低溫高效轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)設(shè)計(jì)分析

胡樹鋒

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

在現(xiàn)代科技不斷發(fā)展的過程中，除濕技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)，尤其是在進(jìn)行除濕空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)橄嚓P(guān)系統(tǒng)的性能更加穩(wěn)定且除濕量比較大、使用壽命更長、使用的設(shè)備比較簡單，所以可以實(shí)現(xiàn)濕度的有效控制。對(duì)于轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)的建設(shè)來說，轉(zhuǎn)輪芯體屬于系統(tǒng)的核心部件。要想提高除濕的性能，就需要引進(jìn)更加先進(jìn)的材料和設(shè)備。可以采用多種手段，對(duì)材料進(jìn)行科學(xué)的處理，并且構(gòu)建相關(guān)模型，提高系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平。

一、本體參數(shù)的影響及控制措施

(一)本體影響因素

如圖1所示，在對(duì)本體參數(shù)進(jìn)行提取時(shí)，主要是對(duì)轉(zhuǎn)輪設(shè)備吸濕劑材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行測算和研究。有些設(shè)備的參數(shù)是由吸濕劑材料性質(zhì)決定的，例如材料的直徑過小，就可以減少擴(kuò)散距離，增加氣流的穿透性阻力。有些設(shè)備在應(yīng)用時(shí)，本體參數(shù)是由轉(zhuǎn)輪構(gòu)件的形狀決定的。有些設(shè)備的本體參數(shù)是由運(yùn)行期間產(chǎn)生的氣流決定的。吸濕劑材料的溫度過高，可以提升表面水蒸氣的壓力。如果內(nèi)外溫度差異比較大，外表面的溫度高于內(nèi)部構(gòu)件的溫度，在綜合的影響下可以減少內(nèi)部擴(kuò)散的推動(dòng)力，設(shè)備的運(yùn)行速度，會(huì)對(duì)應(yīng)用性能產(chǎn)生直接性的影響。在提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)速度的同時(shí)，可以增加換熱效果。但如果再生區(qū)域的停留時(shí)間過短，就會(huì)降低綜合除濕效果。設(shè)備轉(zhuǎn)速的降低，還會(huì)導(dǎo)致再生區(qū)域的吸濕劑失去功能作用。在對(duì)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行控制時(shí)，可以從COP和除濕的劑量等方面進(jìn)行有效的考慮。設(shè)備的再生扇形角，體現(xiàn)了再生的吸濕劑材料與功能之間的關(guān)系。構(gòu)件的不同，導(dǎo)致設(shè)備的除濕功能存在一定的差異，例如固定的條件下，會(huì)產(chǎn)生不同的功能效果。扇形角過小，就會(huì)降低設(shè)備的功能效果，構(gòu)件過大，也會(huì)降低除濕水平。

圖1 設(shè)備運(yùn)行原理

(二)控制措施

在對(duì)設(shè)備的本體參數(shù)進(jìn)行控制時(shí)，可以從再生區(qū)的扇形角設(shè)計(jì)方面進(jìn)行綜合考慮。還需要選擇合適的吸附劑，要保證選擇的材料類型，能夠滿足系統(tǒng)的運(yùn)行需求，并且對(duì)出口區(qū)域的空氣濕度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，降低單位的容量消耗程度。在對(duì)轉(zhuǎn)輪設(shè)備的再生區(qū)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以將其設(shè)置為轉(zhuǎn)輪設(shè)備總面積的1/4。在對(duì)系統(tǒng)的功能進(jìn)行調(diào)整時(shí)，如果用戶存在空氣濕度的調(diào)整需求，需要進(jìn)一步轉(zhuǎn)變扇形角的設(shè)計(jì)形式。如果通過扇形角的有效控制，就要對(duì)設(shè)備的除濕能力進(jìn)行全面的調(diào)控。如圖2所示，通過根據(jù)不同的設(shè)備類型，選擇不同的控制模式，例如可以通過對(duì)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行有效的控制，增加換熱的效果。

圖2 設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)

