冷卻除濕改進技術研究

張 燕，金梧鳳，陳 華

（天津商業大學 天津市制冷技術重點實驗室，天津300134）

1 引言

我國屬于第三類建筑氣候區，夏季悶熱，冬季濕冷。潮濕的環境會促使一些微生物的滋生，嚴重者還會導致呼吸道等疾病的發生，這對人們的生活環境造成了很大的困擾［1］。對工業生產而言，高濕度會導致一些儀器、儀表等精密電子裝置的準確性下降甚至失效，環境濕度的變化會對紙張、木制品、紡織品等材料的形狀及表面性狀產生很大影響，對生產過程也會造成不良影響［2，3］。因此除濕技術的研究具有重要意義。

冷卻除濕以其在一般條件下除濕效果好、性能穩定且除濕效率高等優點得到了廣泛的應用［4］。但當被處理空氣的溫濕度較低時，冷卻除濕的效率就會變低［2］，且易出現結霜現象，更重要的是目前常用的空調系統基本上都是以調節溫度為主，濕度由于其滿足舒適度的范圍較廣，常常不予考慮，這樣更加重了結霜的發生和冷卻除濕效率的降低，因此為了解決這些問題，并給常用的空調系統找到合適的除濕方式，許多學者在傳統冷卻除濕技術的基礎上進行了創新改進。

2 改進技術概述

2.1 節能型冷卻除濕機

對于傳統型冷卻除濕機而言，濕空氣被直接送入到蒸發器進行冷卻，待溫度降至露點溫度時析出冷凝水，然后經再熱送入室內，如此則造成了能源的浪費。為了解決這一問題，該節能型冷卻除濕機在蒸發器和冷凝器之間增加了一個換熱器，用以對進入蒸發器之前的濕空氣進行預冷和對經處理后的干空氣進行加熱，其原理圖如圖1所示［5］。濕空氣被風機從左上方入口吸入，首先在換熱器中與從蒸發器出來的低溫干空氣進行熱交換，然后再前行至蒸發器進行再度降溫，達到露點溫度以下之后將冷凝水析出。

濕空氣進入除濕機后先與被處理過的低溫干空氣進行熱交換，溫度降低后再進入蒸發器進一步被降溫除濕，如此便減少了蒸發器的負荷，使得在輸入相同能量時的除濕能力增大，且經處理后的干空氣溫度升高，減少了再熱的耗能，從而達到了節能的目的。通過理論分析和實驗驗證，表明此方法可節能20%～40%，因此具有一定的推廣應用價值［5］。

圖1 節能型冷卻除濕機原理圖

2.2 單元式空調機加室內冷凝盤管

該系統的原理圖如圖2所示，即在單元式空調機組蒸發器的下風向增加一個盤管作為室內冷凝盤管［4］。高溫高濕的空氣經蒸發器冷卻除濕后，溫濕度降低，常需再熱方可送入室內，將其通入至室內冷凝盤管則可達到除濕且調溫的目的。

這種除濕系統有多種方式可以實現，根據制冷劑流程中室內冷凝盤管、室外冷凝器與室外過冷器連接位置和調節方式的不同，將單元式空調機組的除濕系統歸納為串聯型、并聯型、并聯調節型和復合型等4種主要類型，連接方式如圖2（a）～（d）所示。圖中虛線框表示其內的部件位于室內機中，其余的部件處于室外機中。

對上述4種連接方式進行比較，可以得出這4種除濕類型存在著較大的區別。在除濕能力方面，從高到低依次為串聯型、復合型、并聯型；對于并聯調節性而言，其除濕能力與冷凝面積有關，可實現從較小到最大的波動。在經過室內冷凝盤管后的空氣溫升方面，并聯型的溫升最高，然后依次為復合型、串聯型，并聯調節型的溫升可調，能夠實現的最大溫升較高。對出風溫度而言，并聯調節型可實現部分連續調節，其余3種均不可調節。在成本方面，并聯調節型最高，復合型與并聯型最低，串聯型居中。

