若在較低的再生溫度下，轉(zhuǎn)輪中進(jìn)行的主要是全熱交換過(guò)程；隨著溫度的升高，轉(zhuǎn)輪中吸濕劑解吸再生的趨勢(shì)才逐漸明顯，直至整個(gè)過(guò)程都是由解吸再生趨勢(shì)控制。人們希望能夠充分利用低品位的熱源來(lái)作為轉(zhuǎn)輪解吸再生的能源，低品位能源可能溫度不高，使得再生空氣被升溫的幅度有限。再生空氣溫度是如何影響轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的性能，再生空氣的溫度降至何值時(shí)仍可確保進(jìn)行的主要是除濕過(guò)程，都是人們所關(guān)心的問(wèn)題。所以確定再生空氣溫度對(duì)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)性能的影響，如何判斷轉(zhuǎn)輪中進(jìn)行的傳熱傳質(zhì)過(guò)程是全熱交換過(guò)程還是吸濕-解吸再生過(guò)程，導(dǎo)致兩者分界點(diǎn)的再生溫度在何處，是本文研究的重點(diǎn)之一。
在轉(zhuǎn)輪式全熱交換器中，兩股空氣的主要過(guò)程是將處理空氣中的水分傳遞給再生空氣，并且將低溫側(cè)的溫度升高，此時(shí)轉(zhuǎn)輪除濕的數(shù)學(xué)模型應(yīng)該改為全熱交換器的數(shù)學(xué)模型；而且由于全熱交換過(guò)程最合適的熱空氣區(qū)扇形角jR是1800，若此時(shí)仍然按照除濕過(guò)程來(lái)設(shè)置再生區(qū)扇形角jR為900，也不能夠使全熱交換過(guò)程高效率地進(jìn)行；此外作為全熱交換器的轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速也比除濕轉(zhuǎn)輪所要求的轉(zhuǎn)速要快得多[19]。這些都是研究轉(zhuǎn)輪除濕過(guò)程必需考慮的問(wèn)題。
吸濕劑可能在不同的再生溫度下工作，此時(shí)除濕機(jī)的性能如何是人們關(guān)心的問(wèn)題。吸濕劑的再生過(guò)程分為預(yù)熱期、等速干燥和減速干燥等階段，在不同的階段，溫度的影響是不盡相同的。再生空氣的溫度都高于此時(shí)吸濕劑的溫度，吸濕劑被空氣加熱，吸濕劑在向外蒸發(fā)水分的同時(shí)，溫度也升高，當(dāng)吸濕劑的表面溫度與空氣的濕球溫度相等時(shí)就達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。對(duì)于同一吸濕劑而言，如果再生空氣的溫度升高，會(huì)使吸濕劑的表面溫度上升，吸濕劑的表面溫度上升之后，其表面的蒸發(fā)壓力也提高了，即與吸濕劑表面接觸的空氣的水蒸汽分壓力提高，這樣可以使再生的速度增加，縮短再生的時(shí)間。對(duì)于不等溫的吸附體系，可以利用“溫度波”與“濃度波”概念來(lái)分析吸附干燥過(guò)程。在一般情況下，溫度比質(zhì)量傳遞要快，即“溫度波”走在“濃度波”之前。溫度波的前沿速度與溫度無(wú)關(guān)，在理想的情作者認(rèn)為：判斷轉(zhuǎn)輪中進(jìn)行的主要是全熱交換過(guò)程還是除濕-解吸再生過(guò)程的關(guān)鍵是看轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)出口處處理空氣的露點(diǎn)溫度，空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的露點(diǎn)溫度所對(duì)應(yīng)的再生空氣溫度可作為兩者的分界點(diǎn)。若出口處處理空氣的露點(diǎn)溫度低于空調(diào)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的露點(diǎn)溫度，轉(zhuǎn)輪中進(jìn)行的主要是吸濕-解吸再生過(guò)程；若高于送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的露點(diǎn)溫度則可認(rèn)為進(jìn)行的主要是全熱交換過(guò)程，此空調(diào)系統(tǒng)達(dá)不到設(shè)計(jì)的濕度控制要求；因此轉(zhuǎn)輪除濕供冷空調(diào)系統(tǒng)的參數(shù)控制應(yīng)該以此為依據(jù)。
