组合式除湿系统性能优化.pdf

低 温与超导 第 4 1卷第 1 0期 其 它 0t h e r s Cr y o & S up e r c o nd Vo 1 41 No 1 0 组合式 除湿 系统性能优化 曹向军， 张泽国， 周俊海， 钱雪峰， 刘贵芳， 魏异 ( 合肥通用机械研究院，合肥 2 3 0 0 8 8 ) 摘要： 文中研究的是由新风冷却段和转轮除湿段组成的组合式除湿系统， 并对其进行性能优化， 使其送风湿度 可精确控制。该系统引入了自动变容制冷系统来精确控制湿度。该系统的研究促进了除湿设备的性能改善， 使空 气湿度可控 ， 满足 了各行业对 低湿空气 的要求 。 关键词： 组合式除湿系统； 性能优化； 变容量制冷系统； 湿度可控 Pe r f o r ma nc e o p t i m i z a t i on o f c o mbi n e d de hu m i d i fic a t i o n s y s t e m C a o X i a n u n ， Z h a n g Z e g u o ， Z h o u J u n h a i ， Q i a n X u e f e n g ，L i u G u i f a n g ， We i S h e n g (H e f e i G e n e r a l Ma c h i n e r y R e s e a r c h I n s t i t u t e ，H e f e i 2 3 0 0 3 8) Ab s t ra c t ： Thi s p a p e r s t ud i e d t h e h umi di t yc o nt r o l l e d de hu mi d i fic a t i o n s y s t e m wh i c h wa s ma de u p o f t h e f r e s h a i r c o o l i ng s e c t i o n a n d t h e d e s i c c a n t wh e e l s e c t i o n，o p t i mi z e d t h e p e r f o r ma n c e o f t h e s y s t e m ，ma d e t h e a i r h u mi d i t y b e c o n t r o l l e d T h e s y s t e m c o u l d l o we r t h e h u mi d i t y o f a i r s h a r p l y a n d c o n t r o l t h e h u mi d i t y a c c u r a t e l y w i t h v a ria b l e c a p a c i t y r e f r i g e r a t i o n s y s t e m T h i s s y s t e m p r o mo t e d t h e p e rf o r ma n c e o f d e h u mi d ifi c i o n e q u i p me n t ，ma d e a i rh u mi d i t y b e c o n t r o l l e d ，me t t h e r e q u i r e me n t s of d e h u mi d i fic a t i o n i n mu c h i n d us t ry Ke y wo r d s ： C o mb i n e d d e h u mi d i fi c a t i o n s y s t e m ，P e rf o r ma n c e o p t i mi z a t i o n，Va ria b l e c a p a c i t y r e f ri g e r a t i o n s y s t e m，Hu mi d i t y c 0 nt r o l l e d ， 1 引言 许多工业领域 ， 如食品、 制药 、 电子等行业 ， 都 对空气湿度有严格要求 ， 而一般 的空气调节系统 很难达到。 