二、空氣參數(shù)的影響及控制措施

(一)預(yù)冷設(shè)計(jì)影響因素及控制措施

除濕機(jī)空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行期間，主要是對(duì)空氣和再生的空氣進(jìn)行有效的處理。需要對(duì)空氣參數(shù)的影響程度進(jìn)行全面的了解，才能選擇合適的系統(tǒng)運(yùn)行方式，并且對(duì)各項(xiàng)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化配置，增強(qiáng)設(shè)備的運(yùn)行效果。除濕機(jī)設(shè)備在使用期間，處理空氣的進(jìn)口，會(huì)受到系統(tǒng)運(yùn)行形式的影響，例如，回風(fēng)系統(tǒng)是按照內(nèi)部空間的溫度進(jìn)行參數(shù)設(shè)置的；全新風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)口，一般是按照室外環(huán)境溫度進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)；混合系統(tǒng)可以通過新風(fēng)、回風(fēng)比例的調(diào)節(jié)，對(duì)運(yùn)行溫度進(jìn)行有效的調(diào)控。在對(duì)不同溫度環(huán)境下的等溫線參數(shù)進(jìn)行分析時(shí)，可以得知同一種類型的吸附劑材料，在相同的壓力條件下，運(yùn)行溫度越高，吸附能力越低。吸附劑材料的功能水平，也會(huì)隨著環(huán)境溫度的變化，而產(chǎn)生一定的差異。在進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，需要通過降低進(jìn)口的溫度，增強(qiáng)設(shè)備的應(yīng)用性能。在進(jìn)行預(yù)冷設(shè)計(jì)時(shí)，制定科學(xué)合理的預(yù)冷措施，可以增加系統(tǒng)的冷量，增加量在13%左右。但在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要提供充足的冷源，才能保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)冷設(shè)計(jì)之后，可以減少傳熱的動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)對(duì)這一期間的其他因素干擾情況進(jìn)行全面的控制。

(二)空氣流量影響因素及控制措施

系統(tǒng)在使用期間，如果干球的溫度屬于相同狀態(tài)，外部環(huán)境中的水蒸氣壓力接近飽和數(shù)值，可以為系統(tǒng)功能的運(yùn)行，提供充足的推動(dòng)力。如果干球的含濕量相同，空氣中的相對(duì)濕度數(shù)值會(huì)不斷增加，設(shè)備的表面空氣飽和水蒸氣分壓力數(shù)值，會(huì)不斷降低。在相同的條件下，干球溫度會(huì)隨著濕度的升高，而產(chǎn)生增加的情況。設(shè)備表面飽和空氣溫度數(shù)值的增加，會(huì)對(duì)除濕效果產(chǎn)生不良影響，總濕度數(shù)值的增加，會(huì)導(dǎo)致水蒸氣壓力的升高。

在對(duì)這一問題進(jìn)行處理時(shí)，需要對(duì)除濕環(huán)節(jié)的影響因素進(jìn)行全面的考慮，要將濕度條件作為標(biāo)準(zhǔn)的衡量依據(jù)。因此在對(duì)外部環(huán)境的露點(diǎn)溫度進(jìn)行控制時(shí)，需要將其作為控制量。在空氣不斷流動(dòng)的狀態(tài)下，速度越低，與吸濕劑材料之間的能源交換越充分，但單位面積下的處理數(shù)值比較小，會(huì)增加對(duì)流的換熱系數(shù)。速度的增大，會(huì)縮短空氣環(huán)境與吸濕劑材料之間的接觸時(shí)間，導(dǎo)致外部環(huán)境條件達(dá)不到預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)。如圖3所示，在對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)空氣的流速，對(duì)各項(xiàng)功能進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。要想對(duì)空氣流速進(jìn)行有效的處理，需要根據(jù)實(shí)際工程的運(yùn)行情況，選擇合適的空氣流量處理措施。在對(duì)空氣流量進(jìn)行控制時(shí)，要嚴(yán)格按照轉(zhuǎn)輪的額定流量，對(duì)其進(jìn)行有效的調(diào)控，空氣環(huán)境下的流量數(shù)值，不能超過設(shè)備的額定數(shù)值。

圖3 部件優(yōu)化

(三)吸濕劑影響因素及控制措施

除濕轉(zhuǎn)輪設(shè)備在運(yùn)行的過程中，內(nèi)部吸濕劑的解吸再生性能主要體現(xiàn)在兩個(gè)層面。一種是吸濕劑在使用一段期間之后，最終會(huì)出現(xiàn)干燥的狀態(tài)，這一狀態(tài)的發(fā)生，會(huì)受到吸濕劑內(nèi)部平衡含水量的影響。另一種是吸濕劑達(dá)到最終干燥狀態(tài)之后，會(huì)產(chǎn)生再生速率，這取決于吸水劑材料表面的汽化速率、內(nèi)部水分?jǐn)U散傳遞效果的影響。再生速率的大小，也會(huì)受到相關(guān)因素的影響，平衡含水量的數(shù)值變化，與上述參數(shù)的大小存在一定的影響關(guān)系。設(shè)計(jì)人員在對(duì)設(shè)備的除濕功能進(jìn)行研究時(shí)，需要將再生速率的影響作為主要的研究部分，要通過這一區(qū)域的有效調(diào)控，增強(qiáng)設(shè)備的應(yīng)用性能。

