（制冷及低温工程专业论文）联合除湿式温湿度恒定装置的实验研究.pdf

摘要 目 前， 在制冷除湿方面使用冷冻除湿方式的比较多， 国内外对此的研究也己经比 较的完善。 对于冷冻除湿时蒸发器工作在结霜工况下c o p 系数较低， 耗能大等问题， 本文提出了在制冷系统中加入吸附装置以改进制冷除湿效率的方法。 吸附剂的吸附除湿过程是一个等焙吸湿过程， 因此对于装有吸附装置的制冷除湿 系统， 只需将经过吸附剂等烙除湿的空气直接冷却到被控制室要求的温度即可， 无需 在系统末端设置电加热器， 而且因为蒸发器无需承担过多的湿负荷， 可以相应的提高 蒸发器的蒸发温度，使得系统的c o p 系数可以大为提高，达到节能的要求。 在实验中， 针对联合除湿制冷方式， 分别做了吸附一冷却式除湿制冷与吸附一冷 冻一吸附式除湿这两组实验， 并将这两组实验进行对比分析， 得出了: 吸附一冷冻一 吸附式除湿制冷适合于较低温湿度条件下工作; 联合除湿制冷可以简化双蒸发器切换 冷冻除湿制冷为单蒸发器系统， 降低了系统的制造成本与维护费用; 硅胶不适合在低 于1 0 以 下的条件下吸附除 湿等重要结论。 关键词:冷冻除湿， c o p , 吸附剂， ， 硅胶 abs tract p r e s e n t l y , fr o z e n d e h u m i d i f i c a t io n i s w i d e l y u s e d i n t h e r e f r i g e r a t i o n f i e l d , w h i c h h a s a l re a d y b e e n s t u d i e d c o m p l e t e l y . wh i l e t h e p r o b l e m , l o w e ff i c i e n c y a n d c o p w h e n t h e r e f r i g e r a t i o n s y s t e m o p e r a t e s u n d e r t h e fr o s t i n g c o n d i t i o n , h a s n o t b e e n c r a c k e d y e t . t h e p a p e r s e t s o u t a p r o j e c t , i n w h i c h a a d s o r b t i o n i n s t r u m e n t i s i n t r o d u c e d e d i n t o t h e r e f r i g e r a t i o n s y s t e m . i t i s a e q u a l e n t h a l p y p r o c e s s w h e n t h e s o r b e n t a d s o r b s v a p o r . t h e n , a ft e r e q u a l e n t h a l p y a d s o r p t i o n ,t h e a i r w a i t e d t o b e d e a l e d w i t h , i s d ire c t l y c o o l e d t o t h e s i t u a t i o n , w h ic h i s r e q u i r e d . a n d t h e r e i s n o h e a t i n g e q u i p m e n t i n t h e t e r m i n a l s y s t e m b e c a u s e e v a p o r a t o r i s n o t r e q u ir e d t o b e a r t h e h u m i d it y l o a d . s o t h e e v a p o r a t i o n t e m p e r a t u r e o f t h e s y s t e m c a n i n c r e a s e , w h i c h c a n i m p r o v e c o p o f t h e r e fr i g e r a t io n s y s t e m a n d s a v e e n e r g y . i n t h e e x p e r i m e n t , t w o d e h u m i d i fi c a t io n w a y s , a d s o r p t i o n - c o o l i n g d e h u m id if i c a t io n a n d a d s o r p t i o n - fr o z e n - a d s o r p t i o n d e h u m i d i f i c a t i o n , a r e c o m p a r e d t o e a c h o t h e r . i t c a n b e i n f e r e d fr o m t h e a n