復(fù)合除濕系統(tǒng)的可行性分析

陳維玲 胥海倫 劉 東 周李茜

?

復(fù)合除濕系統(tǒng)的可行性分析

陳維玲 胥海倫 劉 東 周李茜

（西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院 綿陽 621010）

為了提高空氣的除濕效果，同時結(jié)合高溫水表冷器及霧化溶液除濕的特點，提出了高溫水表冷器與霧化溶液除濕結(jié)合的復(fù)合除濕系統(tǒng)，對比分析了復(fù)合除濕系統(tǒng)與不同除濕方式的性能，從不同角度分析其可行性。結(jié)果表明，隨空氣的溫濕度變化，復(fù)合除濕系統(tǒng)的性能始終優(yōu)于單一的高溫水表冷器除濕和霧化溶液除濕系統(tǒng)。由于表冷器預(yù)處理后的空氣的溫度接近，空氣在霧化除濕器中的除濕量差距也較小，復(fù)合除濕系統(tǒng)的除濕量變化幅度較小。復(fù)合除濕系統(tǒng)初投資較小，運行費用較低，能充分利用可再生資源，凈現(xiàn)值為較大正值，該系統(tǒng)具有較好的可行性。

高溫水；表冷器；溶液除濕；霧化

0 引言

表冷器除濕及溶液除濕是常見的除濕方式。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)采用低溫冷凍水對空氣進行除濕，而低溫冷媒的制取需降低制冷機的蒸發(fā)溫度，這使得制冷機的效率隨之降低，同時增大了系統(tǒng)的運行能耗。以綿陽地區(qū)為例，夏季空調(diào)室外計算干球溫度為32.8℃，室外計算濕球溫度為26.3℃，空氣的露點溫度為23.97℃。采用16～20℃高溫冷凍水對空氣進行表冷器處理具有一定的除濕效果。而高溫水的獲得可通過天然冷源或者通過提高制冷機組溫度的方式取得，該方式能較好的利用自然資源，減小除濕能耗。

溶液除濕利用低水蒸氣分壓力的溶液吸收空氣中的水分，降低空氣濕度，同時能利用鹽溶液的殺菌效果提高空氣的質(zhì)量。而常見的填料式溶液除濕耗液量大，溶液與空氣不能充分接觸反應(yīng)，同時除濕系統(tǒng)的送風(fēng)阻力也較大。采用霧化溶液的方式減小溶液顆粒大小，能增大氣液接觸反應(yīng)面積，同時由于取消了填料的設(shè)置而減少了送風(fēng)阻力，有效的提高了系統(tǒng)的運行效率。

為了提高空氣的濕度處理能力，結(jié)合高溫冷凍水表冷器以及霧化溶液除濕方式的特點，本文提出由高溫冷凍水表冷器以及霧化溶液除濕結(jié)合的復(fù)合除濕系統(tǒng)，對除濕系統(tǒng)性能及經(jīng)濟性等進行了分析，希望為空氣除濕提供新的可行性方案。

1 復(fù)合除濕系統(tǒng)設(shè)計

復(fù)合除濕系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖1可見：室外新風(fēng)送入復(fù)合除濕系統(tǒng)時，首先通入表冷器中，經(jīng)過高溫水表冷器預(yù)除濕后，空氣由下往上進入霧化溶液除濕器中，溶液對空氣進行再除濕。出口空氣由于含有一定量的溶液顆粒，因此在出風(fēng)口設(shè)置了絲網(wǎng)除霧器。反應(yīng)后的溶液在除濕器下部聚集，從預(yù)留的出口流入稀溶液桶中。

圖1 復(fù)合除濕系統(tǒng)

1.1 高溫水表冷器預(yù)除濕

表冷器中通入高溫冷凍水（16～20℃），被處理空氣與高溫冷凍水的流動方式為叉流。空氣處理過程需要的全熱交換效率E、通用熱交換效率等于表冷器所能達(dá)到的與之對應(yīng)的熱交換效率；同時系統(tǒng)滿足能量守恒，空氣放出的熱量等于冷水吸收的熱量[1]。熱交換效率之間的相對誤差為10%以內(nèi)，進出水溫差控制在5℃以內(nèi)，避免大溫差引起的除濕能力的下降[2]。

