冷凍除濕機(jī)（冷凍除濕機(jī)設(shè)計(jì)探討）
空氣體除濕的方法有很多種，冷凍除濕作為其中的一種，因其能耗低、操作簡(jiǎn)單、易于控制而被廣泛應(yīng)用。
冷凍除濕機(jī)是基于冷凍除濕的原理，利用制冷機(jī)作為冷源，直接蒸發(fā)冷卻器作為冷卻設(shè)備，將空氣體冷卻到露點(diǎn)溫度以下，析出大于飽和含水量的水蒸氣，降低空氣體的絕對(duì)含水量，然后利用部分或全部冷凝熱加熱冷卻后的空氣體，從而降低/[冷凍除濕機(jī)具有除濕效果好、室內(nèi)相對(duì)濕度下降快、運(yùn)行費(fèi)用低、無(wú)需熱源、無(wú)需冷卻水、操作方便和廣泛應(yīng)用于國(guó)防工程、人防工程、各種倉(cāng)庫(kù)、圖書館、檔案館、地下工程、電子工業(yè)、精密加工、醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)種子倉(cāng)庫(kù)及工礦企業(yè)車間。
2.冷凍除濕機(jī)的分類
2.1按使用功能可分為通用型、冷卻型、調(diào)溫型和多功能型。
一般除濕機(jī)是指空氣體經(jīng)蒸發(fā)器冷卻除濕，再經(jīng)再熱器加熱，降低相對(duì)濕度的除濕機(jī)。制冷劑的冷凝熱全部被流經(jīng)再熱器的空氣體帶走，其出口空氣溫度無(wú)法調(diào)節(jié)，只用于制熱除濕。
B型除濕機(jī)是指在一般除濕機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種除濕機(jī)，制冷劑的冷凝熱大部分被水冷式或風(fēng)冷式冷凝器帶走，只有少部分冷凝熱用于加熱通過(guò)蒸發(fā)器后的空氣體，可用于制冷除濕。
調(diào)溫除濕機(jī)是指在一般除濕機(jī)的基礎(chǔ)上，利用水冷或風(fēng)冷冷凝器帶走制冷劑的全部或部分冷凝熱，剩余冷凝熱用于加熱通過(guò)蒸發(fā)器后的空氣體，出口空氣溫度可調(diào)的除濕機(jī)。
多功能除濕機(jī)是集加熱除濕(普通型)、冷卻除濕、調(diào)溫除濕三種功能于一體的除濕機(jī)。當(dāng)沒(méi)有室外機(jī)(風(fēng)冷)或冷卻水(水冷)時(shí)，仍然可以選擇制熱除濕功能進(jìn)行除濕。
2.2根據(jù)有無(wú)風(fēng)扇，分為常規(guī)除濕機(jī)和風(fēng)道除濕機(jī)。
2.3按結(jié)構(gòu)形式可分為:整體式、分體式、整體移動(dòng)式。
2.4按適用溫度范圍，可分為A型(普通型18~32℃)和B型(低溫型5~32℃)。
2.5按回風(fēng)方式可分為:前回風(fēng)、帶罩前回風(fēng)、后回風(fēng)、上回風(fēng)等。
2.6按控制形式可分為自動(dòng)型和非自動(dòng)型。
2.7根據(jù)特殊用途，有全新風(fēng)式、防爆型等。
3.冷凍除濕機(jī)的設(shè)計(jì)與分析。
3.1通用除濕機(jī)的設(shè)計(jì)
3.1.1設(shè)計(jì)原則[1]
一般除濕機(jī)由制冷系統(tǒng)和送風(fēng)系統(tǒng)組成，其除濕原理如圖1所示。在焓濕圖上，除濕過(guò)程空氣體參數(shù)變化過(guò)程如圖2所示。
制冷系統(tǒng):壓縮機(jī)1壓縮后的高溫高壓制冷劑氣體進(jìn)入再熱器6(作為冷凝器使用)，將熱量傳遞給空氣體后，冷凝成常溫高壓液體。經(jīng)膨脹閥4節(jié)流后，進(jìn)入蒸發(fā)器2，吸收通過(guò)蒸發(fā)器的空氣體的熱量，成為低溫低壓氣體，被吸入壓縮機(jī)1壓縮，以此類推。