設(shè)備內(nèi)部的吸附劑材料再生程序，是將水分清除、吸附處理的全過程。吸濕劑材料的參數(shù)數(shù)值與設(shè)備的性能存在重要的影響，主要包含了材料的應(yīng)用方式，熱空氣等參數(shù)也會(huì)對(duì)設(shè)備的性能產(chǎn)生一定的影響，主要存在流動(dòng)狀態(tài)和濕度數(shù)值等干擾因素。在進(jìn)行設(shè)備使用時(shí)，空氣等參數(shù)的控制方式比較簡單，可以通過提高空氣的濕度含量，使得吸濕劑在使用期間，能夠達(dá)到溫度上升的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)均勻狀態(tài)的干燥處理。空氣中的濕度因子數(shù)值越低，干燥反應(yīng)就越大。在對(duì)熱空氣狀態(tài)下的推動(dòng)速度進(jìn)行增強(qiáng)時(shí)，可以對(duì)干燥環(huán)節(jié)進(jìn)行強(qiáng)化處理，但如果空氣流速超出固定的限值，就會(huì)對(duì)熱力能源的利用率產(chǎn)生一定的影響，甚至?xí)l(fā)資源浪費(fèi)等問題。空氣與吸濕劑之間的接觸程度，與氣流的安排存在一定的聯(lián)系，要保證接觸面良好，才能促進(jìn)再生過程的開展。

(四)空氣潔凈度影響因素及控制措施

利用除濕機(jī)設(shè)備對(duì)空氣與再生空氣的潔凈程度進(jìn)行處理時(shí)，最終的處理效果會(huì)對(duì)吸附劑的應(yīng)用性能產(chǎn)生直接性的影響。轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)設(shè)備不僅可以吸附空氣中的水分，還可以對(duì)空氣中的微小顆粒進(jìn)行有效的處理，降低吸濕劑裂化問題的發(fā)生程度。吸濕劑在使用期間，一旦出現(xiàn)裂痕，會(huì)導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行期間的COP以及冷量減少35%左右。在對(duì)這一問題進(jìn)行防控時(shí)，可以在空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部增加空氣過濾器，對(duì)進(jìn)入設(shè)備的雜質(zhì)進(jìn)行有效的處理。但因?yàn)樵O(shè)備在運(yùn)行過程中，會(huì)增加子系統(tǒng)的運(yùn)行難度，增加了系統(tǒng)的運(yùn)行成本。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要增加財(cái)力資源的投資力度，還需要對(duì)系統(tǒng)原有的運(yùn)行方式進(jìn)行全面的改善，才能保證空氣過濾器設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行。在增設(shè)空氣過濾器設(shè)備之后，還需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期的清洗，才能避免內(nèi)部的灰塵對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生不良影響。

(五)設(shè)備影響因素及控制措施

要想延長除濕設(shè)備的使用壽命，在對(duì)隱患問題進(jìn)行防控的過程中，不僅要對(duì)市場上一些新型的空氣過濾器設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。在對(duì)設(shè)備進(jìn)行改良時(shí)，還需要縮小設(shè)備的體積，降低設(shè)備的運(yùn)行能耗量，避免影響系統(tǒng)的運(yùn)行效果。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，還可以構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，對(duì)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)設(shè)備的運(yùn)行性能變化趨勢進(jìn)行模擬。通過提取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，為設(shè)計(jì)工作的開展，提供有效的支持。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，可以應(yīng)用再生溫度比較低、性能更加優(yōu)異、結(jié)構(gòu)緊湊的設(shè)備。在對(duì)除濕機(jī)設(shè)備進(jìn)行選型計(jì)算時(shí)，需要對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行優(yōu)化處理，確保各個(gè)部件在使用時(shí)能夠發(fā)揮更大的作用，還要通過部件的科學(xué)組裝，提高設(shè)備的運(yùn)行水平。在對(duì)組裝完成之后的除濕機(jī)設(shè)備進(jìn)行性能測試時(shí)，需要對(duì)不同溫度環(huán)境下除濕機(jī)設(shè)備的運(yùn)行能力進(jìn)行全面的檢測，對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行對(duì)比和分析，從中選擇最優(yōu)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)備的設(shè)置。另外，還要對(duì)設(shè)備運(yùn)行期間可能出現(xiàn)的故障問題進(jìn)行預(yù)測，并且制定科學(xué)合理的措施，對(duì)問題進(jìn)行全面的防范。要通過選擇最優(yōu)的吸附劑品種以及除濕機(jī)類型，提高空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低整體的能源消耗量。

結(jié)語

綜上所述，轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)設(shè)備在運(yùn)行過程中，會(huì)受到多元素因素的影響，容易出現(xiàn)故障問題。設(shè)計(jì)過程需要對(duì)這項(xiàng)設(shè)備的應(yīng)用性能進(jìn)行全方位的分析和研究，才能通過設(shè)備的合理配置，構(gòu)建綜合空調(diào)系統(tǒng)。在進(jìn)行除濕機(jī)設(shè)備應(yīng)用時(shí)，轉(zhuǎn)輪本體參數(shù)是由生產(chǎn)商確定的，變化幅度比較小。在對(duì)影響設(shè)備性能的因素進(jìn)行分析時(shí)，需要優(yōu)先考慮空氣等參數(shù)的影響，還要做好露點(diǎn)溫度的控制。要盡可能提高除濕機(jī)設(shè)備的運(yùn)行水平，為系統(tǒng)的高效使用提供有效的支持。