1.2 霧化溶液除濕器

霧化除濕器中，預(yù)處理后的空氣自下而上進入霧化溶液除濕器中。霧化噴嘴一邊通入經(jīng)過空氣壓縮機壓縮獲得的高壓霧化劑，一邊通入經(jīng)溶液泵送入的濃溶液，在噴嘴出口獲得細(xì)小的霧化溶液顆粒。溶液在進入噴嘴之前，先進行了降溫處理，以獲得更低的水蒸氣分壓力。霧化溶液與空氣進行逆流的接觸反應(yīng)。

系統(tǒng)運行時，除濕器中去掉了填料的設(shè)置，減小了空氣的流動阻力，也減少了溶液的用量。經(jīng)過高溫表冷器處理及霧化溶液除濕后的空氣變?yōu)楦稍餄崈簟鏊臍怏w。霧化溶液經(jīng)過除濕過程的反應(yīng)，溫度升高，濃度變低。若對溶液再生循環(huán)使用，則將進行溶液的干燥及降溫處理。

2 復(fù)合除濕系統(tǒng)與其他除濕系統(tǒng)的性能對比

復(fù)合除濕系統(tǒng)對空氣處理時，分別按照表冷器除濕的設(shè)計原理及霧化溶液除濕的經(jīng)驗公式計算。被處理空氣的量為4.44.kg/s，表冷器的水量為6.53kg/s，采用19℃高溫冷凍水對空氣預(yù)除濕。霧化溶液除濕時霧化溶液的量為2.22kg/s，氣液比為2。霧化劑為被處理空氣的1%。

霧化溶液除濕時，單位質(zhì)量空氣的除濕量按已取得的霧化溶液除濕實驗數(shù)據(jù)擬合得出，誤差在16%以內(nèi)。公式適用于在霧化實驗條件下的溫度為23～30℃，含濕量為16～21.62g/kg的空氣。

2.1 不同溫度下的除濕性能對比

圖2 不同溫度的除濕對比

Fig.2 Dehumidity performance of different temperature

圖2是復(fù)合除濕系統(tǒng)、霧化溶液除濕以及高溫冷凍水表冷器對含濕量為21.56g/kg的空氣進行的除濕對比。對比三者的除濕效果可以看出，復(fù)合除濕系統(tǒng)比單一的霧化溶液除濕及高溫水表冷器除濕的除濕量更高。隨著空氣溫度的上升，不同的除濕方式的除濕量都減小，除濕性能下降。由于表冷器處理空氣所獲得出口空氣的溫度接近，一般在23～25℃范圍內(nèi)，空氣溫差小，預(yù)處理后的空氣進入霧化除濕器中，霧化溶液除濕的除濕量差距小。復(fù)合除濕系統(tǒng)的除濕量比高溫水表冷器除濕高1.2至1.39倍；比霧化溶液除濕系統(tǒng)的除濕量高0.47至1.28倍。復(fù)合除濕系統(tǒng)具有較好的除濕效果，比單一的除濕方式效果更好。

2.2 不同含濕量下的除濕性能對比

圖3 不同含濕量的除濕對比

圖3是不同除濕方式對溫度為30℃的空氣在不同含濕量下的除濕效果進行的對比。結(jié)果可以看出：對不同含濕量的空氣進行處理時，復(fù)合除濕系統(tǒng)的除濕效果比其他除濕方式的除濕量高。隨著空氣含濕量的上升，三種除濕方式的除濕量都升高，其中復(fù)合除濕系統(tǒng)的除濕量上升趨勢較緩慢的。復(fù)合除濕系統(tǒng)的除濕量比高溫水表冷器除濕高1.59至5.47倍；比霧化溶液除濕系統(tǒng)的除濕量高0.58至0.85倍。

3 經(jīng)濟性分析

復(fù)合除濕系統(tǒng)的經(jīng)濟性的評價采用一種公認(rèn)的常用于評價長期項目的方式——凈現(xiàn)值法（Net Present Value，NPV）[7]來進行。凈現(xiàn)值為未來報酬總現(xiàn)值減去投資現(xiàn)值。

為投資凈現(xiàn)值；為初投資成本，加上安裝空調(diào)系統(tǒng)后導(dǎo)致建筑面積可能減小而帶來的成本；F為未來年的預(yù)期開支，包括未來年內(nèi)的操作費用及維修費用。SV為第年系統(tǒng)的估計殘值（元）。

