地下建筑專(zhuān)用全新風(fēng)無(wú)級調載除濕機研制一

地下建筑專(zhuān)用全新風(fēng)無(wú)級調載除濕機研制一

　　國防工程中有許多大型地下建筑因涉及有害材料的存放而不允許使用回風(fēng)，只能采用全新風(fēng)通風(fēng)方式。地下建筑洞庫內的環(huán)境特點(diǎn)是低溫高濕，由于夏季洞庫內外空氣的焓差很大，普通除濕機沒(méi)有足夠的制冷量把新風(fēng)露點(diǎn)溫度控制得足夠低，難以保證新風(fēng)進(jìn)入地下建筑洞庫后不結露，從而給通風(fēng)除濕系統的設計和運行帶來(lái)諸多問(wèn)題，所以研制專(zhuān)用于地下建筑的全新風(fēng)除濕機是十分必要的。

　　1、普通除濕機的不適用性

　　1.1普通除濕機的適用場(chǎng)合

　　常用的普通CT型調溫除濕機帶有風(fēng)冷和水冷兩個(gè)串聯(lián)的冷凝器。該機除了可用于降低所服務(wù)區域空氣濕度外，還可利用風(fēng)冷和水冷冷凝器換熱量比例的變化兼控出風(fēng)溫度?？梢灾苯臃旁谑覂仁褂?，也可以安裝在通風(fēng)系統中用于處理回風(fēng)和少量的新風(fēng)。它的運行特點(diǎn)是必須通過(guò)回風(fēng)使室內空氣反復循環(huán)經(jīng)過(guò)除濕機才能逐漸消除室內余濕?？梢哉f(shuō)普通除濕機用于地下建筑時(shí)主要是用來(lái)克服洞庫的內部濕負荷的，它的適用場(chǎng)合是有限的。

　　1.2地下洞庫的環(huán)境特點(diǎn)

　　夏季地下洞庫受巖石溫度較低的影響，室內的壁面溫度也較低，由于地下水的滲透作用，室內壁面有持續散濕現象，空氣相對濕度高。夏季室外新風(fēng)含濕量大，露點(diǎn)溫度很高，如果除濕機不能把新風(fēng)露點(diǎn)溫度控制得足夠低，新風(fēng)進(jìn)入地下洞庫室內就會(huì )結露，使環(huán)境條件惡化，造成各種設備因受潮而損壞。為了防止出現這種情況，應當采取減少新風(fēng)比例，多用回風(fēng)的辦法。但國防工程的地下建筑中有大量的存有特殊材料的洞庫因涉及到有害物質(zhì)和有害氣體的散發(fā)問(wèn)題，不能采用回風(fēng)方式，通風(fēng)系統只能設計成全新風(fēng)的方式。這就給除濕機的使用提出了特殊的要求。

　　1.3地下洞庫中全新風(fēng)系統送風(fēng)狀態(tài)的確定

　　我國華東、華中及華南大部分地區夏季空調室外計算溫度都很高。鄭州tg=35.6℃，ts=27.4℃；長(cháng)沙tg=35.8℃，ts=27.7℃；福州tg=35.2℃，ts=28℃。在這些地區的地下建筑通風(fēng)系統設計中,根據工藝需要的溫濕度條件及洞庫壁溫和洞庫內空氣的熱濕比，一般規定全新風(fēng)系統的送風(fēng)狀態(tài)為tg=20℃，φ=60%。露點(diǎn)溫度約為12.7℃。平時(shí)洞庫內沒(méi)有工藝余熱時(shí)，可將送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)沿等d線(xiàn)上移，把送風(fēng)溫度提高到30℃左右,以克服洞庫壁傳熱負荷。送風(fēng)露點(diǎn)溫度可以隨洞庫壁溫和室溫升高而改變,但不得高于壁溫,只有控制住露點(diǎn)溫度,才能保證新風(fēng)進(jìn)入洞庫與洞庫壁面接觸后不會(huì )結露,同時(shí)新風(fēng)與洞庫壁面散濕混合后仍能保持合適的相對濕度。以上過(guò)程用焓濕圖表示，可參見(jiàn)圖1。在圖1中，設夏季室外新風(fēng)平均狀態(tài)點(diǎn)為W，twg=35℃、φ＝60％，除濕機的機器露點(diǎn)為L(cháng)，tL=12.7℃，送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)為O或O’，tog=20℃,tos=15.1℃；to’g=30℃,to’s=18.5℃,室內狀態(tài)為N，tNg=22℃，φ=70%。從圖1中可查得新風(fēng)處理到機器露點(diǎn)的焓差△h=54kJ/kg干空氣，濕差△d=12.5g/kg干空氣。