送風(fēng)系統(tǒng):濕空空氣吸入后，在蒸發(fā)器2中冷卻到露點(diǎn)溫度以下，冷凝水從h-d圖中的狀態(tài)1析出到狀態(tài)2，絕對(duì)含濕量下降，然后進(jìn)入再熱器6吸收制冷劑的熱量，溫度上升，相對(duì)濕度下降，變?yōu)闋顟B(tài)3，由鼓風(fēng)機(jī)5送入室內(nèi)。
3.1.2空氣體處理工藝計(jì)算
以通用除濕機(jī)CFZ10的設(shè)計(jì)為例，要求其標(biāo)稱除濕能力為10kg/h。
除濕機(jī)的風(fēng)機(jī)風(fēng)量為2800m/h，壓縮機(jī)為Copeland公司生產(chǎn)的5HP渦旋壓縮機(jī)。冷凝溫度40℃，蒸發(fā)溫度8℃，制冷量17.3kW
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[2]，標(biāo)稱工況(狀態(tài)1)下的進(jìn)氣參數(shù)，干球溫度為27℃，濕球溫度為21.2。
℃，露點(diǎn)溫度18.3℃，相對(duì)濕度60%，焓值61.795kJ/kg干空氣體，絕對(duì)含水量13.5357g/kg干空氣體；空氣體經(jīng)蒸發(fā)器冷卻達(dá)到機(jī)械露點(diǎn)狀態(tài)2，其焓值為:
H2=H1-Q0/(ρV)=61.795–17.3×360/(1.2×280)=43.259千焦/千克干空氣體
機(jī)械露點(diǎn)的相對(duì)濕度為90%，查焓濕圖可以得到狀態(tài)2的其他參數(shù):干球溫度為16.4℃，濕球溫度為15.4℃，焓為43.259kJ/kg干空氣體，絕對(duì)含水量為10.5857g/kg干空氣體；制熱量為2±1.6kw，經(jīng)再熱器加熱后空氣體達(dá)到狀態(tài)3，其干球溫度為:
T2=t1+Qk/(ρVc)=16.4+21.6×360/(1.2×280×1.0132)=39.2℃
從狀態(tài)2到狀態(tài)3，是等溫加熱過(guò)程，所以絕對(duì)含水率不變，d3=d2=10.5857g/kg干空氣體。查焓濕圖可以得到狀態(tài)3的其他參數(shù):干球溫度39.2℃，濕球溫度2.7℃，焓值6。634kJ/kg干/[/k0。從狀態(tài)1到狀態(tài)2沉淀的冷凝水的量，即除濕器的除濕量為:
d=ρV(D1-D2)=1.2×280×(13.5357-10.5857)=90g/h=9.9kg/h
3.1.3兩個(gè)設(shè)備的設(shè)計(jì)
蒸發(fā)器和再熱器(冷凝器)均采用嵌套式翅片，紫銅管規(guī)格為ф9.52×0.35，管間距25.4米，排距2米，正三角形排列，鋁板厚度0.15米
蒸發(fā)器采用平板，板間距2.2m，迎面管數(shù)量20根，順風(fēng)管數(shù)量4根，翅片長(zhǎng)度100m。經(jīng)計(jì)算，傳熱面積為37.73m2，傳熱對(duì)數(shù)平均溫差為13℃，傳熱系數(shù)為35.3W/m2℃，迎面風(fēng)速為1.53m/s，通道數(shù)為8。
再熱器采用雙面縫沖片，片間距2.2m，迎面管數(shù)量20根，順風(fēng)管數(shù)量8根，翅片長(zhǎng)度100m·m，經(jīng)計(jì)算，傳熱面積75.46m2，通道數(shù)10個(gè)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
以上設(shè)計(jì)的CF10通用除濕機(jī)經(jīng)過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)單元式空調(diào)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試，并按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[2]規(guī)定的測(cè)試條件進(jìn)行了測(cè)試。獲得的數(shù)據(jù)如下:
