圖文解讀：轉輪除濕技術及應用

圖文解讀：轉輪除濕技術及應用

　　在工業(yè)生產過程中，隨著人們對空氣、水源、食品、醫(yī)藥等品質要求的不斷提高，生產環(huán)境中濕度的控制成為一個重要指標。目前比較成熟的除濕技術有冷卻式除濕、液體吸收式除濕、固體吸附式除濕、膜法除濕及轉輪除濕。

　　轉輪除濕原理

　　轉輪除濕機的關鍵是位于機組中部的除濕轉輪。除濕轉輪是一個載有吸濕劑的蜂窩狀的特殊紙質轉輪，由于蜂窩狀孔徑僅1.5mm，故1m3的轉輪紙芯吸濕面積達3000m2。空氣流經蜂窩狀孔道處于邊界層流狀態(tài)，濕交換效果好，所以除濕能力較強。

　　除濕轉輪的原理是采用減速電機驅動或同步帶傳動，轉輪以每小時8~14轉的速度緩慢轉動。轉輪圓面的3/4區(qū)域是處理區(qū)。需要處理的空氣通過處理區(qū)時，空氣中的水分被附著在特殊纖維上的吸濕劑吸收，成為低濕干燥空氣，從另一端吹出，由風機經管道送到所需的區(qū)域。

　　與此同時，再生的空氣經過過濾、加熱到120±10℃，通過相反方向進入轉輪剩下的1/4的區(qū)域。將緩慢進入再生區(qū)域的附著在特殊纖維上的吸濕劑的溫度升高，使附著在特殊纖維上的吸濕劑所含水分汽化，并被帶出轉輪，使附著在特殊纖維上的吸濕劑恢復吸濕功能，即吸濕劑得到再生。

　　轉輪緩慢轉動時，轉輪附著在特殊纖維上的吸濕劑的吸濕和再生過程是同時進行的，故轉輪除濕機能保證連續(xù)、穩(wěn)定地輸出干燥空氣。波紋狀介質中載有吸濕劑，設計結構緊湊，而且可以為濕空氣與吸濕介質提供充分接觸的巨大表面積，提高了除濕機的除濕效率。

　　專業(yè)基礎

　　干球溫度：用普通溫度計測得的濕空氣的正常溫度。用符號t表示。單位：℃（攝氏度）。濕球溫度：溫度計水銀球包裹有含水棉芯，并有一定流速的空氣吹過棉芯時，該溫度計所指示的溫度。用符號ts表示。單位：℃（攝氏度）。露點溫度：空氣濕度達到飽和時的溫度，換言之空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r候的溫度叫露點溫度。一般凝結水或露水現(xiàn)象可以用露點溫度形成來解釋。用符號tl表示。單位：℃（攝氏度）。含濕量（絕對含水量）在濕空氣中，與1kg干空氣同時并存的水蒸汽量稱為含濕量。用符號d表示。單位：g/kg(克/千克)。

　　絕對濕度：單位體積濕空氣中所含水蒸氣的質量，即濕空氣中水蒸氣的密度。用符號dq表示。單位：g/m3(克/立方米)。相對濕度：濕空氣的絕對濕度與相同溫度下可能達到的最大絕對濕度之比。也可表示為濕空氣中水蒸氣分壓力與相同溫度下水的飽和壓力之比。用符號φ表示。單位：%（百分比）。焓值：空氣中的焓值是指空氣中含有的總熱量，通常以干空氣的單位質量為基準，稱作比焓。工程中簡稱為焓，是指一千克干空氣的焓和與它相對應的水蒸氣的焓的總和。（空氣的焓值是指空氣所含有的決熱量，通常以干空氣的單位質量為基準。）用符號h表示。單位：kj/kg（千焦/千克）。除濕量：空調系統(tǒng)運行時，單位時間內從密閉空間、房間或區(qū)域的空氣中除去的水分。單位：g/h(克/小時)

