不同溫度條件下2種倉儲除濕方式的除濕效果

張馨予+呂恩利+段潔利+田慶立+邱漢

摘要： 為選擇倉儲適用的除濕方式，搭建倉儲除濕系統試驗平臺。通過改變溫度，設置溫度為5、15、25 ℃，對制冷除濕方式、轉輪除濕方式的除濕效果進行了試驗研究。除濕效果通過除濕能力、除濕效率、濕度場均勻性來表征，結果表明，25 ℃環境下制冷除濕方式的除濕效率為0.072 6 g/（kg·h·kJ），濕度場分布的變異系數為6.58%，除濕效果較好。15 ℃及更低溫度下轉輪除濕方式的除濕能力是制冷除濕方式的3～6倍，5 ℃時轉輪除濕方式的除濕效率為0003 4 g/（kg·h·kJ）是制冷除濕方式的4倍，在此溫度環境下轉輪除濕方式更加適用。研究結果可為倉儲除濕系統的設計提供參考。

關鍵詞： 倉儲；制冷除濕；轉輪除濕；能耗；均勻性

中圖分類號： TU831；S229+.3 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2016）03-0439-03

在農業生產中，谷物及種子、煙草、茶葉、化肥等制品的倉儲環境對濕度有嚴格的控制要求，在南方夏季濕度過高，易引起霉變。溫濕度對物資貯藏質量影響較大，如長期保存農業作物種子的資源庫，要求維持在溫度0～10 ℃、溫度35%的條件，因此，在倉儲應用中需要適當的除濕技術[1-3]。

在現有除濕技術中，壓縮機制冷除濕技術成熟，是較為普遍應用的除濕方式。相關研究針對化肥倉庫現有的液體吸收除濕設備的不足，改用壓縮機制冷除濕設備并對比研究，發現制冷除濕更具經濟性優勢，在小型倉庫中可節約成本[4-6]。研究表明，對于溫濕度要求嚴格的倉庫，壓縮機制冷除濕穩定性差，除濕不徹底[7-9]。相關研究提出固體轉輪除濕運行穩定，可在低溫低濕環境下工作[9-12]。本研究對壓縮機制冷除濕器與轉輪除濕器的除濕性能進行了對比試驗，以期為倉儲除濕技術的選用和除濕系統的設計提供依據。

1 試驗裝置及方法

1.1 試驗平臺

倉儲除濕系統試驗平臺見圖1。箱體采用1.2 cm厚的有機玻璃制作，長238 cm、寬128 cm、高140 cm，箱體內外皆覆有5 cm厚的泡沫保溫板。倉儲室后部布置除濕器。開孔隔板后為制冷室，長40 cm、寬128 cm、高140 cm。平臺環境通過SIMENS S7-300 型PLC可編程控制器，西門子中國有限公司；控制、制冷機組制冷量為4 650 W，廣州綽盈制冷設備有限公司；制冷風機采用ZNF295-G型24 V直流風機，廣州精博制冷設備有限公司；加濕系統采用JAS-20-B型超聲波霧化頭，中山市紅星電子廠；XXD1203824VH防水型水霧輸送風機，深圳興鑫大電子有限公司。箱體內部空氣在風機作用下循環運動，由頂部回風道進入制冷室，經過制冷機組的蒸發器降溫，再由開孔隔板回到倉儲室。通過平臺控制系統，設定環境溫濕度，加濕系統在制冷結束后工作進行超聲波霧化加濕。

在倉儲室內布置3×9路AQ3020溫濕度一體傳感器，廣州西博臣科技有限公司，溫濕度測定布置見圖2。溫度傳感器測量范圍為-20～80 ℃，精度±0.3 ℃，相對濕度傳感器測量范圍為0～100% RH，精度±2%RH。傳感器通過VX8100無紙記錄儀（杭州盤古自動化系統有限公司生產）和計算機軟件連接，實時采集箱體內部溫濕度數據。