以上數(shù)據(jù)表明，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程基本一致，滿足要求，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。
3.2冷卻除濕機(jī)的設(shè)計(jì)思路
與一般除濕機(jī)相比，制冷系統(tǒng)中增加了水冷冷凝器(水冷)或室外風(fēng)冷冷凝器(分體風(fēng)冷)。再熱器的面積可以減小，并用作過(guò)冷器，以增加冷卻能力和除濕能力。即壓縮機(jī)排出的高溫高壓氣體先進(jìn)入水冷式或風(fēng)冷式冷凝器冷凝，再進(jìn)入再熱器過(guò)冷，再通過(guò)節(jié)流進(jìn)入蒸發(fā)器。
空燃?xì)馓幚砹鞒毯鸵话泐愋筒畈欢啵皇菭顟B(tài)2到狀態(tài)3的加熱量很小，送風(fēng)溫度低，一般比進(jìn)風(fēng)溫度低7℃左右，能承受室內(nèi)余熱。
3.3調(diào)溫除濕機(jī)的設(shè)計(jì)思路
與一般除濕機(jī)相比，A型除濕機(jī)在制冷系統(tǒng)中加裝了水冷式冷凝器(水冷)或室外風(fēng)冷冷凝器(分體風(fēng)冷)，可以減少再熱器面積。有兩種方法。一種是將再熱器放在水冷式或空冷式冷凝器的前面，與后者串聯(lián)布置，多路控制，從而調(diào)節(jié)冷卻除濕空氣體的加熱量，達(dá)到控制出口風(fēng)溫的目的。另外水冷式設(shè)置比例三通水量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)冷卻水量，風(fēng)冷式設(shè)置控制冷凝風(fēng)量，讓冷凝器帶走多余熱量。另一種方法是將再熱器放在水冷或風(fēng)冷冷凝器后面，它們也是串聯(lián)布置的。只有水冷水量調(diào)節(jié)閥才能調(diào)節(jié)冷卻水量或風(fēng)冷式冷凝風(fēng)量控制來(lái)調(diào)節(jié)冷凝器帶走的熱量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)出口空氣溫度的目的。
空燃?xì)馓幚砹鞒膛c普通型類似，只是狀態(tài)2到狀態(tài)3的加熱量可以調(diào)節(jié)，送風(fēng)溫度可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，室內(nèi)余熱也可以承擔(dān)。
3.4多功能除濕機(jī)的設(shè)計(jì)思路
多功能除濕機(jī)類似于調(diào)溫除濕機(jī)，但功能很多。再熱器需要很大的傳熱面積，不需要冷卻水也能運(yùn)行(充當(dāng)一般除濕器)。它也有兩種方式。第一種與調(diào)溫型的區(qū)別是再熱器的水冷式冷凝器或風(fēng)冷式冷凝器并聯(lián)。這時(shí)候要特別注意各支路的阻力平衡問(wèn)題。通常，需要一個(gè)容器。另一種方法與調(diào)溫型基本相同，也是串聯(lián)布置。再熱器需要大的傳熱面積，控制復(fù)雜。
空根據(jù)所選功能的不同，氣體處理流程與上述三種模式一致。
4.結(jié)束語(yǔ)
除濕機(jī)種類繁多，應(yīng)用廣泛。可以根據(jù)室內(nèi)余熱和濕度選擇不同類型的除濕機(jī)，以滿足工程設(shè)計(jì)的需要。此外，冷凍除濕還可以與吸收或吸附除濕相結(jié)合，獲得露點(diǎn)溫度更低的空氣體狀態(tài)。因此，根據(jù)不同的除濕要求，可以進(jìn)一步探討制冷除濕機(jī)與其他領(lǐng)域的結(jié)合。
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