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

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

　　1前言

　　用以表征空氣中含水量的濕度和溫度一樣，在我們的生活環境中是無時不在的。它不但影響人們的生活環境，而且對物質的保存和工業生產中某些加工工藝過程，以及在低濕條件下運行的儀器儀表，都有密切影響。特別是在一些濕度要求嚴格的廠房和倉庫，以及鋰電池生產，聚酯切片，防腐，防潮等對空氣有低濕要求的場合，更需要有低濕度的空調環境保證。

　　目前，空氣除濕主要有四種方法，即通風除濕、冷卻除濕、液體吸濕劑除濕和固體吸附劑除濕。在空調除濕工程中，冷卻除濕和固體吸附除濕是主要手段。冷卻除濕在一般條件下除濕效果好，性能穩定且能耗較低，目前應用比較廣泛。但對低濕要求的空氣處理過程，勢必使表面溫度降得很低，當表面溫度低于零度，冷卻盤管容易結霜，除濕能力下降，能耗增加，甚至于無法正常工作，很不經濟。而應用固態吸附原理的轉輪式除濕機，不受露點影響，且除濕量大，特別適用于低溫低濕條件下應用，但由于再生耗熱量大，使這類除濕機能耗偏高。

　　轉輪除濕與冷卻除濕各有所長，如果能優化組合，互補所短，將會更好的發揮其效能。目前，國內外已經有學者關注這種轉輪除濕與冷卻除濕相結合的組合式除濕空調系統，有的轉輪除濕機的生產廠家已進行了這種改進，如DST公司的DE型轉輪除濕機。但是如何使它的結構更趨合理，運行更加經濟，還需要進行不斷的研究與改進。

　　2轉輪與冷卻組合式除濕空調系統及其特性

　　2.1轉輪與冷卻組合式除濕空調系統

　　轉輪與冷卻組合式除濕空調系統，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來加熱再生空氣。

　　圖1所示為轉輪與冷卻組合式除濕空調系統簡圖。圖2為該除濕系統在焓－濕圖中空氣除濕過程，狀態1的混合空氣進入冷卻除濕機，經1降溫減濕至狀態點2，然后進入轉輪除濕機絕熱（等焓）去濕至3狀態，溫度高于除濕機入口的干燥熱空氣，由2等濕冷卻至送風狀態4。在再生空氣側，一定數量的室外空氣W，首先經冷卻除濕機的冷凝器預熱至狀態點5，回收冷卻循環系統除濕和降溫過程所排出的熱量，然后進入再生加熱器加熱至所需的再生溫度，再生轉輪固體吸濕劑后排放到大氣中。

　　2.2轉輪和冷卻組合式除濕空調系統與冷卻除濕空調系統的比較

　　冷卻除濕在一定的范圍內除濕效果好，且性能穩定，但當要求濕度較低時，蒸發溫度很低，除濕能力下降，此時選用轉輪與冷卻組合式除濕空調系統，可以達到很好的效果。

　　如圖2所示，某空調房間要求的室內空氣狀態為N，根據熱濕比ε線，求得所要求的送風狀態點為4。如果采用冷卻除濕空調系統，則狀態1的空氣需要經冷卻除濕至點2’，然后經冷凝器加熱至4點送出；如果采用組合式除濕空調系統，狀態1的空氣先冷卻除濕至狀態點2，然后經轉輪除濕至點3，再等濕降溫至4點送出。從圖上可以看出，2點干球溫度遠遠高于2’點，即組合式空調系統中的冷卻除濕蒸發溫度高于冷卻除濕機中的蒸發溫度，當4點所對應的露點溫度低于0℃時，采用冷卻除濕空調系統容易使表面結霜，而組合式空調系統卻不受露點溫度限制，可以根據需要選擇合適的蒸發溫度，避免了由于蒸發溫度降低而引起的種種不利情況，所以，當送風狀態的露點溫度低于0℃時，采用轉輪與冷卻組合式空調系統比單一的冷卻除濕系統要優越的多。

　　2.3轉輪與冷卻組合式除濕空調系統特性

　　1、冷卻除濕作為前期除濕，突出了冷卻除濕機高露點工況下能耗低且冷卻盤管不易結霜的優點。

　　2、用轉輪除濕進行深度除濕，突出了轉輪除濕機低溫低濕條件下，不受露點限制且除濕量大的優點。

　　3、用冷卻除濕循環系統冷凝器放熱來加熱再生空氣，充分利用系統內部熱能，克服了轉輪除濕機再生耗熱量大的缺點，最終達到節能目的。

　　4、可以利用太陽能、工業廢熱等低溫熱源作為再生加熱熱源，減輕了對電力的依賴，并節約了大量的能源。

　　3轉輪與冷卻組合式除濕空調系統數學模型的建立

　　我們知道，通過實驗來研究除濕機的性能，不失為一研究的方法。但由于影響性能的因素較多，這項工作不僅費時，費力，而且受客觀條件的限制，使得有些實驗無法進行，給深入研究帶來很多困難。隨著計算機在制冷領域的廣泛應用，對除濕機性能進行計算機模擬可以很好的解決這一矛盾，在給定的設備參數和運行工況下，模擬計算可以得出系統穩定運行的情況，獲得大量模擬數據，對模擬系統進行科學分析，所以性能模擬是除濕機性能研究，優化不可缺少的方法之一。