　　1.4普通除濕機的串聯(lián)用法

　　普通除濕機的標準進(jìn)風(fēng)狀態(tài)是tg=27℃，ts=21.2℃。其所配壓縮機的制冷量只能保證達到在額定風(fēng)量下產(chǎn)品樣本規定的除濕量之需要。如果某全新風(fēng)系統確定進(jìn)風(fēng)量為L(cháng)=6000m3/h，用圖1中查得的數據可以算出該全新風(fēng)系統所需要的制冷量Q和除濕量W分別為

　　Q=LρΔh/3600=108kW（1）

　　W=LρΔd/1000=90kg/h（2）

　　式中空氣密度ρ=1.2kg/m3。

　　而額定風(fēng)量為6000m3/h的普通除濕機名義制冷量只有36kW，除濕量只有25kg/h，只及所需制冷量和除濕量的三分之一（設計中一般不考慮實(shí)際空調工況下壓縮機的制冷量變化）。為了保證全新風(fēng)系統的需要，設計中只好采用如圖2所示的三臺普通調溫除濕機串聯(lián)運行的方式，力圖保證夏季新風(fēng)進(jìn)入地下建筑洞庫后達到規定的露點(diǎn)溫度，避免結露現象。

　　1.5除濕機串聯(lián)運行帶來(lái)的問(wèn)題

　　雖然從理論上說(shuō)除濕機串聯(lián)運行可以解決處理新風(fēng)時(shí)制冷量不夠的問(wèn)題，但長(cháng)期的運行實(shí)踐證明，除濕機串聯(lián)運行是一種很無(wú)奈的設計選擇，它會(huì )帶來(lái)許多無(wú)法解決的技術(shù)和經(jīng)濟問(wèn)題。

　　1.5.1串聯(lián)工作的除濕機不能在平等的進(jìn)風(fēng)狀態(tài)下工作，處在串聯(lián)下游的除濕機進(jìn)風(fēng)溫度很低，蒸發(fā)器工作效率低，從而導致整機工作狀態(tài)差，運行不穩定，常出現因蒸發(fā)器結霜而導致故障停機現象。

　　1.5.2處在串聯(lián)上游的除濕機必須以水冷方式工作。只有最后一臺機才可以用風(fēng)冷方式工作，而地下洞庫內平時(shí)溫度是偏低的，是需要熱量來(lái)降低相對濕度的。但是只能看著(zhù)大量的冷凝熱量被冷卻水帶入下水道，既流失了大量的能量，又耗費了地下洞庫內十分珍貴的水源。

　　1.5.3串聯(lián)運行的除濕機由于工作狀態(tài)不同，操控困難，操作手對于最終的露點(diǎn)控制效果心中無(wú)數，更談不上隨著(zhù)新風(fēng)負荷的變化及時(shí)調整開(kāi)啟臺數，寧可多開(kāi)，不敢少開(kāi)，盲目性很大。

　　1.5.4串聯(lián)運行的除濕機占地面積大，送風(fēng)阻力大，送風(fēng)機功耗大。為了提高送風(fēng)溫度還要設置較大功率的電加熱器。另外設計中還必須考慮較大的冷卻水庫容及相應的水源設備，電站容量也會(huì )因此而增加。輔助工程量方面的代價(jià)是很高的。

　　1.6小結

　　綜上所述，可以認為普通除濕機不能滿(mǎn)足地下建筑通風(fēng)系統的全新風(fēng)工作方式的需要。應當開(kāi)發(fā)能滿(mǎn)足這種需要的專(zhuān)用型全新風(fēng)除濕機，這對于提高地下建筑的環(huán)境質(zhì)量，節省工程造價(jià)，實(shí)現節能運行有著(zhù)十分重要的意義。

　　2、全新風(fēng)除濕機設計中要解決的關(guān)鍵問(wèn)題

　　2.1解決大制冷量和大換熱量問(wèn)題

　　普通除濕機規格很多，當然也有大制冷量的機型。但是因為換熱器傳熱結構方面的原因，大制冷量的除濕機只能在額定的大風(fēng)量下工作，全新風(fēng)除濕機雖需較大的制冷量，但其額定風(fēng)量只有同樣制冷量的普通除濕機的幾分之一，所以是不能簡(jiǎn)單地用普通大規格除濕機來(lái)代替的。全新風(fēng)除濕機采用了大制冷量壓縮機后，必須對蒸發(fā)器和風(fēng)冷冷凝器的傳熱結構重新設計，以保證在額定風(fēng)量下有理想的換熱量。同時(shí)還要解決好在負荷大幅度變動(dòng)情況下怎樣保持換熱器內制冷劑壓力穩定問(wèn)題。最后還要考慮最大限度地利用好風(fēng)冷工況下的冷凝熱量，使除濕機出風(fēng)溫度上限得到大大擴展，僅在需要調溫運行時(shí)或冷凝壓力較高時(shí)才合理地使用一些冷卻水，做到既節能又省水。