a l y s i s t h a t a d s o r p t i o n - fr o z e n - a d s o r p t i o n d e h u m id i f i c a t i o n s y s t e m i s s u i t f o r t h e l o w t e m p e r a t u r e a n d h u m i d i t y c o n d i t i o n , a n d d u a l e v a p o r a t o r s s y s t e m c a n b e p re d i g e s t e d t o s i n g l e e v a p o r a t o r s y s t e m , w h i c h c a n d e c r e as e th e m a n u f a c t u r e a n d m a i n t e n a n c e c o s t . m o re o v e r , i n t h e e x p e r i m e n t , i t c a n b e f o u n d t h a t s i l i c a g e l i s u n f i t f o r l o w t e m p e r a t u r e a n d h u m i d i t y c o n d i t i o n , w h i c h i s b e l o w t e n c e n t i g r a d e k e y wo r d s : fr o z e n d e h u m i d i f i c a t i o n , c o p , s o r b e n t , s i l i c a g e l 第一章 绪论 第一章绪论 ， . ， 研究背景 随着经济的发展和人民生活水平的提高， 空调环境空气的温、 湿度日 益成为人们 关注的两个重要参数。 尤其是近年来电子技术、 生物技术的不断发展， 室内空气温度、 湿度、 空气流动速度、 洁净度等，已直接影响到某些产品的生产和质量。 有些场合必 须保证低温低湿恒定的空调环境，才能满足生产工艺的要求及某些物品的长期保存。 例如: 某些车间内， 如果不对其环境的温、 湿度进行控制，电气线路、 精密仪器、自 动化装置就会发生故障; 计算机房中， 由于电子计算机在连续运转过程中， 电子组件 不断发热， 若不进行空调降温， 组件就不能正 常工作， 若环境温度变化过于剧烈， 计 算机甚至可能停机; 化学工业方面， 原料气体 ( 乙 烯、 丙稀、 丁二烯) 的生产反应中， 水分会使催化剂失效， 为此必须将气体脱湿至极低的程度; 在生物医学方面， 维生素 和抗菌素等药品的生产包装， 也离不开温湿度的控制; 在造纸、 药厂车间、 胶片生产 和存储等行业， 对温、 湿度亦有着严格的要求。 高湿度会导致设备表面结露， 纸张发 粘， 低湿度可能会发生静电效应。 而对上述只有工艺空调所要求得条件一般的空调机 则无法满足，因此对恒温恒湿技术的研究很有必要性。 恒温恒湿机组的温、 湿度控制要求是根据室内人员的需要和科研、 工艺的不同而 确定 的 l 。 一 般民 用 建 筑 如: 饭 店、 商 场、 剧院 、 医院 等 场所， 温度控 制 在2 4 - c - 2 8 - c , 相对湿度控制在 4 0 %-6 5 %。精密仪器加工车间温度控制在 1 8 0 c -2 3 0 c ,湿度控制 在 4 0 %-6 5 %。对于制药厂某些车间、胶片储存仓库、手机电池生产车间等场所温 度要求控制在1 0 0 c -2 0 0 c , 湿度控制在3 0 %以 下， 最低可以 达到1 5 % 。 通常把温度 在1 4 0 c 、相对湿度在4 0 %以上的恒温恒湿机称为普通型，在其以下的称为低温低湿 恒温恒湿机。 除湿是低温低湿恒定系统空气处理过程中必不可少的环节， 也是低温低湿恒定系 统研究得难点和重点。 在空调系统中常采用的除湿原理有: 升温降湿， 冷冻除湿， 吸 收或吸附除湿。 升温降湿在空气调节中较常见， 利用在等含湿量线上升温会导致相对 湿度下降的原理。 冷冻除湿因其运行成本低而在工业生产上用的比较多。 但若单纯的 使用冷冻除湿技术， 因制冷系统既要控制温度又要控制湿度， 而被控制室中的 温湿度 是相互影响的， 所以对于被控制室所要求的温湿度很难达到。 另外在除霜过程中若需 两台 换热 器相互切换2 1 ， 在切 换初期对被控制室的 温湿度的 影响 很大。 因此现今出 现 了对温度， 湿度分开控制的除湿系统一一联合除湿系统: 冷冻一吸附式除湿， 吸附一 冷却式除湿。 吸附一冷却式除湿具有适用性广， 设备简单， 控制精度高， 初投资成本 第一章 绪论 第一章绪论 ， . ， 研究背景 随着经济的发展和人民生活水平的提高， 空调环境空气的温、 湿度日 益成为人们 关注的两个重要参数。 尤其是近年来电子技术、 生物技术的不断发展， 室内空气温度、 湿度、 空气流动速度、 洁净度等，已直接影响到某些产品的生产和质量。 有些场合必 须保证低温低湿恒定的空调环境，才能满足生产工艺的要求及某些物品的长期保存。 