冷凍除濕系統原理及適用性

冷凍除濕系統原理及適用性

　　摘要：空調常被人誤認為只是簡(jiǎn)單的溫度控制，這觀(guān)念在今天已不能滿(mǎn)足不斷變遷中的環(huán)境。許多空調系統面對最近氣候干球溫度與濕球溫度的增加，已發(fā)生能力不足的現象。

　　回顧1990年之最大空調設計干濕球溫度為26.5℃db與19.25℃wb(等于11g/kg絕對濕度)。當時(shí)這個(gè)數據廣為顧問(wèn)公司與工業(yè)界所引用。但到了1995年，此數據已增加到28℃db與21.25℃wb(13g/kg)。在1998年干球設計溫度又再增加，因為那年夏天，英國出現30℃以上的高溫，因此設計值增為30℃db與21.25℃wb(13g/kg)。

　　在2000年，一些顧問(wèn)公司更使用35℃db與25℃wb(15g/kg)，這設計值已涵蓋了大部分工業(yè)制程用途的范圍。

　　當然并非每個(gè)工程師都使用此設計規格，但可以確認的是，夏季高溫與潮濕已與我們同在，而且可以預測未來(lái)亦是如此。

　　潛在的問(wèn)題：過(guò)高的干球溫度表示冷卻設備可能會(huì )有能力不足的現象而影響到人員的舒適感。設備維護人員也會(huì )關(guān)心如此高的干球溫度是否會(huì )超過(guò)冷凝器的最大設計值。此問(wèn)題可以藉由冷凝器前加裝一冷卻板，將過(guò)多的顯熱移除解決。一般而言，若冷卻設備是處在良好的狀態(tài)，應該不會(huì )對廠(chǎng)內制程造成太大的影響。但過(guò)高的濕度就不是這么回事了。

　　高絕對濕度會(huì )以各種不同的方法在許多典型的制程或產(chǎn)品中造成問(wèn)題。困難的是去發(fā)現與確認問(wèn)題的根源(濕度)。

　　一些由高濕所引起的問(wèn)題有：

　　·由于高潛熱負載造成冷卻設備過(guò)載

　　·包裝區的濕度過(guò)高會(huì )造成設備異常

　　·原料會(huì )在潮濕的倉庫中損壞

　　·成品的包裝因吸濕后變得很軟

　　·白色的貨物在未防濕的倉庫中產(chǎn)生褐斑

　　·冷凍庫的結冰速度增快，造成產(chǎn)品中心溫度漂移

　　·蒸發(fā)盤(pán)管結冰過(guò)多造成冷藏溫度漂移

　　·在食物準備區的冷凝水，形成健康與安全的風(fēng)險

　　·在冷卻隧道中冷凝水將未包裝的產(chǎn)品破壞

　　解決方法：

　　一般人都有聽(tīng)過(guò)除濕這兩個(gè)字，但卻少有人熟悉估算主機尺寸的復雜細節。然而，基本的除濕理論是簡(jiǎn)單而易懂的。一旦了解之后，我們就可以仔細的確認除濕的種類(lèi)以符合特定的應用需求。

　　有三種由空氣中除濕的方法：

　　·冷卻空氣使其中的水蒸氣冷凝

　　·藉由增加空氣全壓使其中的水蒸氣冷凝

　　·使用吸濕劑利用蒸氣壓差把空氣中的濕氣吸出

　　上述第二項以壓力為基礎的除濕相關(guān)資料，可以參考壓縮空氣的相關(guān)技術(shù)資料。

　　工業(yè)界常用的除濕方法為：

　　·以冷卻為基礎的方法，包括冷凍除濕系統與冰水系統

　　·化學(xué)除濕(吸濕劑)，包括固體除濕、蜂巢旋轉輪等

　　·一般而言，除濕劑系統常使用冷凍除濕的方式

　　冷卻除濕（冷凍除濕）

　　大部份的人都熟悉冷凝的原理，當空氣被冷卻到露點(diǎn)溫度以下，水氣會(huì )凝結在距離最近的表面，這就是除濕降溫的過(guò)程。除濕的量與空氣被冷卻的程度有關(guān)，溫度愈低，空氣愈干燥。主要的商用與家用空調系統即是利用此原理除濕。冷媒系統先將空氣冷卻，同時(shí)將冷凝的水份排出，再將干空氣送至空間中。

　　冷卻空氣的除濕過(guò)程可以由空氣線(xiàn)圖來(lái)說(shuō)明(圖略)。當空氣由25℃冷卻至14℃，空氣呈現飽和狀態(tài)，相對濕度為100%，此時(shí)仍無(wú)除濕現象。若再進(jìn)一步冷卻空氣，濕氣就會(huì )開(kāi)始凝結出來(lái)，空氣就被除濕了，若由14℃冷卻到10℃，則每公斤空氣可以移除2.4克的水氣。

　　冷卻除濕可以有千種以上的硬件組合(圖略)，但可歸納為下列三種：

　　·直膨冷卻

　　·低溫液體冷卻

　　·除濕再熱系統

　　直膨冷卻

　　直膨系統是讓冷媒氣體膨脹后進(jìn)入冷卻管排中，以低溫的管排表面積移除空氣中的水份。家用空調機與商用天花板空調機大多為直膨系統，有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)為DX主機。

　　液體冷卻

　　低溫液體冷卻系統使用冷媒冷卻流體，低溫流體再流經(jīng)冷卻管排來(lái)冷卻空氣加以除濕。液體可以用水、乙二醇或其它不凍液。在小型空調的應用中，此方式較復雜且成本較高。因此液體冷卻系統常用于大型系統，其安裝成本與運轉效率都比DX系統高。

　　除濕與再熱系統

　　除濕再熱系統可以使用DX或低溫液體系統來(lái)冷卻空氣，但在空氣返回空間之前要加以回熱，家用除濕機即是這種系統，另外商用與工業(yè)用途也常使用，例如游泳池、木材干燥等。一般而言，它是用在高溫與高濕的環(huán)境除濕。

　　冷卻除濕有一個(gè)限制，就是濕氣有可能被凍結在管排上，這會(huì )造成兩個(gè)問(wèn)題。第一是，濕氣被凍結所產(chǎn)生的霜，會(huì )在熱交換器表面形成熱阻抗，使得設備的能力下降。第二是，霜會(huì )阻塞管排造成風(fēng)量減小，最后會(huì )將管排完全阻塞而無(wú)法除濕。若系統在0℃的環(huán)境除濕時(shí)，必須要有除霜系統，以融化管排上的凍結水。除霜時(shí)，除濕與冷卻的功能是暫停的。

　　工程師要了解，在高溫的環(huán)境下除濕，卻又要將空氣除濕至5℃露點(diǎn)溫度(5.4g/kg)以下時(shí)，必須要有一些預防措施。

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