1.2 材料與方法

本試驗為空庫運行。試驗選取3水平環境溫度，分別為5、15、25 ℃，2種除濕方式，分別是壓縮機制冷除濕、硅膠轉輪除濕，分析溫度以及除濕方式對倉儲除濕系統的除濕效果影

響。試驗考察環境濕度由（95±5）%下降至（35±5）%箱體內濕度變化情況，每組試驗重復3次。通過無紙記錄儀與計算機軟件記錄箱體內干球溫度、相對濕度、除濕時間。通過電力監測儀記錄除濕過程中除濕器能耗。

1.3 數據處理

除濕效果由除濕能力、除濕效率，濕度均勻性表征[13-14]。除濕能力由Dr表示，單位時間內除濕量越大，除濕能力越好，計算公式為：

Dr=DT=dp1-dp2T。

式中：D為除濕量，g/kg；T為除濕時間，h；dp1為處理空氣最高含濕量，g/kg；dp2為處理空氣最低含濕量，g/kg。

除濕效率由Drs表示，單位時間、單位能耗內除濕量越大，除濕效率越高，計算公式為：

Drs=DrE。

式中：Dr為除濕能力，g/（kg·h）；E為除濕能耗，kJ。

濕度均勻性是指箱體內空間濕度分布的均衡性，根據正交性從全體布置點中挑選出9個有代表性的點（1、5、9、11、15、16、21、22、26號傳感器）分析，用濕度的變異系數表示，變異系數越小均勻性越好。

相對濕度變異系數：

CV=SDS×100%。

式中：SD為標準差（%）；S為平均值（%）。

通過SPSS數據處理軟件分析試驗因素對濕度場均勻性影響的顯著性。

2 結果與分析

2.1 溫度對2種除濕方式含濕量的影響

除濕期間制冷系統、加濕系統停止工作，回風道處風速為0 m/s。對比不同溫度下2種除濕方式的含濕量，試驗結果見圖3。制冷除濕的含濕量在前10 min內陡然下降，之后含濕量下降趨于平緩，并有上升的趨勢。在5 ℃時除濕停止的含濕量甚至超過了除濕開始前，未能達到除濕目的。這是由于制冷除濕器僅利用低溫凝結水汽，凝結水雖然改變了相態但還存在在箱體內，當制冷除濕器冷凝器散熱提高了箱體內平均溫度，使得箱內飽和含濕量上升時，凝結水又再次蒸發，含濕量反而呈緩慢上升的趨勢。因此低溫下要求達到低濕的環境，使用制冷除濕方式難以達到濕度要求。轉輪除濕的含濕量平穩下降，5、15 ℃時含濕量出現先揚后抑的現象，是由于轉輪除濕器加熱再生硅膠轉輪，干空氣帶出熱量使得箱體升溫提高了飽和含濕量，箱內凝結水進一步蒸發造成了含濕量上升。相同溫度下，除濕器在處理空氣的相對濕度下降至30%后停止運行，制冷除濕器前期的除濕速度更快，相對濕度在30%時轉輪除濕方式的含濕量更低，因為轉輪除濕器利用硅膠轉輪吸收水汽，由再生風道通過的加熱后空氣帶走轉輪上的水排出箱體，轉輪除濕更加徹底。

2.2 溫度對2種除濕方式除濕能力的影響

隨著溫度的升高，制冷除濕用時減少，5 ℃時除濕用時長達1.16 h，是25 ℃時的5倍。轉輪除濕用時在5 ℃時略長，為0.36 h，在15、25 ℃時除濕用時相差不大。在相同溫度下，轉輪除濕用時都比制冷除濕用時短。以除濕能力為目標的試驗結果見圖4，隨著溫度上升，2種除濕方式的除濕能力都相應上升，2種除濕方式均在25 ℃時獲得最高的除濕能力，表明除濕能力受到溫度影響較大。在相同溫度條件下轉輪除濕的除濕能力都強于制冷除濕，5 ℃時轉輪除濕的除濕能力幾乎是制冷除濕的7倍。表明在低溫環境下，轉輪除濕的除濕能力優于制冷除濕。