例如: 某些车间内， 如果不对其环境的温、 湿度进行控制，电气线路、 精密仪器、自 动化装置就会发生故障; 计算机房中， 由于电子计算机在连续运转过程中， 电子组件 不断发热， 若不进行空调降温， 组件就不能正 常工作， 若环境温度变化过于剧烈， 计 算机甚至可能停机; 化学工业方面， 原料气体 ( 乙 烯、 丙稀、 丁二烯) 的生产反应中， 水分会使催化剂失效， 为此必须将气体脱湿至极低的程度; 在生物医学方面， 维生素 和抗菌素等药品的生产包装， 也离不开温湿度的控制; 在造纸、 药厂车间、 胶片生产 和存储等行业， 对温、 湿度亦有着严格的要求。 高湿度会导致设备表面结露， 纸张发 粘， 低湿度可能会发生静电效应。 而对上述只有工艺空调所要求得条件一般的空调机 则无法满足，因此对恒温恒湿技术的研究很有必要性。 恒温恒湿机组的温、 湿度控制要求是根据室内人员的需要和科研、 工艺的不同而 确定 的 l 。 一 般民 用 建 筑 如: 饭 店、 商 场、 剧院 、 医院 等 场所， 温度控 制 在2 4 - c - 2 8 - c , 相对湿度控制在 4 0 %-6 5 %。精密仪器加工车间温度控制在 1 8 0 c -2 3 0 c ,湿度控制 在 4 0 %-6 5 %。对于制药厂某些车间、胶片储存仓库、手机电池生产车间等场所温 度要求控制在1 0 0 c -2 0 0 c , 湿度控制在3 0 %以 下， 最低可以 达到1 5 % 。 通常把温度 在1 4 0 c 、相对湿度在4 0 %以上的恒温恒湿机称为普通型，在其以下的称为低温低湿 恒温恒湿机。 除湿是低温低湿恒定系统空气处理过程中必不可少的环节， 也是低温低湿恒定系 统研究得难点和重点。 在空调系统中常采用的除湿原理有: 升温降湿， 冷冻除湿， 吸 收或吸附除湿。 升温降湿在空气调节中较常见， 利用在等含湿量线上升温会导致相对 湿度下降的原理。 冷冻除湿因其运行成本低而在工业生产上用的比较多。 但若单纯的 使用冷冻除湿技术， 因制冷系统既要控制温度又要控制湿度， 而被控制室中的 温湿度 是相互影响的， 所以对于被控制室所要求的温湿度很难达到。 另外在除霜过程中若需 两台 换热 器相互切换2 1 ， 在切 换初期对被控制室的 温湿度的 影响 很大。 因此现今出 现 了对温度， 湿度分开控制的除湿系统一一联合除湿系统: 冷冻一吸附式除湿， 吸附一 冷却式除湿。 吸附一冷却式除湿具有适用性广， 设备简单， 控制精度高， 初投资成本 第一章 绪论 低的优势，因此对于吸附一冷却式低温低湿恒定系统得研究是很有意义的。 现今关于联合除湿的研究还是有不多见， 较成熟的技术是利用转轮除湿机作为实 验台的除湿装置。 转轮基体被分隔板分成两个扇区: 吸湿扇区和再生扇区。 潮湿的过 程空气流经吸湿扇区时， 由 于相对湿度大， 水蒸气分压高， 所以水蒸气就会被吸附 吸 收) 在基体内的吸湿剂上。经除湿后的过程空气湿度降低，但由于水蒸气凝聚放热， 所以 温度上升。 转轮基体被传动机构带动， 边旋转边吸湿，当转到分隔板时吸湿剂接 近于饱和状态。 再生空气通常为室外空气或室内回风， 经加热器加热后温度高、 相对 湿度低。 再生空气流经再生扇区时， 会将吸湿剂所吸附( 吸收) 的水分解吸出来， 从而 使吸附剂得到再生， 重新具有吸湿能力。 再生空气流经再生扇区后温度降低、 湿度增 加。 但目前应用的转轮除湿机能耗较高， 转轮必须经高温气流对其吸附剂再生， 输出 的干空气温升较大， 这对于一些无余热供应的场所的应用比较难。 因此开发一种能够 使用本身的热量资源或者可以利用工业废热， 余热的联合除湿系统， 将会在需要湿度 保证的工艺性空调中占 有很大的市场。 1 . 2研究现状及文献综述 6 0年代初，在国家科委十年规划中，将恒温恒湿技术列入国家重点攻关课题。 由中国建筑科学院空调所负责， 组成了空调设备、 恒温恒湿指标、 气流组织、自 动控 制等专 题组进行研究， 于1 9 6 5 年获得整套科研成果，包括高精密恒温 ( 2 0 士 0 . 5 0 c , 士 0 . 2 0 c 、士 0 . 1 1 c ) 和一般精度恒温 ( 2 0 士1 . 0 0 c ) 等技术设计计算方法， 控制技术 和设备选用方法;同时又组织对全国典型工程进行恒温普查和实测总结，于6 0 年代 提出了 适合我国国 情的 恒温工程整套设计方法。 从围 护结构、 送风温差换气次数、 气 流组织方式与计算、 设备选型以及注意事项都有了明确规定， 这些编入了 空气调节 设计手册 ，广泛应用于实际工程，至今亦在使用。 关于结 霜现象研究的 发展， 文献3 己 经论述得很清楚， 这里不再赘述。 相对于结 霜现象， 有关除霜方法及控制方法的文献较少。 其中一部分是有关结霜、 除霜工况下 系统的动态特性，如 d . l . 0 n e a l等对除霜工况下一台空气热泵的动态特性进行了 实验研究， 对制冷剂的 温度、 压力、 流量、 压缩机和风机的功耗进行了 观测. w . a . m i l l e r 等对一台空气热泵进行了观测， 对影响热泵运行的因素进行了分析， 并对结霜和除霜 的损失进行了 计算。 