热气旁通技术在全新风调温除湿机上的应用.pdf

第11卷 ? 第 3 期 2 0 1 1 年 6 月REFRIGERATION AND AIR?CONDIT IONING12?14 收稿日期: 2010?10 ?14 作者简介: 吴瑾, 本科, 工程师, 主要从事空调产品研究。 热气旁通技术在全新风调温除湿机上的应用 吴瑾1)? 张建珍2) 1) ( 泰豪科技股份有限公司) ? 2) ( 江西省化学工业设计院) 摘 ? 要 ? 介绍全新风调温除湿机在小负荷条件下运行时遇到的问题,提出将热气旁通技术应用在全新风调 温除湿机上以解决机组的小负荷运行问题,并比较运用热气旁通技术的全新风调温除湿机和普通全新风调 温除湿机在各环境工况下的性能,进一步指出热气旁通技术的应用可将全新风除湿机的工作环境温度范围 向低温区域拓展。 关键词 ? 热气旁通; 全新风调温除湿机; 热气旁通调节阀; 低温工况; 低负荷运行 Application of hot?gas by?pass technology into fresh air temperature regulation type dehumidifier Wu Jin1)? Zhang Jianzhen2) 1) ( Tellhow Sci?tech Co., Ltd.) 2) ( Jiangxi Provincial Research fresh air temperature regulation type dehumidifier; hot?gas by?pass regulation valve; low temperature condition; low load operation ? ? 目前, 除湿设备已越来越广泛地应用于烟草、 石化、 精密仪器、 药品、 食品生产、 国防工程、 人防 工程及地下工程等行业。一些特殊行业由于不能 采用回风循环, 而需要送入温度、 湿度稳定的新鲜 空气, 全新风调温除湿机应运而生 1。 全新风调温除湿机是将外部的新鲜空气进行降 湿调温处理, 达到用户所设要求后送入特定空间的 一种除湿设备。其特点是: 对外部空气进行降温除 湿, 而外部空气具有随季节温度湿度变化范围广的 特点, 所以全新风调温除湿机必须满足进风空气温 湿度变化广的特点。但是, 由于压缩机的限制, 在 小负荷的情况下, 不能提供满足需要的空气。 全新风调温除湿机的原理如图 1 所示。全新 风调温除湿机工作时, 压缩机排出高温高压的制 冷剂气体在三通调节阀的调节下, 根据送风温度 要求分配给附加冷凝器 C2 和风冷冷凝器 C1。制 冷剂在冷凝器中冷凝后, 进入膨胀阀节流, 再经蒸 发器 E 蒸发为低温低压的气体回到压缩机。而外 部新鲜空气首先经过蒸发器 E 降温除湿后, 被风机 强制吸入通过风冷冷凝器 C1 升温后送出。蒸发器 后温湿度传感器采集送风湿度, 送风温度传感器采 集送风温度, 再输入控制器对机组进行控制。 目前, 全新风调温除湿机的压缩机一般采用 半封闭螺杆式压缩机, 受压缩机自身条件限制, 其 调节范围为压缩机输出制冷量的 25% 100%, 当 新风负荷小于 25% , 压缩机不可调, 导致制冷量偏 高, 相对湿度过低, 不能满足使用要求。 对于此问题, 现市场上的除湿机方案主要有 2 ? 第 3期吴瑾 等:热气旁通技术在全新风调温除湿机上的应用? 13? ? ? ? 图 1? 全新风调温除湿机系统原理图 种: 一种是采用多台压缩机并联连接方式, 也可改 变可调范围, 且随压缩机台数的增多, 可调范围逐 渐扩大; 另外一种是采用变频可调压缩机, 其调节 范围可达到 10% 100%。 压缩机的台数增加不仅带来成本的增长, 而 且增大了控制系统和加工工艺的复杂度。