制冷除濕受到溫度影響較大，制冷除濕利用低溫凝結空氣中水蒸氣的原理除濕，在低溫時空氣中水蒸氣較少，制冷除

濕器要達到較低的空氣相對濕度需要更低的溫度凝結水蒸氣，所以壓縮機制冷用時更長。轉輪除濕器通過固體吸濕劑除濕，所以受到溫度影響較小。

2.3 溫度對2種除濕方式除濕效率的影響

隨著溫度的升高，2種除濕方式的除濕能耗均減少。在 5 ℃ 時2種除濕方式的除濕能耗均達到最高，制冷除濕、轉輪除濕的除濕能耗分別是1 128、1 596 kJ，在15、25 ℃時2種除濕方式的除濕能耗均相差較小，溫度與能耗呈反向非線性相關。在25 ℃時轉輪除濕最低的能耗、在5 ℃時制冷除濕最高的能耗相差僅100 kJ，在25 ℃時轉輪除濕的能耗是制冷除濕的3倍，表明轉輪除濕的能耗較高。溫度對2種除濕方式除濕效率的影響見圖5。隨著溫度升高，2種除濕方式的除濕效率都相應上升，說明溫度和除濕效率呈正向相關。在5、15 ℃ 時轉輪除濕的效率優于制冷除濕，而在25 ℃時制冷除濕的效率優于轉輪除濕，因除濕效率指標綜合考慮了除濕量、除濕時間、除濕能耗。25 ℃時轉輪除濕的除濕量和用時優于制冷除濕，但能耗過高，所以25 ℃時制冷除濕的效率更高，是轉輪除濕效率的1.4倍。5 ℃時轉輪除濕方式的除濕量、用時和能耗均優于制冷除濕，其效率是制冷除濕的4.4倍，表明5 ℃時采用轉輪除濕方式更加經濟。

2.4 溫度對2種除濕方式濕度均勻性的影響

從表1可以看出，溫度及除濕方式對倉儲室內的濕度場均勻性的影響達到了極顯著水平。隨著溫度的增大，制冷除濕的相對濕度變異系數相應增大，表明溫度越低，濕度場越均勻。轉輪除濕的相對濕度變異系數相應減小，表明溫度越高，濕度場越均勻。因為溫度越低，空氣含濕量越低，越有利于空氣中水蒸氣均勻分布，所以制冷除濕的均勻性和溫度呈正向相關。而轉輪除濕利用硅膠轉輪吸濕再加熱排濕，產生的干空氣溫度較高，箱內溫度越低，干空氣進入后溫差越大，熱量傳遞造成氣流紊亂，導致溫度越低濕度場越不均勻的現象。轉輪除濕器的干空氣溫度較制冷除濕器的更高，且轉輪除濕器的出風口比制冷除濕器出風口小，更易造成箱體壁面處的空氣紊流，導致轉輪除濕的濕度場分布比制冷除濕更不均勻。

3 結論

溫度對2種除濕方式的除濕效果影響顯著，25 ℃時轉輪除濕的除濕能力最高，為49.40 g/（kg·h），25 ℃時制冷除濕的除濕效率最好，為0.072 6 g/（kg·h·kJ），25 ℃時制冷除濕的濕度場分布較均勻。5 ℃時采用轉輪除濕方式的除濕效果好，除濕效率為0.003 4 g/（kg·h·kJ）是制冷除濕方式的4倍，低溫環境下要求達到低濕條件，采用轉輪除濕器用時較短、效率較高。除濕器處理后干空氣溫度與倉儲室內的溫度差會影響氣流分布，溫差越大，濕度場分布均勻性變差。轉輪除濕器由于出風口溫度的問題導致濕度場不均勻，空間點間的濕度差異顯著，為提高濕度均勻性可對轉輪除濕器出風口布置開展進一步研究。

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