这一部分主要是关于热泵结霜或除霜工况下的运行情况。 另一部 分可以 查到的文献便是对热气除霜的建模及实验验证。 由 于热气除霜过程中的相变极 其非线性， 使得很难得出 精确的数学模型。 s . a . s h e r i f等人在前人的基础上对热气 除霜的数学模型进行了改进， 根据模型预测的结果同试验较为吻合。 k . l . k r a k o w建 立了一个理想化的数学模型， 试验结果表明该模型可以很好的对热气除霜过程进行模 拟。 e . k u w a h a r a等人发表了一篇有关减少除霜时间的论文，提出了减少除霜时间的 第一章 绪论 低的优势，因此对于吸附一冷却式低温低湿恒定系统得研究是很有意义的。 现今关于联合除湿的研究还是有不多见， 较成熟的技术是利用转轮除湿机作为实 验台的除湿装置。 转轮基体被分隔板分成两个扇区: 吸湿扇区和再生扇区。 潮湿的过 程空气流经吸湿扇区时， 由 于相对湿度大， 水蒸气分压高， 所以水蒸气就会被吸附 吸 收) 在基体内的吸湿剂上。经除湿后的过程空气湿度降低，但由于水蒸气凝聚放热， 所以 温度上升。 转轮基体被传动机构带动， 边旋转边吸湿，当转到分隔板时吸湿剂接 近于饱和状态。 再生空气通常为室外空气或室内回风， 经加热器加热后温度高、 相对 湿度低。 再生空气流经再生扇区时， 会将吸湿剂所吸附( 吸收) 的水分解吸出来， 从而 使吸附剂得到再生， 重新具有吸湿能力。 再生空气流经再生扇区后温度降低、 湿度增 加。 但目前应用的转轮除湿机能耗较高， 转轮必须经高温气流对其吸附剂再生， 输出 的干空气温升较大， 这对于一些无余热供应的场所的应用比较难。 因此开发一种能够 使用本身的热量资源或者可以利用工业废热， 余热的联合除湿系统， 将会在需要湿度 保证的工艺性空调中占 有很大的市场。 1 . 2研究现状及文献综述 6 0年代初，在国家科委十年规划中，将恒温恒湿技术列入国家重点攻关课题。 由中国建筑科学院空调所负责， 组成了空调设备、 恒温恒湿指标、 气流组织、自 动控 制等专 题组进行研究， 于1 9 6 5 年获得整套科研成果，包括高精密恒温 ( 2 0 士 0 . 5 0 c , 士 0 . 2 0 c 、士 0 . 1 1 c ) 和一般精度恒温 ( 2 0 士1 . 0 0 c ) 等技术设计计算方法， 控制技术 和设备选用方法;同时又组织对全国典型工程进行恒温普查和实测总结，于6 0 年代 提出了 适合我国国 情的 恒温工程整套设计方法。 从围 护结构、 送风温差换气次数、 气 流组织方式与计算、 设备选型以及注意事项都有了明确规定， 这些编入了 空气调节 设计手册 ，广泛应用于实际工程，至今亦在使用。 关于结 霜现象研究的 发展， 文献3 己 经论述得很清楚， 这里不再赘述。 相对于结 霜现象， 有关除霜方法及控制方法的文献较少。 其中一部分是有关结霜、 除霜工况下 系统的动态特性，如 d . l . 0 n e a l等对除霜工况下一台空气热泵的动态特性进行了 实验研究， 对制冷剂的 温度、 压力、 流量、 压缩机和风机的功耗进行了 观测. w . a . m i l l e r 等对一台空气热泵进行了观测， 对影响热泵运行的因素进行了分析， 并对结霜和除霜 的损失进行了 计算。 这一部分主要是关于热泵结霜或除霜工况下的运行情况。 另一部 分可以 查到的文献便是对热气除霜的建模及实验验证。 由 于热气除霜过程中的相变极 其非线性， 使得很难得出 精确的数学模型。 s . a . s h e r i f等人在前人的基础上对热气 除霜的数学模型进行了改进， 根据模型预测的结果同试验较为吻合。 k . l . k r a k o w建 立了一个理想化的数学模型， 试验结果表明该模型可以很好的对热气除霜过程进行模 拟。 e . k u w a h a r a等人发表了一篇有关减少除霜时间的论文，提出了减少除霜时间的 第一章 绪论 方法。 s t o e c k e r等人对除 霜 过程中的能 量使用、 损耗情况进行了 分析， 提出了 改进 方法。 国内对除霜方法及控制方法研究的较少， 主要的论文有童军茂对冷风机自 动除 霜方法的研究， 赵育川关于冷风机热气除霜节能的文章。 近年来黄虎对热泵除霜进行 了系统的研究， 对一台分体式气一气热泵进行了两年的现场监测， 得到了 相当丰富的 结霜、 除霜工况下机组运行数据， 他对除霜控制方法进行了分析。史剑春针对热力膨 胀阀的开度难以 适应除 霜循环对制冷剂流量的 要求， 提出了 双 热力 膨胀阀系 统。 lq 1 s l 1 . 3低温低湿空调常用除湿方法及比较 1 . 3 . 1 低温低湿空调常用除湿方法 降低空气含湿量的处理过程称为除湿处理。 在空调中常用的除湿方法有四种: 通 风除 湿、 冷冻除湿 ( 露点 法) 、 吸收除 湿及吸附除 湿。 f4 1 ( 1 ) 通风除湿 当室外空气的含湿量低于室内空气的含湿量时， 可以 通过自 然通风或机械通风的 方法， 将室外新风送入室内， 同时将室内空气排至室外， 达到除湿之目的， 这就是通 风除湿法。通风除湿所能够降低的室内空气含湿量是很有限的。 (2 ) 冷冻除湿 原理是将湿空气被一次冷却到露点温度以下， 除去冷凝水之后再进行加热， 因此 也可以称为露点法。 冷却盘管方式又可以分为直接蒸发盘管的冷却除湿, 用冷水 t 不 冻液)盘管的冷却除湿以及冷却盘管的低露点除湿。 冷却盘管的低露点除湿方法是指盘管表面温度低于结霜临界值， 即空气的露点温 度低于q 0 c ， 它是一种带除霜装置的冷却除湿装置。当冷却盘管中没有任何除霜装置 时， 一旦露点低于0 0 c . 霜便会在盘管表面不断地增长，最终堵塞空气通道， 妨碍传 热， 丢失除湿功能，因此设备不能连续运转。 在允许结霜的冷却除湿法中， 有连续运 行和间歇运行两种方法。 前者沿空 气流动方向平行放置两个冷却盘管， 用切换的方法 处理霜的增长。 这时， 采用某种方法除去暂停工作的冷却盘管上的冰霜。 没有备用冷 却盘管的冷却除湿机， 肋片表面的霜会不断增长， 如需要达到某种程度时还不至于阻 塞空气通道， 妨碍传热， 则在设计时就必须使冷却盘管的肋间距， 传热面积和肋片的 阻力等留有充分的余地。而此类冷却除湿装置除霜的过程中，又必须中止它的工作， 因此除了特殊用途以外，一般都不使用它。 ( 3 ) 吸收除湿 吸收除湿又叫液体吸湿剂除湿。 其除湿的原理与吸收式制冷机中吸收器的工作原 理相同， 即利用某些盐类的水溶液所具有的对水蒸气的吸收能力， 对空气进行除湿处 理。 常用的盐类有氯化钙、 氯化锉等。 由于结构上的限制， 不能获得低露点的干空气。 第一章 绪论 方法。 s t o e c k e r等人对除 霜 过程中的能 量使用、 损耗情况进行了 分析， 提出了 改进 方法。 国内对除霜方法及控制方法研究的较少， 主要的论文有童军茂对冷风机自 动除 霜方法的研究， 赵育川关于冷风机热气除霜节能的文章。 近年来黄虎对热泵除霜进行 了系统的研究， 对一台分体式气一气热泵进行了两年的现场监测， 得到了 相当丰富的 结霜、 除霜工况下机组运行数据， 他对除霜控制方法进行了分析。史剑春针对热力膨 胀阀的开度难以 适应除 霜循环对制冷剂流量的 要求， 提出了 双 热力 膨胀阀系 统。 lq 1 s l 1 . 3低温低湿空调常用除湿方法及比较 1 . 3 . 1 低温低湿空调常用除湿方法 降低空气含湿量的处理过程称为除湿处理。 在空调中常用的除湿方法有四种: 通 风除 湿、 冷冻除湿 ( 露点 法) 、 吸收除 湿及吸附除 湿。 f4 1 ( 1 ) 通风除湿 当室外空气的含湿量低于室内空气的含湿量时， 可以 通过自 然通风或机械通风的 方法， 将室外新风送入室内， 同时将室内空气排至室外， 达到除湿之目的， 这就是通 风除湿法。通风除湿所能够降低的室内空气含湿量是很有限的。 (2 ) 冷冻除湿 原理是将湿空气被一次冷却到露点温度以下， 除去冷凝水之后再进行加热， 因此 也可以称为露点法。 冷却盘管方式又可以分为直接蒸发盘管的冷却除湿, 用冷水 t 不 冻液)盘管的冷却除湿以及冷却盘管的低露点除湿。 冷却盘管的低露点除湿方法是指盘管表面温度低于结霜临界值， 即空气的露点温 度低于q 0 c ， 它是一种带除霜装置的冷却除湿装置。当冷却盘管中没有任何除霜装置 时， 一旦露点低于0 0 c . 霜便会在盘管表面不断地增长，最终堵塞空气通道， 妨碍传 热， 丢失除湿功能，因此设备不能连续运转。 在允许结霜的冷却除湿法中， 有连续运 行和间歇运行两种方法。 前者沿空 气流动方向平行放置两个冷却盘管， 用切换的方法 处理霜的增长。 这时， 采用某种方法除去暂停工作的冷却盘管上的冰霜。 没有备用冷 却盘管的冷却除湿机， 肋片表面的霜会不断增长， 如需要达到某种程度时还不至于阻 塞空气通道， 妨碍传热， 则在设计时就必须使冷却盘管的肋间距， 传热面积和肋片的 阻力等留有充分的余地。而此类冷却除湿装置除霜的过程中，又必须中止它的工作， 因此除了特殊用途以外，一般都不使用它。 ( 3 ) 吸收除湿 吸收除湿又叫液体吸湿剂除湿。 其除湿的原理与吸收式制冷机中吸收器的工作原 理相同， 即利用某些盐类的水溶液所具有的对水蒸气的吸收能力， 对空气进行除湿处 理。 常用的盐类有氯化钙、 氯化锉等。 由于结构上的限制， 不能获得低露点的干空气。 第一章 绪论 优点是操作简单连续，节能安全，在任何条件下都能进行除湿。 近几年来发展很快。 ( 4 ) 吸附除湿 用固体吸附剂除湿的方法称之为吸附除湿。 靠吸附剂与水蒸气间的纯分子间吸引 力除湿的过程， 称之为物理吸附。 吸附前后吸附剂分子结构发生变化时， 称之为化学 吸附。常用的固体吸附剂有: 硅胶、氯化钙和分子筛。 ( 5 ) 联合除湿 联合除湿法就是将吸附除湿和冷冻除湿结合起来一起用于一个制冷除湿系统的 方法。 联合除湿法又可以分为: 吸附一冷却式除湿和吸附一冷冻一吸附式除湿两种不 同除湿方式。 这两者之间区别在于哪种除湿方式在系统中先进行。 现今对于吸附一冷 却 式 除 湿 研 究比 较多 。 10 1 1 . 3 . 2常用除湿方法的比较 在一个空调系统中若单独使用通风除湿法很难达到空调要求: 吸收除湿属于化学 吸附， 不是本课题的研究范围， 在此我们只将冷冻除湿，冷冻一吸附式除湿和吸附一 冷却式除湿这三种除湿方案进行理论计算和分析， 从理论上论证哪种除湿方案更为 优 越。 