圖2 單元式空調機組的4種除濕技術原理圖

這種單元式空調機組加室內冷凝盤管技術的特點是回收了制冷系統的冷凝熱，彌補空氣中因為冷卻除濕而散失的熱量，是一種高效節能的除濕方式［6，7］。使用者可根據除濕環境的具體需求來選擇適用的類型，以實現對室內溫濕度的合理控制。

2.3 具有雙級表冷器的新風機

該系統將表冷器分為一、二兩級，低溫冷媒先進入一級表冷器，通過熱濕交換后升溫成中間溫度的冷媒并供給二級表冷器使用，圖3是具有雙級表冷器的新風機原理圖［8］。從室外進入的高溫高濕的新風先與二級表冷器中處于中間溫度的冷媒進行熱交換，新風溫度降低，相對濕度提高，隨后該狀態空氣再與一級表冷器中的低溫冷媒進行熱交換，達到露點溫度以下之后再析出水分。

圖3 具有雙級表冷器的新風機的原理圖

由于進入一級表冷器的是已經經過一次降溫的空氣，該空氣經過二級表冷器處理后，新風參數的波幅減弱，所以該系統的新風機出風狀態比較穩定，實驗證明具有雙級表冷器的新風機在新風參數變化較大時，出風參數較常規的新風機出風參數穩定得多［8］。而且空氣經一次降溫后相對濕度得到了提高，將其通入到溫度較低的一級表冷器時除濕能力得到增強，因此其出風的含濕量也較常規的風機低得多。

2.4 轉輪與冷卻除濕組合式空調系統（DWCCDS）

DWCCDS就是將具有冷熱交換的冷卻除濕循環系統與轉輪除濕相結合，利用制冷系統的吸熱除濕進行前期除濕，而利用轉輪除濕機進行深度除濕，同時利用冷凝器的放熱作為轉輪固態吸附劑再生熱源的一部分，再生加熱器采用電加熱或其他形式的能源，如太陽能等［9］。圖4為 DWCCDS系統的簡圖［10］。

圖4 DWCCDS簡圖

在冷卻除濕側，高溫高濕的混合空氣首先被通入到蒸發器1進行冷卻除濕，溫濕度降至狀態2時送入到轉輪除濕機進行深度除濕（這是一個絕熱去濕的過程），由于從轉輪除濕機送出的空氣溫度高于除濕機入口處空氣的溫度，因此再將其送入到蒸發器2進行等濕冷卻至送風狀態點4。在再生空氣側，一定數量的室外空氣W首先經過冷凝器1，回收冷卻循環系統除濕和降溫過程所排出的熱量，預熱至狀態5，然后再進入加熱器加熱至所需的再生溫度，用來再生轉輪固體吸濕劑，最后被排入到大氣中。

DWCCDS系統的特點是將冷卻除濕與轉輪除濕相結合，用冷卻除濕進行初期除濕，由于此時的空氣處于高溫高濕狀態，因此使用冷卻除濕不僅效率高而且還不易結霜；用轉輪除濕進行深層除濕，突出其在低溫低濕條件下，不受露點限制且除濕量大的優點［10］。同時DWCCDS系統還利用了系統內部的冷凝熱和太陽能、工業廢熱等低溫熱源作為再生加熱熱源，從而彌補了轉輪除濕機再生耗熱量大的缺點，達到了節能的目的。

以上幾種冷卻除濕技術都是適用于在常規場合中使用的，下面對有低濕要求的場合運用冷卻除濕技術（也稱冷凍除濕）進行介紹。

2.5 冷凍極限除濕空調系統

冷凍極限除濕空調系統即在常規的冷卻除濕系統中加入了25%（重量比）以上的乙二醇，這在理論上可保證冷凍水冰點為－10.7℃［11］。其空調系統采用了PAU＋AHU系統，其中：PAU為新風處理機組，AHU為空氣處理機組，如圖5所示。