而变频 可调压缩机的投入在导致成本明显增加的同时, 也由于厂家目前生产的变频可调压缩机最大的制 冷量不超过 30 kW, 这么小的制冷量根本不足以 满足大容量要求, 所以即使采用变频可调压缩机 也必须采用多台压缩机并联连接方式。这样又遇 到了第一种方案的问题。 1? 热气旁通技术及其在全新风调温除湿机上的 应用2?8 为了解决以上问题, 笔者提出将热气旁通技 术用于全新风调温除湿机。 热气旁通技术被广泛用于空气源冷( 热) 水机 组、 热泵热水器等设备上, 起到融霜的作用 9 。热气 旁通, 即将压缩机排出的高温高压的制冷剂气体不 经过冷凝器冷凝, 直接送入蒸发器后回到压缩机。 在这里, 笔者将热气旁通技术引申到全新风 调温除湿机上, 用以解决低负荷运行时的负荷过 高导致的送风湿度过低的问题。如图 2 所示, 首 先, 在普通的全新风调温除湿机的压缩机排气管 上分出一根旁通管连接到蒸发器分液管前端, 旁 通管路上安装有电磁阀和能量调节阀。当全新风 调温除湿机工作在小负荷的条件下, 压缩机的制 冷量已达到压缩机自身容量范围的最小值时, 开 启热气旁通路电磁阀, 热气旁通能量调节阀则根 据所测得的送风湿度控制自身的开度以精确地调 节进入蒸发器的热气量。将热气旁通到蒸发器的 图 2? 热气旁通技术在全新风调温除湿机上的应用 作用是利用高温高压的制冷剂气体与低温的气液 混合态制冷剂完全混合, 稳定其蒸发温度和蒸发 压力, 以满足负荷要求, 提供满足温湿度要求的新 鲜空气。由于这种方法稳定的是机组的蒸发压 力, 故不会对压缩机造成任何影响。 但是, 将热气旁通到蒸发器必须要注意旁通 量的控制, 旁通量过大一方面会导致制冷量偏低, 造成送风湿度过高, 另一方面会影响到压缩机的 性能。这主要是由于压缩机此时的工作负荷已经 是其自身最小负荷, 若旁通过多则造成回油困难。 在环境温度不断下降的情况下, 机组根据负 荷情况, 不断调节热气旁通量, 稳定蒸发压力, 以 满足送风温湿度条件。因此, 全新风调温除湿机 的工作环境温度可向更低温度拓展。对于全新风 调温除湿机, GB/ T 20109? 2006?全新风除湿机? 规定工作环境温度范围为 15 43 ? , 但全新风调 温除湿机采用热气旁通技术稳定蒸发压力后, 工 作环境温度可以低于 15 ? 。 热气旁通技术解决低负荷运行是利用将未冷 凝的高压制冷剂气体与蒸发器内节流后的制冷剂 混合, 再进入蒸发器, 使得蒸发器内的制冷剂温度 和压力产生变化, 以达到控制蒸发器后出风露点 温度的特点。这样的应用可以弥补压缩机的低负 荷调节的缺陷, 并且热气旁通技术在许多领域都 已经应用, 是相当成熟的技术。在热气旁通应用 上, 可以采用已有的热气旁通机械阀, 也可以采用 电子控制的热气旁通阀, 应用上都比较精确, 能够 满足使用特点。 2 ? 实例对比论证 笔者针对全新风调温除湿机在安装热气旁通 路前后的情况进行试验比对, 现将该试验机组基 ? 14? ? ? ?第 11卷 ? 本参数列出: 除湿量: 90 kg/ h; 制冷量: 120 kW; 额定功率: 37 kW;风量: 6 000 m3/ h; 额定最大水流量: 30 m3/ h。 试验在经过国家认可的中央空调测试中心进 行, 分别在标准工况、 最小负荷工况、 低温工况和 低于标准规定的范围内 4 个工况点对全新风调温 除湿机进行测试, 测试结果见表 1。 在标准工况下( 进风干球温度 35 ? , 湿球温 度 28 ? ) 运行, 安装有热气旁通路的机组与未安 装的机组运行状态无区别。 表 1? 热气旁通在全新风除湿机上的应用比较 运行工况 进风蒸发器后出风压力 干球温度/ ? 湿球温度/ ? 干球温度/ ? 相对湿度/ % 干球温度/ ? 相对湿度/ % 高压/ MPa 低压/ MPa 备注 标准 工况 1# 机组35. 2228. 1213. 4590. 242. 5823. 21. 