为了便于三种方案的理论计算与对比分析， 三种方案的初始条件及要求达到的温 湿度都相同， 即己知: 被控制室的温度控制在5 c 湿度控制在3 0 ， 其精度分别控制 在士1 和 5 yo， 室内的 余热量为 l k w ， 余 湿量可忽略不计;室外空 气的 干球温度为 3 4 0c ，相对湿度为6 5 %;系统的新风量为3 0 ， 送风温差为2 0c e 冷冻除湿 冷冻除湿过程的烙湿图如图1 - 1 所示 w / 一 i 不于 i l 图1 - 1冷冻过程的焙湿图 室内的热湿比为: :热湿比 q : 室内的余热量， w : 室内的余湿量， =q / w k w k g / s 第一章 绪论 根据已 知条件: q = 1 k w , w = o k g / s 故 已=。 确定送风状态点:过n 点做e = -的直线与设定的9 5 %曲 线相交得l 点:t , - - 1 0 ， i l= - 6 k j / k g 干 空 气 。因为送风温差为2 *c ，得送风点0 为:t3 0c , i 。 = 7 k j / k g 十 。 气 。 由于新风比为3 0 %和混合空气的比 例关系可直接确定混合点c 的位置: 1 = 3 3 . 6 k j / k g 为了以下计算方便制成表1 - 1 如下所示: 一 nw c0 l 焙 值9 k j / k g t s !q 9 1 k j / k g + r t 3 3 . 6 k j / k g . . .7 k j / k g 干 空 -( - 6 k j / k g 于 ， 气 温 度5 0 c3 4 0c1 4 0c 3 一 1 0 0 c i x一 i o i : n 点的烩值，k j / k g 干 空 气 1 . : 0 点的焙值，k j / k g 千 空 气 g = 0 . 5 k g / s ( 1 8 0 0 k g / h ) 空调所需的冷量为: q o = g * ( 工 c一 i j q o : 空调所需冷量， k w i , : c 点的焙值，k j / k g 干 空 气 i l : l 点的焙值，k j / k g + q o = 0 . 5 * ( 3 3 . 6 + 6 ) = 1 9 . 8 k w 冷冻一吸附式除湿 冷冻一吸附式除湿过程的焙湿图如图1 - 2 所示: !w i : y / / 一 / l(八to衣 图1 - 2 . 冷冻一吸附式除湿过程的烙湿图 由 室内状态点n 和室外状态点w ， 根据新风比3 0 混合至c 点， 由 制冷系统将其 冷却至机器露点l 除去大部分的湿度， 而后再由 吸收剂等焙吸收至送风状态点。 送入 室内。 应用文献 6 0 的 机器露点的 计算公式确定 机器露点得t , 1 0 . 1 6 c ， 查空气捻湿 第一章 绪论 图得 工 “ 3 0 k j / k g 干 空 气 。 从此结果看:机器露点要比 送风状态点得温度值高， 所以 在本过程当中 在经过 吸附剂的等烩吸湿后还得再一次冷却空气才能达到要求得送风状态点得参数值。 所以 其焙湿图可变为图 1 - 3 所示: / tw i n /口 ttt/)tl.介 / i l 1 1 ) 1 入 图1 - 3 . 冷冻一吸附式除湿过程的焙湿图 因此空调所需要的冷量为: c -l 段的冷量: q , = g * ( 1 cl , ) ( 1 ) l -d 段的 冷量: q z= g * ( i o i , ) ( 2 ) g : 送风量，g = 0 . 5 k g / s ( 1 8 0 0 k g / h ) i : c 点的烙值， k j / k g t y s i l : l 点的焙值，k j / k g + i , : d 点的烙值，k j / k g 干 空 气 表1 - 2 为各点的参数: 表1 - 2 .各状态点的烩值与温度值 一 nwcdl 烙 值9 k j / k g ti-(9 1 k j / k g q3 3 . 6 k j / k g -f ! 3 0 k j / k g ; 5 ,t3 0 k j / k g 千 , , 温 度 5 3 4 0c1 4 0 c2 5 . 5 0c工 0 ， 1 6 0c 将各点的参数带入( 1 ) , ( 2 ) 式可得: 总的冷量: q = q , + q , 1 2 . 3 k w 吸附一冷却式除湿 吸附一冷却式除湿过程的烙湿图如图1 - 4 所示: 混合后的空气状态点为点c ，此时用吸湿剂对空气进行等烩吸湿至点e , e 点的 含湿量与点n 的含湿量在同一条线上， 即: d , = d , ， 再由冷却系统对己经除湿过的空气 冷却处理至室内状态点n根据混合后的空气状态点c以 及吸湿剂的等焙吸湿过程， 可得图上各点的参数值如表1 - 3 所示: 表 1 - 3 .各状态点的焙值与温度值 第一章 绪论 一 n wce 焙 值 9 k j / k g * ! -9 1 k j / k g t- 4 n 3 3 . 6 k j / k g t 2 ti 3 3 . 6 k j / k g f y , 温 度5 3 4 0c1 4 0 c 2 9 0 c 1 a - 图1 - 4吸附一 冷却式除 湿过程的 烩湿图 查焙湿图:d n = d ,= 1 . 