　　加濕量：空調系統(tǒng)運行時，單位時間內向密閉空間、房間或區(qū)域的空氣中添加的水分。單位：g/h(克/小時)

　　循環(huán)風量：空調系統(tǒng)單位時間內向密閉空間、房間或區(qū)域送入的風量。用符號Q表示。單位：m3/h（立方米/小時）。

　　換氣次數：空調系統(tǒng)單位時間內向密閉空間、房間或區(qū)域送入的送風量對該空間的倍數。單位：次/小時。運行功率：亦稱額定功率，用電裝置在正常工況時運行的功率。用符號W表示。單位：kW（千瓦）。單位換算

　　卡（cal）：熱量單位，又稱卡路里。1千卡=1大卡=1000kcal=4.1868kJ；焦（J）：熱量單位。1千焦(kJ)=0.239千卡(kcal)，1焦(J)=0.239卡(cal)。1千瓦時（kW?h）=3600千焦（kJ）=860千卡(kcal)。焓濕圖：

　　焓濕圖是將濕空氣各種參數之間的關系用圖線表示。從圖上可查知溫度、相對濕度、含濕量、露點溫度、濕球溫度、水蒸氣含量及分壓力、空氣的焓值等空氣狀態(tài)參數。為了解空氣狀態(tài)及對空氣進行處理提供依據。圖上亦可反映出空氣的處理過程。溫度t、含濕量d和大氣壓力B是空氣的基本參數，它們決定了空氣的狀態(tài)，并可以由此計算出該空氣狀態(tài)的其余參數。

　　注意，每一張焓濕圖都是按規(guī)定的大氣壓繪制的，因此在計算工作中，應選用與要求大氣壓相符的（或接近的）焓濕圖。

　　圖中：等φ線是曲線，等h線是傾斜直線，等d線是垂直線，等t線接近水平，看似平行，實際互不平行。水蒸氣分壓力（Pq）標尺為水平線。最低的一根等φ線，其值為φ=100%。這條曲線稱為飽和線。狀態(tài)在這條線上的空氣處于飽和狀態(tài)。在其他φ線上的空氣都是非飽和的。空氣狀態(tài)不可能位于飽和線以下的區(qū)域中。

　　關于焓濕圖，請查看暖通南社相關課件《看懂焓濕圖并學會在設計中的運用》。

　　轉輪除濕的吸附介質

　　1氯化鋰

　　氯化鋰是最早用來作為轉輪除濕機的吸附材料的，它屬于一種高含濕量的吸濕鹽，易再生，具有高度化學穩(wěn)定性。此外，氯化鋰吸附劑具有強烈的殺菌能力，因此，氯化鋰作為除濕劑被廣泛應用于醫(yī)藥、食品等對空氣潔凈度和濕度要求較高的領域。但是氯化鋰在低濕度范圍除濕量小、除濕能力低，而且吸濕時易形成液體從基體逸出，對除濕設備周圍的金屬產生腐蝕，這些不足在很大程度上限制了除濕機中氯化鋰吸附劑的用量，也即限制了除濕機的除濕量。

　　2硅膠

　　硅膠是繼氯化鋰后研究應用比較多的一種固體吸附劑，其吸濕能力、再生能耗等方面較氯化鋰稍差，但由于在吸附、解吸過程中始終保持固態(tài)，有良好的物理化學穩(wěn)定性，克服了氯化鋰吸附劑容易液化逸出的缺點，即使在高濕度下（100%）也能保持轉輪表面不結露，對周邊設備無腐蝕。同時當轉輪長期使用過程中因灰塵或油污覆蓋表面影響除濕效率時，可采用清水（除灰塵）或清潔劑（除油污）直接清洗掉使之恢復，因此得到了廣泛的應用。