目前行业内大多采用转轮除湿机以满 足较低湿度的要求 ， 有 的在除湿机进风 口前再增 加新风冷却机组 ， 以得到更低湿度的空气。但上 述除湿系统的送风湿度是无法精确控制 的。 本文对行业内通行的除湿系统做 了优化 ， 研 究出了一种送风湿度可精确控制 的除湿系统 ， 该 系统包括新风冷却段 、 转轮除湿段 ， 其 中精确控制 的核心部分为一套 自动变容制冷系统 ， 可 以使送 风湿度得到精确控制。 2 系统基本原理 2 1 除湿原 理及分 析 除湿一般有两种方式， 冷却除湿与吸附式除湿。 冷却除湿原理 ： 由于空气在不同的温度及能 量下， 空气所能容纳的水分是不同的， 空气中的水 分含量随着空气温度的降低而减小 。当室外空气 通过新风表冷器时 ， 被冷却降温 ， 空气随着温度 的 降低 ， 其 中的水蒸气逐渐凝结， 并达到饱 和状态 ， 当空气的露点继续降低时 ， 空气 中的水蒸气就变 成凝结水并析出， 从而空气 中的绝对含水量得到 降低 ， 空气实现 了除湿过程。 吸附式转轮的除湿原理 ： 除湿转轮内分为处 理区和再生区， 转轮缓慢旋转 ， 当处理空气通过转 轮的处理区时， 其 中的水蒸气被转轮 中的吸湿介 质吸附， 并发生相变 、 释放潜热 ， 转轮也因吸附了 水分而逐渐饱和 ； 这时 ， 处理空气 因水分减少和潜 热释放而变成干的、 热 的空气。同时， 在再生 区， 另一路空气经加热变成高温空气 ， 并穿过吸湿后 的饱和转轮 ， 使已吸附的水分蒸发 ， 从而恢复了转 轮的吸湿能力。 但是 ， 冷却除湿在低温低湿情况下， 除湿效率 下降 ， 除湿能力达到极限； 转轮除湿 由于有加热器 所以被处理空气的出风温度 比较高。而将两者结 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 6 2 1 作者简介 ： 曹向军( 1 9 8 6一) ， 男， 助理工程师， 研究方向： 制冷产品测试系统设计与优化。 改进5 第 1 0 期 其 它 O t h e r s 9 1 合为组合式除湿系统 ， 可使空气湿度达到低湿控 制要求 。 2 2 组合式除湿系统原理 本文所研究 的组合式除湿系统采用 的就是组 合除湿方式， 该系统分为两段： 新风冷却段与转轮 除湿段。首先充分发挥新风表冷器在高温、 高湿工 况下除湿效率高、 除湿量大的特点 ， 除去空气中大 部分的水分， 并降低空气的温度； 而当冷却除湿效 率下降时 ， 再经过转轮除湿 ， 更彻底地降低湿度。 新风冷却段采用一套 自动变容制冷系统进行 新风进风 新风冷 却机组 再作用 出风 再作用 风机 新风冷却 机组出风 转轮除湿机 再作用空气 区域 转轮除湿机 过程空气区域 冷却除湿， 新风通过新风冷却段的蒸发盘管， 再通 过转轮除湿段进行除湿。其中新风冷却段的除湿 量是可控并且连续可调 的， 转轮除湿段的除湿能 力不可调节。 该系统的原理图见图1 。新风先进入新风冷 却段进行预冷除湿 ， 然后送入转轮除湿段进行吸 附除湿， 再通过过程风机将湿度符合要求的工艺 空气输出。过程风机出口的空气要分出一部分被 加热成高温空气 ， 送人转轮的再作用区域带走水 分 ， 再通过再作用风机排到外界大气中。 再作用 一 再作用 进风 I l 空 气 m 再作用 风 电加热 【 机 出 风 风机 图 1 低湿空气源供给系统原理图 Fi g 1 Pr i nc i pa l o f d e h umi di f i c a t i o n s y s t e m 3 组合除湿系统可控性的研究 低湿空气供给系统的湿度控制功能在新风冷 却段进行 ， 主要是由其中的自动变容制冷系统来 6 4 -4 - l 苣 2 - L I 1 压 缩机 ； 2 水冷冷 凝器 ； 3 电子 膨胀 阀 ； 4 蒸 发盘 管； 5 吸气冷却热力膨胀阀； 6 热气旁通控制阀； 虚线 ： 压 力平衡管 图2 变容量制冷系统原理图 F i g 2 P r i n c i p a l o f v a r i a b l e c a p a c i t y c o o l i n g s y s t e m 实现 。