6 g / k g 千 空 气 所以空调所需要的冷量: q = g * ( 工 1 n ) g : 送风量， g = 0 . 5 k g / s ( 1 8 0 0 k g / h ) i f : e 点的烩值，k j / k g 干 空 气 工 、 : n 点的烩值，k j / k g 干 空 气 q = 1 2 . 3 k w 三种方案的对比分析 通过对冷冻除湿，冷冻一吸附式除湿及吸附一冷却式除湿理论计算可以发现: ( 1 ) 联合除湿方案要优于冷冻除湿:在三种除湿方案中冷冻除湿的耗冷量是最大 的。联合除湿的耗冷量只有冷冻除湿的6 2 . 1 2 yd。另外联合除湿设备更简便， 更容易操作，节省初投资成本。所以 联合除湿方案要优于冷冻除湿。 ( 2 ) 吸附一 冷却式除湿要优于冷冻一 吸附 式除湿:从三种计算过程看:联合除 湿 过程中的冷冻一吸附式除湿与吸附一冷却式除湿方案的耗冷量是相同的。 但冷 冻一吸附式除湿有时会受空气状态点的露点温度的影响， 如本文提到的 状态过 程: 在经过制冷系统的 冷冻除湿后， 机器露点的温度要比送风状态点的温度还 要高， 为了达到室内状态点的要求就不可避免的在吸收剂等焙吸湿之后还必须 再经过制冷系统再冷却一次。 这意味着在吸湿装置后再设置一台冷却器或把空 气二次通入原冷却系统， 增加了设备的复杂程度， 提高了初投资成本。 相比 较 起来吸收一冷却式除湿方案却简单有效而且节省初投资成本。 第一章 结论 1 .4联合除湿法的简介 文献仁 1 1 7 中 指出: 固体吸附剂的吸附过程可以近似为等焙升温过程， 所以吸附一 冷却式除湿原理则先用吸附剂等烩吸湿将空气的湿度控制在控制室要求的室内空气 状态点所对应的等含湿量线上，之后再用冷却系统将空气直接冷却到要求的温度点 上。吸附一冷却式除湿系统的工作原理图如图1 - 5 所示: 图 1 - 5 .吸附一冷却式除湿系统的工作原理图 1 . 压缩机;2 . 冷凝器;3 . 储液器; 4 . 干燥器: 5 . 膨胀阀; 6 . 被控制室; 7 . 蒸发器:8 .粘有吸附剂的高效换热器;9回风机 而冷冻一吸附式除湿是先将空气迅速降温至机器露点温度除去大部分水分， 而后 用吸附剂的等焙吸湿原理进行湿度的精控制。其系统工作原理图如图1 - 6 所示: 图1 - 6 .冷冻一吸附式除湿系统的工作原理图 1压缩机:2 . 冷凝器;3储液器;4 . 干燥器;5 . 膨胀阀;6 ， 被控制室; 7 . 粘有吸附剂的板式换热器;8蒸发器;9 . 回风机 第一章 绪论 1 . 5 课题的研究内 容及意义 1 . 5 . 1课题的研究内 容 本课题的研究内容是验证加入到制冷系统中的吸附剂是否起到作用; 如若起到实 际的作用则吸附剂的吸附作用受到什么因素的影响: 吸附剂对整个制冷系统有什么重 要作用。 本课题将会做六次实验， 每次实验都是在相同的热负荷和湿负荷条件下分别 将被控制室的温度控制在: 5 0c , 7 和9 这三种温况下研究被控制室的 湿度状况和 实际系统的运行状况; 在本课题中还将研究吸附剂量的多少对制冷除湿系统的实际影 响: 比 较联合除湿方式中的吸附一冷却式除湿和吸附一冷冻一吸附式除湿这两种除湿 方式的优劣。 1 . 5 . 2课题的意义 本课题的研究意义在于: 找到一种可以替代现今比较流行但又比较耗能 ( 冷冻除 湿法) 的除湿法一一联合除湿法， 能够使系统节能; 又能使采用此种方法的制冷除湿 系统能更好的在低温低湿的状况下连续良 好的运行。 因此此方法在理论上应该具备如 下特点: 无需 考虑除霜问 题或者尽量减短蒸发器在结 霜工况下的 运 行时间。 本课 题的实 验原理是利用吸附剂的等烙吸湿原理: 将空气进行等焙吸湿至与送风状态点相对应的 等含湿量线上， 再由冷却系统将己 经除湿过的空气冷却处 理至送风状态点。 因此在 本 课题中的蒸发器主要用以降温， 不承担或尽量少的承担除湿负荷， 所以系统蒸发器的 蒸发温度比冷冻除湿系统的要高，从而提高系统的c o p 值，节省能源。 系统内部无需提供额外的热源。 冷冻式除湿的除湿原理是将空气经过蒸发器表 面冷却至机器露点以除去多余的水分， 因此要将空气送入被控制室之前还需经过电加 热器将空气加热， 使其相对湿度降低至所要求的精度范围内。 联合除湿系统则无需考 虑这一点;吸附装置中的吸附剂的再生热由1 0 0 左右的工业余热来提供， 真正做到 无需额外热源，合理利用低品位热源的目 的。 联合除湿式温湿度恒定系统适应性要强于冷冻式除湿的恒温恒湿系统。 从上述 三种方案的理论计算结果可以看出纯冷冻除湿由于受机器露点的影响， 一般在高温高 湿的条件下运行可以节省运行成本; 联合除湿中的吸附一冷却式除湿不受机器露点的 影响， 在任何条件下均可使用， 尤其在低温低湿条件下更显其优越性， 具有设备简单， 控制精度高，初投资成本低的优势。 1 . 6本章小结 本章是论文的第一章， 在本章中主要介绍了 本课题的研究背景， 即说明了为什么 第一章 绪论 1 . 5 课题的研究内 容及意义 1 . 5 . 