　　目前制備硅膠轉輪最有效方法為浸漬法。其工作原理是：在無機纖維基材上讓水玻璃與酸就地反應，使生成的硅膠較為均勻地分散在纖維表面及其空隙中，構成塊體吸附劑。

　　硅膠作為吸附材料存在的不足：

　　（1）吸附性能有待提高；

　　（2）耐熱性能需要加強,由于硅膠耐熱性能較弱,除濕轉芯長時間處于80～150℃再生環(huán)境中，易出現(xiàn)熔融、塌陷、堵塞孔道等現(xiàn)象,從而使系統(tǒng)吸附效率降低；

　　（3）機械強度有待增強，由于硅膠與陶瓷纖維作用力較弱，使得轉芯材料機械強度較差，在系統(tǒng)運行過程中，易出現(xiàn)粉化、掉粉現(xiàn)象，從而影響其使用壽命。

　　3沸石分子篩

　　沸石分子篩是研究及應用比較多的固體吸附劑材料，它在低濕度環(huán)境下仍能吸濕的優(yōu)異性能，使它非常適用于低露點深度除濕；另一方面即使在較高溫度下（如100～120℃）分子篩仍保持13%以上的吸水率，而硅膠的吸水率幾乎為零。因此在電子、精密儀器等一些對濕度要求非常低及環(huán)境溫度較高的情況下，分子篩除濕得到廣泛的應用，應用分子篩的轉輪除濕機其出風口空氣露點最低可達到-60℃。

　　轉輪除濕機用各種吸附材料的對比

　　轉輪除濕器與空調系統(tǒng)的結合

　　（1）轉輪除濕器與一般空調系統(tǒng)的結合

　　對于室內冷負荷和濕負荷都較大的場合，或新風負荷較大，室內要求濕度較低的環(huán)境，如果靠常規(guī)制冷就要降低蒸發(fā)溫度或采用乙二醇溶液，把空氣冷卻到很低的溫度，有時還要加熱以防房間溫度過低。這樣既增加系統(tǒng)能耗，而且冷卻盤管容易結霜，導致COP值下降。如果由轉輪除濕器承擔濕負荷，機械制冷承擔顯熱負荷，就能達到比較滿意的效果。這就是除濕技術與一般空調相結合的基本思路。在這里使用的是氯化鋰轉輪除濕器。

　　轉輪除濕器內部共有二路空氣流，分別是處理空氣流，再生空氣流。處理空氣流1匯同從房間出來的一次回風至2，首先經過一級蒸發(fā)器至3，在這里空氣被冷卻，溫濕度降低，然后通過處理風入口進入轉輪除濕器至4，其中所含的絕大部分水分被留在轉輪除濕器中，以備再生空氣流帶走，此時再匯同二次回風至5，達到了送風所要求的濕量，然后再經過二級冷卻器至6，處理空氣等濕降溫，達到送風狀態(tài)，然后送入房間：再生空氣流經過一個熱交換器，溫度升高，然后在加熱器中形成高溫干燥的再生氣，再進入轉輪除濕器的再生區(qū)，將其中的水分帶出，經過換熱器換熱，然后排到大氣。為了達到節(jié)能的效果，我們利用了房間回風。

　　轉輪除濕器之前設置一級蒸發(fā)器的目的是冷卻新風和一次回風，當處理空氣溫度較低時，氯化鋰表面水蒸汽分壓力下降，從而導致除濕效率上升。設置二級蒸發(fā)器的目的是冷卻從轉輪除濕器出來的高溫處理空氣，等濕降溫。對氯化鋰轉輪除濕器來說，再生空氣溫度達到90℃，氯化鋰就已完全再生，此時COP最大。如果再生空氣溫度大于或小于90℃，COP均減小。

　　（2）除濕轉輪與燃氣空調系統(tǒng)的結合

　　轉輪除濕方式的主要能耗是在轉輪的再生氣部分，如果不使用電加熱再生而使用廢熱或太陽能再生，那么節(jié)能效果將更佳。用燃氣加熱再生空氣，可以輕易地得到較高的再生溫度。