运行时， 可设定一个送风湿度值 ， 系统根据 安装在送风口的绝对湿度传感器来调节自动变容 制冷系统 的电子膨胀阀开度 ， 从而调节 系统 的除 湿量 ， 最终使送风 口的湿度达到设定值 。 自动变容制冷系统的原理图见图2 。其冷量 低 湿空 气送风 图 3控制逻辑图 F i g 3 C o n t r o l fl o w d i a g r a m 输出可 以根据电子膨胀 阀( 图 2中的部件 3 ) 的开 度而变化 ， 而压缩机的运行状态并不 因末端的冷 量输出而有太大变化， 因为有吸气冷却热力膨胀 阀( 部件 5 ) 和热气旁通控制阀( 部件6 ) 来调节制 冷剂的旁通量及压缩机过热度 。这样既可控制系 9 2 第 1 0期 统 的冷量输出， 即除湿能力 ， 从而精确控制送风湿 度 ， 又可保障系统的安全可靠运行。 该系统 的控制逻辑如 图 3 。控制 回路的执行 器是电子膨胀阀， 反馈点是绝对湿度传感器。运行 时， 可设定送风的湿度值 ， 当湿度传感器采集到的 当前湿度低于设定值时， 系统的执行器即电子膨胀 阀的开度减小 ， 新风冷却段的除湿量减小 ， 送风湿 度增大； 当前湿度高于设定值时， 电子膨胀 阀的开 度增大， 新风冷却段的除湿量增大， 送风湿度减小。 最终系统的送风湿度达到设定值 ， 并保持稳定。 4 实证分析 4 1 本系统除湿能力比对 图 4列举 出了系统进风湿度不 同时 ， 转轮除 湿 、 冷却除湿、 组合除湿 ( 即本文所述的系统) 的除 湿能力对比。横坐标是进风绝对湿度， 显示各种不 同进风湿度状态 ， 纵坐标是机组出风的绝对湿度。 从图中可明显看出， 本系统在各种进风湿度状况下 都能使空气湿度达到设定值 ， 并保持稳定。 1 1 越 匿 ， ： ： ： ： ： ： ： ：+ ； ? 。 圆l 冷 却 除 湿 f ： ： ； j I 组 合 除 湿 I： ： 进风绝 对湿度 ( g ， k g ) 图 4 本系统能适 应各 种不 同进风湿度 Fi g 4 Th e s y s t e m a da pt s t o a i r wi t h d i f f e r e n t h umi di t y 4 2 本系统对不同湿度进风的适应性 在实际使用中， 一年四季甚至一天的不同时 刻 ， 空气湿度是不同的， 但是用户需要的是湿度一 定的空气 ， 所以我们在试验室模拟了不 同季节不 同湿度的环境 ， 测试本系统对各种不同湿度的进 风的适应性 ， 并 比对 了优化前与优化后系统的除 湿能力。 图 5 ( a ) 是 系统不带变容制冷功能时 的除湿 状况 ， 当系统开启后 ， 新风冷却段 的出风温度过低 时， 新风冷却机组会停机， 当出风温度上升后 ， 新 风冷却机组又开启 ， 这样不断的停机 、 开机会造成 系统送风湿度的波动， 不能保持恒定。 1 6 t z s 。 一 1 1 6 8 鸯 ： 垂 46 ( a )无变容系统的低湿源供给系统 ( b )带变容系统的低湿源供给系统 图5 本系统除湿能力优化对比 F i g 5 Ad v a n t a g e o f t h e s y s t e m d e s c r i b e d i n t h i s a r t i c l e i n d e h u mi d mc a t i o n 图5 ( b ) 是系统带变容制冷功能( 即本文所研 究的系统 ) 时的除湿状况 ， 当系统开启后 ， 要设定 所需 的送风湿度值 ， 系统会根据系统 出口测得 的 送风湿度来调节变容制冷 系统的电子膨胀 阀开 度 ， 新风冷却机组不会停机 ， 一直保持运行 ， 这样 使送风湿度达到设定值并保持稳定。 5 结论 ( 1 ) 通过在组合除湿系统的新风冷却段加入 自动变容制冷系统， 使送风湿度的可控性提高。 ( 2 ) 通过实验测试、 对比分析 ， 得出本文研究 的组合除湿系统能够适应各种季节不同湿度 的空 气 ， 并将其含湿量处理到所要求的湿度值。 ( 3 ) 本系统的使用 ， 可以有效降低空气湿度 ， 并使送风湿度可精确控制 ， 从而可更有效的满足 各行业对低湿空气的要求 。 参考文献 1 薛殿华空气调节 M 北京： 清华大学出版社， 1 9 9 1 2 Q