　　本文通過建立適用于轉輪除濕與冷卻除濕組合式空調系統各個部件的數學模型，以VISUALBASIC為編程環境，設計一個基于WIN98/NT操作平臺的轉輪除濕與冷卻除濕相組合式空調系統性能模擬計算程序，以獲得機組在不同工況下運行時性能系數的變化規律。具體措施如下：

　　1、根據制冷劑氣相區狀態方程、飽和蒸汽壓方程、飽和液體密度方程建立了以制冷劑R22為工質的制冷除濕循環數學模型，利用濕空氣的熱力性質計算公式建立了濕空氣處理過程數學模型，以獲得系統熱力計算過程中的狀態參數。

　　2、為了突出問題的主要方面，簡化計算，在建立系統各部件模型的過程中作了必要的假設。本課題的數學模型包括：轉輪除濕機模型，模型，冷凝器模型，模型，再生加熱器模型，節流閥模型等。

　　3、模擬計算程序采用模塊化設計方法，各模塊之間既統一構成一個整體，同時又相互獨立，各模塊可以獨立調用。

　　數學模型計算程序框圖見圖3、圖4。

　　4轉輪與冷卻組合式除濕空調系統模擬結果分析

　　4.1室外空氣溫度對該除濕系統的影響

　　室外空氣溫度25～35℃，室外空氣含濕量22.g/kg，處理空氣風量2500m3/h，再生空氣風量2500m3/h。通過模擬計算得出，該除濕系統的除濕量隨環境溫度的提高而降低，除濕能耗比SPC（能耗量/除濕量；能耗量包括冷卻除濕和等濕冷卻制冷系統耗功、風機耗功、再生加熱耗能，除濕量包括冷卻除濕量、轉輪除濕量）則隨著環境溫度的提高而有所提高。其變化趨勢如圖5所示。

　　4.2室外空氣含濕量對該除濕系統的影響

　　室外空氣含濕量20～30g/kg，室外空氣溫度35℃，處理空氣風量2500m3/h，再生空氣風量2500m3/h。除濕系統的除濕量和SPC隨室外空氣的含濕量的變化規律如圖6所示

　　4.3處理空氣送風量對該除濕系統的影響

　　處理空氣送風量2000～4500m3/h，室外空氣溫度35℃，室外空氣含濕量22g/kg，再生空氣風量2500m3/h。除濕系統的除濕量隨處理風量的增大而提高，如圖7所示。而SPC隨處理空氣量的增大而出現起初減小而后增加的變化，在處理風量變化的過程中出現最小值，如圖所示。隨著風量的增加，冷卻除濕機蒸發壓力升高，的單位功耗減小，制冷劑流量增大，而耗功為制冷劑流量和單位功耗的乘積，在風量變化初期，制冷劑流量的增加小于單位耗功的減小，所以剛開始除濕能耗比是減小的，但當風量增大到3000m3/h后，制冷劑流量的增加大于單位耗功的減小，且阻力對制冷系統性能的影響增加，同時風量的增加引起了風機的功率上升，以致整個機組的總能耗也上升，當上升的幅度超過了除濕量的增加時，除濕能耗比SPC開始增大。

　　5結論

　　1、在低濕環境條件下，采用轉輪與冷卻組合式除濕空調系統具有冷卻除濕機不可比擬的優越性。它可以避免冷卻除濕機在低蒸發溫度下盤管容易結霜的缺點，同時又充分利用系統內部熱能，克服了轉輪除濕機再生耗熱量大的缺點，從而實現了冷卻除濕與轉輪除濕的有機結合。

　　2、應用模擬程序，對轉輪與冷卻組合式除濕空調系統的穩態運行特性進行了計算機模擬計算，對系統在不同室外溫度、含濕量和風量下，其除濕量和除濕能耗比的變化規律進行了分析，所得結果為該系統的進一步研究及優化運行提供參考。

　　參考文獻

　　1、薛殿華，空氣調節，清華大學出版社，1991

　　2、袁衛星，開式固體除濕空調關鍵部件及系統分析，北京航空航天大學學報，1997.10

　　3、代彥軍，俞金娣，轉輪式干燥冷卻系統的參數分析與性能預測，太陽能學報，1998.1

　　4、張衛紅，轉輪與冷卻組合式除濕空調系統變工況穩態性能模擬與分析，東南大學碩士研究生學位論