3.2.2
進(jìn)口處再生空氣濕度的影響
吸濕劑的再生過(guò)程實(shí)際是吸濕劑的干燥過(guò)程，此時(shí)推動(dòng)水蒸汽由吸濕劑向再生空氣傳遞的動(dòng)力是吸濕劑表面的水蒸汽分壓力與再生空氣中的水蒸汽分壓力之差。除濕機(jī)進(jìn)口再生空氣的濕度對(duì)除濕機(jī)性能的影響的研究并不全面，對(duì)于這種因素的影響應(yīng)該結(jié)合溫度的影響來(lái)共同考慮，這是因?yàn)樵偕諝獗任鼭駝┑臏囟雀?，因而傳遞熱量給吸濕劑，使吸濕劑的溫度同時(shí)升高。再生空氣中的水蒸汽分壓力主要與大氣壓力和空氣的含濕量有關(guān)[4]。
式中：
Pw：水蒸汽分壓力（Pa）
B：
大氣壓力（Pa）
d：空氣含濕量[kg
(kg干空氣)-1]
當(dāng)大氣壓力和空氣中的含濕量不變時(shí)，升高空氣的溫度，水蒸汽的分壓力是不會(huì)改變的，但是飽和水蒸汽分壓力增加，從而使空氣的相對(duì)濕度減小，即空氣的不飽和程度增大，這樣使得再生用的熱空氣具有更加強(qiáng)的接受水蒸汽的能力；這時(shí)轉(zhuǎn)變成主要是再生空氣溫度對(duì)轉(zhuǎn)輪的解吸再生性能的影響。若再生空氣的溫度不變，減小空氣的相對(duì)濕度，空氣中的水蒸汽分壓力減小，加大了與吸濕劑表面接觸的空氣的水蒸汽分壓力之差，從而加強(qiáng)了水分傳遞的推動(dòng)力。此時(shí)將再生空氣的相對(duì)濕度降低的實(shí)質(zhì)是需要進(jìn)行除濕的，或者是將室外新風(fēng)與循環(huán)風(fēng)進(jìn)行混合得到，以獲得較低的相對(duì)濕度（含濕量）。再生空氣被加熱的過(guò)程是等濕加熱過(guò)程，一般是在加熱之前來(lái)改變其含濕量。與干球溫度相比較而言，再生空氣的濕度對(duì)除濕轉(zhuǎn)輪的性能影響較小，而且控制也更為復(fù)雜。但是了解再生空氣濕度的影響可以為轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)在不同地區(qū)、不同時(shí)間的應(yīng)用所采用的技術(shù)措施提供參考。
3.2.3
再生空氣流速的影響
再生空氣的流速直接影響吸濕劑再生速度的大小，對(duì)流換熱系數(shù)因流速的增加而增大，傳熱系數(shù)也因流速的增加而增加，這樣使總的再生過(guò)程時(shí)間都縮短了；而且可以通過(guò)調(diào)節(jié)再生空氣的流速來(lái)適應(yīng)處理空氣流量及狀態(tài)參數(shù)的變化。總之再生空氣流速的增加強(qiáng)化了再生過(guò)程，使得轉(zhuǎn)輪的再生速度加快，但是此時(shí)不改變?cè)偕鷧^(qū)扇形角，可能會(huì)再生后的轉(zhuǎn)輪區(qū)域被加熱，升高吸濕劑的溫度，從而影響吸濕過(guò)程的進(jìn)行；而且從系統(tǒng)的能耗考慮，流速增加會(huì)導(dǎo)致再生熱量的需求增大，在轉(zhuǎn)輪再生側(cè)的換熱效率降低，系統(tǒng)的COP將下降；所以在額定工況下應(yīng)慎重考慮改變空氣流速，若改變?cè)偕諝饬魉?，?yīng)相應(yīng)調(diào)節(jié)再生區(qū)扇形角，再生空氣的溫度等參數(shù)，在實(shí)際的應(yīng)用中，用戶(hù)來(lái)改變?cè)偕鷧^(qū)扇形角是不可行的，因此多采用調(diào)節(jié)再生空氣溫度的方法。
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