950. 52 2# 机组34. 9128. 0813. 3289. 842. 0924. 31. 940. 52 最小负 荷工况 1# 机组16. 3614. 232. 6088. 923. 6226. 81. 220. 34 2# 机组16. 1214. 262. 6287. 623. 8327. 51. 220. 34 现象相同 低温 工况 1# 机组9. 988. 06- 0. 8889. 515. 7228. 20. 900. 27霜层厚, 低压不断降低 2# 机组10. 217. 992. 6688. 216. 8424. 70. 920. 34未出现结霜情况, 低压稳定 低于低 温工况 1# 机组5. 152. 12- 3. 8589. 511. 2829. 60. 710. 21霜层厚, 低压不断降低 2# 机组5. 102. 082. 5490. 115. 5225. 20. 900. 34未出现结霜情况, 低压稳定 注: 1# 机组为未安装热气旁通路的全新风调温除湿机, 2# 机组为安装有热气旁通路的全新风调温除湿机。 ? ? 通过对1# 机组和 2# 机组相同工况下运行情 况的对比, 可以看出: 在新风负荷大于压缩机的最 低负荷时, 机组的运行情况基本相同; 当新风负荷 小于压缩机的最低负荷时, 也就是处于小负荷的 情况下, 未安装热气旁通路的全新风调温除湿机 的蒸发温度偏低, 而安装了热气旁通路的全新风 除湿机的蒸发温度可以等同于最小负荷工况的蒸 发温度。热气旁通技术的应用稳定了机组的蒸发 温度, 拓宽了全新风调温除湿机的工作温度范围。 3? 结束语 热气旁通技术不仅可在全新风调温除湿机上 应用以解决低负荷运行的问题, 也可以应用在冷 水机组、 冷藏机组等一系列的空调装置上, 以解决 低负荷运行的问题。 应该注意的是, 热气旁通技术的应用虽然解 决了机组低负荷运行的问题, 但是它的应用无疑 是不节能的。在新风负荷小的情况下, 热气旁通 路将压缩机的多余气量旁通到蒸发器侧以稳定蒸 发温度, 但压缩机本身的排气量并没有降低, 所以 耗电功率并不能减小。也就是说, 机组提供的制 冷量更少, 耗电功率却不变, 所以 COP 降低。但 是, 新风工况的温度、 湿度变化范围巨大, 对于全 新风调温除湿机, 为了更好地适应新风工况的变 化, 采用热气旁通技术不失为一项可行的技术。 参 考 文 献 1 ? 张壁光, 赵忠信. 我国除湿干燥机的发展概况 J. 林 业科技通讯, 1996(5) :6?8. 2 ? 彦启森. 空气调节用制冷技术 M. 2版. 北京: 中国建 筑工业出版社, 1985. 3 ? 朱志平, 伍中喜, 李建豪. 串连式风冷调温除湿机: 中 国,99230075.4P .2000?09?20. 4 ? 王正太, 毛守博,刘志功.空调器除湿控制系统: 中国, 99112401. 1 P .2001?02?07. 5 ? 金京植, 朴荣民. 空调机的除湿装置及除湿方法: 中 国,95106601.3P .1996?03?27. 6 ? 艾青云, 刘风田,张桂生, 等.除湿机: 中国, 94111455. 4 P. 1996?03?27. 7 ? 朱志平, 伍中喜, 孔 德慧. 一种调温除 湿机: 中国, 99230076. 2 P .2000?09?20. 8 ? 吴茂杰, 刘凤田,田维.关于调温除湿机调温盲区的研 究J. 建筑热能通风空调,2001( 4) :12?14. 9 ? 石文星, 李先庭,邵双全.房间空调器热气旁通除霜法 除霜分析及实验研究 J. 制冷学报,2000(2): 29?35. (上接第 31页) 4 ? Neslihan Colak, Arif Hepbasli. A review of heat?pump drying(HPD) :Part2?Ap