圖5 冷凍極限除濕空調系統圖

該空調方式首先由新風處理機組將室外新風處理到室內露點值，然后由空氣處理機組根據室內溫度要求調節送風溫度，這樣即實現了新風的集中處理和送風的根據生產區域分別處理，還減少了PAU的數量和由于過冷除濕帶來的冷量浪費，因此節約了能耗。

使用冷凍極限除濕，在初投資和運行費用方面要低于達到相同效果的轉輪除濕和復合除濕，因此具有節能的作用。

用冷凍極限除濕方法進行低濕空調的設計與實踐，得到冷凍除濕的極限處理露點溫度在1.5～2.5℃之間，而且如果冷水溫度在－2℃以下，則處理空氣的露點溫度不能低于3℃，否則可能會結冰［11］。當然為了穩妥起見，最好還是將冷凍除濕與轉輪除濕相結合。同時為了避免結冰，可對盤管進行改進，如擴大冷水盤管翅片間距、加大盤管與擋水板的距離等。

3 對策與建議

對于輻射板加新風系統，因新風承擔著室內全部的濕負荷，需要新風處理后的露點低于室內空氣露點，故可使用具有雙級表冷器的新風機，它不僅能夠達到除濕要求，還具有穩定的出風狀態，能減小吹風感；對于全空氣空調系統，其空氣處理都是集中于空調機房內完成的［12］，故使用節能型冷卻除濕機在新風被通入蒸發器之前將其預冷或將冷卻除濕與轉輪除濕相結合對空氣進行處理均可達到節能的目的；對于單元式空調系統，在空調機組蒸發器的下風向增加一個冷凝盤管來加熱被過度冷卻的空氣同樣是一種很好的節能方式。另外，對于有低濕要求的環境，如工藝車間等，使用冷凍極限除濕，不僅能夠實現要求，而且成本低于其他達到同樣效果的除濕方法，進而可達到實現節能的目的。

［1］ 梁廷安，奚紅霞，李 忠，等.一種新型環保、節能除濕技術——熱電冷凝除濕［J］.化工進展，2006，25（11）：1276～1283.

［2］ 張立志.除濕技術［M］.北京：化學工業出版社，2004.

［3］ 何天祺.供暖通風與空氣調節（第2版）［M］.重慶：重慶大學出版社，2002.

［4］ 李麗芬，陳 旭.單元式空調機冷卻除濕技術分析［J］.制冷與空調，2011，11（4）：14～18.

［5］ 何建國，劉貴珊，張海紅，等.節能型冷卻除濕機的研制［J］.農業科學研究，2006，27（1）：25～27.

［6］ 邵雙全，石文星，李先庭，等.低溫除濕調溫熱泵機組技術現狀分析［J］.制冷與空調，2003，3（6）：16～19.

［7］ Chou S K，Chua K J，Ho J C，et al.On the study of an energy efficient greenhouse for heating，cooling and dehumidification applications［J］.Applied Enegy，2004，77（4）：355～373.

［8］ 嚴繼光，湯廣發，涂 敏.在公共建筑使用的“直冷式空調系統”的技術研究和探討［C］／／中國制冷學會.中國制冷學會2009年學術年會論文集，2009：167～174.

［9］ Niu J L，Zhang L Z，Zuo H G.Energy saving potential of chilled2ceiling combined with desiccant cooling in hot and humid climates［J］.Energy and Buildings，2002，34（5）：487～495.

［10］ 杜 塏，張衛紅.轉輪與冷卻除濕組合式空調系統變工況穩態性能模擬分析［J］.東南大學學報，2005，35（1）：86～89.

［11］ 李百軍，鄧玲黎.凍極限除濕空調系統的設計與實踐［J］.建筑熱能通風空調，2008，27（6）：50～52.

［12］ 陸亞俊.暖通空調［M］.北京：中國建筑工業出版社，2007.