復(fù)合除濕系統(tǒng)中，初投資包括冷熱源的設(shè)置、水泵、風(fēng)機、表冷器、輸送管道等系統(tǒng)的建設(shè)費用。采用高溫冷凍水作為冷源時，初投資包括高溫水制冷機組設(shè)備費用，冷水機組制取高溫冷凍水，由于提高了冷凝溫度，機組的能耗比常規(guī)低溫冷凍水的制取更低。直接采用天然冷源的冷水則包括打井費、潛水泵及管道的費用。霧化除濕器中減少填料設(shè)置，節(jié)約成本，除濕器的尺寸也可相應(yīng)減小，系統(tǒng)安裝面積減小。而運行中的耗能僅包括流體輸配管網(wǎng)的能耗。溶液再生可以直接利用城市熱網(wǎng)的回水，或者利用太陽能、冷凝熱以及工業(yè)余熱來進行，減少電能的使用，節(jié)省系統(tǒng)制熱能耗，節(jié)約系統(tǒng)運行費用。而整個系統(tǒng)中最易損壞的部件是霧化噴嘴，由于水中的雜質(zhì)而導(dǎo)致噴嘴被堵，需定時清理及時更換保證系統(tǒng)正常運行。

綜合分析系統(tǒng)的建設(shè)投資可以看出，復(fù)合除濕系統(tǒng)中初投資及各項運行費用很低。系統(tǒng)具有較高的投資凈現(xiàn)值正值，具有較好的使用意義。

4 結(jié)語

將高溫水表冷器預(yù)除濕與霧化溶液除濕結(jié)合起來，設(shè)計了復(fù)合除濕系統(tǒng)，對系統(tǒng)的性能及可行性進行了研究與分析。

（1）對比復(fù)合除濕系統(tǒng)與其他除濕方式的性能時發(fā)現(xiàn)，復(fù)合除濕系統(tǒng)的性能優(yōu)于單一的高溫水表冷器除濕或霧化溶液除濕系統(tǒng)。由于表冷器預(yù)處理空氣后的出口空氣的溫度接近，空氣進入霧化除濕器后的除濕量差距小。復(fù)合除濕系統(tǒng)的除濕量隨空氣的溫濕度變化，變化范圍較小。

（2）分析系統(tǒng)的經(jīng)濟性時發(fā)現(xiàn)，復(fù)合除濕系統(tǒng)利用高溫水及霧化溶液方式進行除濕具有較低的運行費用，充分利用可再生資源，能減少系統(tǒng)初投資。復(fù)合除濕系統(tǒng)具有較好的使用意義。

[1] 趙榮義.空氣調(diào)節(jié)（第四版）[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[2] 于丹.冷水大溫差對表冷器及風(fēng)機盤管性能的影響[J].暖通空調(diào),2004,34(4):77-79.

[3] 姜麗麗.德陽市城區(qū)地下水動態(tài)特征研究[D].成都:成都理工大學(xué),2012.

[4] 于秋生.冷媒溫度與空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能應(yīng)用研究[D].長春:吉林建筑工程學(xué)院,2011.

[5] 張振彥,邰惠鑫,陳鑫如.太陽能光熱技術(shù)與建筑一體化設(shè)計探討[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2006,34(4): 444-447.

[6] 榮國華.夏季制冷機冷凝熱的回收利用[J].暖通空調(diào), 1998,28(2):27-29.

[7] Avgelis A, Papadopoulos A M. Application of multicriteria analysis in designing HVAC systems[J]. Energy and Buildings, 2009,41(7):774-780.

The Feasibility Analysis of CompositeDehumidification System

Chen Weiling Xu Hailun Liu Dong Zhou Lixi

( Civil Engineering And Architecture School of Southwest University of Science and Technology, Mianyang, 621010 )

To improve the efficiency of air dehumidification, at the same time combine the factors of high temperature chilled water of air cooler and atomization of liquid desiccant, this paper proposes a composite dehumidification system combines high temperature chilled water of air cooler and atomization of liquid desiccant, compares the performance of the composite system with different ways of dehumidification, and analyzed the feasibility from different singles. It results that, as the increase of air temperature and humidity ratio, composite system always has better performance than the single way as high temperature chilled water of air cooler or atomization of liquid desiccant. Because of the close of air temperature out of air cooler, the dehumidification of atomization is very close, the range of the system is very small. The composite system has a small initial investment, and the running payment is also low. At the same time, it has a good use of renewable energy sources, present worth is a big present value, so the system has good feasibility.

high temperature chilled water; Air cooler; liquid desiccant; atomization

1671-6612（2016）05-564-04

TU834.9

A

國家支撐計劃（2012BAA13B02）

陳維玲（1989-），女，碩士研究生，E-mail：chenweiling313@163.com

胥海倫（1969-），男，碩士，副教授，E-mail：xuhailun@swust.edu.cn

2015-06-10