1课题的研究内 容 本课题的研究内容是验证加入到制冷系统中的吸附剂是否起到作用; 如若起到实 际的作用则吸附剂的吸附作用受到什么因素的影响: 吸附剂对整个制冷系统有什么重 要作用。 本课题将会做六次实验， 每次实验都是在相同的热负荷和湿负荷条件下分别 将被控制室的温度控制在: 5 0c , 7 和9 这三种温况下研究被控制室的 湿度状况和 实际系统的运行状况; 在本课题中还将研究吸附剂量的多少对制冷除湿系统的实际影 响: 比 较联合除湿方式中的吸附一冷却式除湿和吸附一冷冻一吸附式除湿这两种除湿 方式的优劣。 1 . 5 . 2课题的意义 本课题的研究意义在于: 找到一种可以替代现今比较流行但又比较耗能 ( 冷冻除 湿法) 的除湿法一一联合除湿法， 能够使系统节能; 又能使采用此种方法的制冷除湿 系统能更好的在低温低湿的状况下连续良 好的运行。 因此此方法在理论上应该具备如 下特点: 无需 考虑除霜问 题或者尽量减短蒸发器在结 霜工况下的 运 行时间。 本课 题的实 验原理是利用吸附剂的等烙吸湿原理: 将空气进行等焙吸湿至与送风状态点相对应的 等含湿量线上， 再由冷却系统将己 经除湿过的空气冷却处 理至送风状态点。 因此在 本 课题中的蒸发器主要用以降温， 不承担或尽量少的承担除湿负荷， 所以系统蒸发器的 蒸发温度比冷冻除湿系统的要高，从而提高系统的c o p 值，节省能源。 系统内部无需提供额外的热源。 冷冻式除湿的除湿原理是将空气经过蒸发器表 面冷却至机器露点以除去多余的水分， 因此要将空气送入被控制室之前还需经过电加 热器将空气加热， 使其相对湿度降低至所要求的精度范围内。 联合除湿系统则无需考 虑这一点;吸附装置中的吸附剂的再生热由1 0 0 左右的工业余热来提供， 真正做到 无需额外热源，合理利用低品位热源的目 的。 联合除湿式温湿度恒定系统适应性要强于冷冻式除湿的恒温恒湿系统。 从上述 三种方案的理论计算结果可以看出纯冷冻除湿由于受机器露点的影响， 一般在高温高 湿的条件下运行可以节省运行成本; 联合除湿中的吸附一冷却式除湿不受机器露点的 影响， 在任何条件下均可使用， 尤其在低温低湿条件下更显其优越性， 具有设备简单， 控制精度高，初投资成本低的优势。 1 . 6本章小结 本章是论文的第一章， 在本章中主要介绍了 本课题的研究背景， 即说明了为什么 第一章 绪论 要研究恒温恒湿这个问题; 第二节中介绍了 现今国内外对恒温恒湿课题的研究状况以 及有关这方面内容的文献; 第三节介绍了低温低湿空调中常用的一些除湿方法， 并将 这些除湿方法通过一个理论计算来作比较， 得出联合除湿法是比较好的一种除湿方法 的结论; 在本章中还较为详细的介绍了联合除湿法， 以及联合除湿方法中常用的: 吸 附一冷却式除湿， 冷冻一吸附式除湿和吸附一冷冻一吸附式除湿; 提出了 本课题要研 究的方向为: 吸附一冷却式除r和吸附一冷冻一吸附式除湿这两种除湿方式: 最后阐 述了本课题的实际研究内容是将上述的两种除湿方式作实验比较， 以及本课题的重大 意义所在。 第二章 吸附理论 第二章 吸附理论 2 . ， 物理吸附， 化学吸附机理及吸附剂的选择 2 . 1 . 1吸附 现象 吸附起因于吸附质分子与吸附剂分子的相互作用力， 它是气体吸附质在固体吸附 齐 9 表面发生的行为， 其发生的过程与吸附剂固体表面特征密切相关。 按作用力的本质， 一 般 可以 把 吸附 分 为 物 理 吸 附 和 化 学 吸 附 。 1 12 1 实际的固体表面具有不均一性， 从原子的角度看， 这种不均一性一方面来自晶体 的晶格缺陷，空位，位错等，另一方面来自 化学杂质。 在不同的表面位置上， 一个原子的相邻原子数是不同的， 多数表面原子位于平台 上， 领近的原子数目 较多， 而位于单原子台阶上的领近原子数较少， 扭折位置的领近 原子数更少。 在实际的表面上， 这几种位置的原子平衡浓度较大。 而孤立的原子 ( 附 加原子) 和空位等点缺陷平衡浓度很小， 不到整个单分子层的 飞 %， 但这些位置在表 面的 原 子 迁 移中 起 着 重 要的 作 用。 13 吸附剂表面的化学杂质， 一方面是由于“ 环境污染” 一一周围环境存在大量的水， 碳氢化合物， 氧， 硫的化合物， 这些分子层对吸附剂固体表面持续碰撞的结果使大部 分表面都覆盖了一层单分子层的吸附质。 另一方面， 有时候为了强化固体吸附剂对某 种吸附质的吸附性能 或控制其在一些场合中的催化及缓蚀作用， 特意在吸附剂的生 产过程中使表面夹杂一些化学杂质。 2 . 1 . 2物理吸附与化学吸附的吸附机理 吸附过程指的是用多孔固体 ( 吸附剂) 将流体 ( 气体或液体) 混合物中一种或多 种组分积聚或凝缩在表面达到分离目的操作。 根据吸附剂表面与被吸附物质之间作用 力不同可以将吸附分为物理吸附和化学吸附。 物理吸附主要依靠存在于分子间的范德瓦尔斯力起作用， 因此一般的固体表面都 可以吸附气体分子，从这个意义上说，物理吸附没有选择性。而且在吸附了单 层后， 被吸附层分子还可以凭其分子间作用力继续吸附第二层， 第三层分子等， 形成多分子 层吸附。 实际用于物理吸附的吸附剂往往对吸附质有一定程度的选择性， 这一般是因 为对吸附剂的微孔通道进行控制，或对吸附剂的微孔表面进行科特殊化学处理的缘 故。