　　（3）除濕轉輪與蒸發(fā)冷卻空調系統(tǒng)的結合：開式通風型空調。

　　室外新風1首先進入轉輪除濕器至2，空氣中的水分被吸收或吸附。同時釋放出汽化潛熱，使處理空氣濕度降低，溫度升高。處理后的空氣由風機送至顯熱交換器至3。與此同時，再生空氣進入水直接蒸發(fā)冷卻器，直接蒸發(fā)冷卻(DEC)使空氣與水直接接觸，水在焓值不變的情況下和空氣進行熱濕交換，蒸發(fā)吸熱，該空氣處理過程是絕熱加濕過程，主要其冷卻加濕的作用。再生空氣經過噴淋降溫后送至顯熱交換器。在顯熱交換器里，處理空氣和再生空氣換熱后送入直接蒸發(fā)冷卻器至4，經過噴淋降溫后送入室內。同時，再生空氣經加熱器加熱后，送入轉輪除濕器的再生區(qū)。

　　除濕工藝計算

　　單位時間為維持房間恒溫恒濕，需要空調系統(tǒng)向室內提供的冷量稱為冷負荷；相反，為補償房間失熱而需要向室內提供的熱量稱為熱負荷。為了維持室內相對濕度恒定需從房間除去的濕量稱為濕負荷。

　　濕負荷是亦指空調房間的濕源向室內的散濕量，濕源包括墻門等圍護滲漏、人體、水槽表面、地面積水、洗滌洗浴、燃燒、工藝過程；另外，濕負荷還應包括空調系統(tǒng)的新風和回風等等。

　　濕負荷計算：1房間滲漏濕負荷公式：Mf=Δd×K1×K2×ρ×V式中：Mf：房間滲漏濕負荷，g

　　Δd：室內外空氣含濕量差值，g/kgK1：房間密封性好K1=0.1，一般K1=0.2，其次K1=0.3K2：房間體積＜400立方米時K2=1；400≤房間體積≤立方米時K2=0.8；房間體積＞時K2=0.6。

　　ρ空氣密度，kg/m3。一般取1.29kg/m3；V房間體積，m3。2墻體滲透濕負荷公式：Mq=ΔPq×k×A式中：Mq：墻體滲透濕負荷，g；ΔPq：室內外空氣水蒸氣壓力差，Pa；k：滲透系數，一般k=0.2；A：與外界接觸的圍護面積，m23門開關濕負荷公式：Mm=Δd×T×ρ×A×n式中：Mm：門開關濕負荷，g/h；

　　Δd：室內外空氣含濕量差值，g/kgT：門單次開啟持續(xù)時間，h/次；

　　ρ：空氣密度，kg/m3。一般取1.29kg/m3；A：門面積，m2；n：一小時內門的開啟次數，次/h。

　　4室內人員濕負荷公式：Mr=q×p式中：Mr：室內人員濕負荷，g/hq：人員散濕量，輕度勞動100g/h·人

　　中度勞動150g/h·人；重度勞動200g/h·人（一般取中度勞動）p：室內人數，人除濕一般工藝流程：

　　工作流程：轉輪除濕機的工作流程可分幾個部分完成：預冷/預熱（供選件）—轉輪除濕—后冷/后熱（供選件)。

　　預冷/預熱：利用冷凍水降低空氣的溫度，空氣在降溫過程中，其相對濕度逐漸接近飽和狀態(tài)，在達到要求的溫度時，高于該空氣溫度飽和狀態(tài)的多余水份會析出，起到降溫除濕的目的。

　　轉輪除濕：除濕轉輪在除濕段內部由密封系統(tǒng)分為處理區(qū)域和再生區(qū)域，除濕轉輪以8-10轉/小時的速度緩慢旋轉，以保證整個除濕為一個連續(xù)的過程。

　　當處理空氣通過轉輪的處理區(qū)域時，其中的水蒸汽被轉輪中的吸濕介質所吸附，水蒸氣同時發(fā)生相變，并釋放出潛熱，轉輪也因吸附了一定的水份而逐漸趨向飽和；這時，處理空氣因自身的水份減少和潛熱釋放而變成干的、熱的空氣。