　　2.2解決恒露點(diǎn)送風(fēng)控制問(wèn)題

　　地下建筑洞庫內溫度較低，且一年四季變化不大。但室外空氣溫度變化是很大的。全新風(fēng)除濕機根據夏季新風(fēng)負荷選擇了大制冷量的壓縮機，這在過(guò)渡季節使用顯然是不合算的。既便是在夏季，一天中新風(fēng)負荷也是逐時(shí)變化的，并不是一直處在最高點(diǎn)。為了節能，應當以滿(mǎn)足地下洞庫內相對濕度為基本條件，使全新風(fēng)除濕機以恒定的露點(diǎn)溫度送風(fēng)。當室外溫度下降，新風(fēng)負荷減少時(shí)，恒露點(diǎn)控制系統能迅速地跟隨新風(fēng)負荷的變化發(fā)出指令，使壓縮機自動(dòng)調載減少輸入功率，從而減少制冷量，保持出風(fēng)露點(diǎn)溫度不變，實(shí)現自動(dòng)節能運行。

　　2.3解決壓縮機的自動(dòng)調載問(wèn)題

　　壓縮機的自動(dòng)調載是全新風(fēng)除濕機最具節能意義的重要特點(diǎn)，實(shí)現自動(dòng)調載的辦法有三種，比較如下：

　　2.3.1多機頭分級調載

　　如果壓縮機總功率為35kW，可以采用5kW、10kW、20kW三臺全封閉壓縮機組合，實(shí)現每級為5kW的七級調載。這種方式的缺點(diǎn)是結構復雜，調節級差大，露點(diǎn)控制精度低。

　　2.3.2變頻調載

　　采用變頻器可以使壓縮機實(shí)現無(wú)級調載，但由于壓縮機不適宜在低轉數下工作，所以用變頻器調載的范圍是很有限的，不能滿(mǎn)足全新風(fēng)除濕機在低負荷下的節能運行需要。而直接采用變頻壓縮機則受到單機功率較小和品種規格較少的限制，不易實(shí)現最佳選配。

　　2.3.3小型螺桿式壓縮機無(wú)級調載

　　目前螺桿式壓縮機最小的型號已有功率為25kW的，完全進(jìn)入了全新風(fēng)除濕機適合選用的范圍。采用現代技術(shù)制造的螺桿式壓縮機工藝精良，運行穩定可靠，更可貴的是其具有獨特的滑閥調載功能，可很方便地使能量在25%～100%范圍內無(wú)級調節。雖然價(jià)格稍貴，重量也稍大，但其優(yōu)異的性能和所能帶來(lái)的節能效益足以彌補這些不利因素。與前兩種調載方式比較，螺桿式壓縮機完全滿(mǎn)足了全新風(fēng)除濕機的需要，具有最佳性?xún)r(jià)比，是最好的選擇。

　　3、全新風(fēng)無(wú)級調載除濕機樣機設計方案

　　3.1樣機基本參數

　　3.1.1處理新風(fēng)量6000m3/h；

　　3.1.2標準進(jìn)風(fēng)狀態(tài)tg=35℃，ts=28℃；

　　3.1.3蒸發(fā)器后露點(diǎn)溫度12.7℃±1℃；（可在12.7℃～20℃范圍內根據需要任意設定，進(jìn)風(fēng)溫度較低時(shí)最低可調至8℃）

　　3.1.4出風(fēng)溫度13～36℃±1.5℃（壓縮機減載時(shí)出風(fēng)溫度上限相應降低）；

　　3.1.5除濕量最大90kg/h；

　　3.1.6壓縮機功率30kW；

　　3.1.7壓縮機工質(zhì)R22；

　　3.1.8外形尺寸1900×1500×1800，重量1500kg。

　　3.2樣機的制冷循環(huán)流程設計樣機的制冷循環(huán)流程原理如圖3所示。

　　3.3樣機換熱器選擇1.半封閉雙螺桿壓縮機2.蒸發(fā)器3.風(fēng)冷冷凝器4.水冷冷凝器

　　5.膨脹閥6.膨脹閥溫包7.分液器8.貯液器9.電動(dòng)調節閥

　　10.控制器11.出風(fēng)溫傳感器12.露點(diǎn)溫度傳感器13.電磁閥

　　14.電磁閥１15.電磁閥２16.單向閥17.過(guò)濾器18.冷凝壓力表

　　19.蒸發(fā)壓力表20.高壓繼電器21.低壓繼電器22.制冷劑注入口

　　23.水封彎24.擋水板25.風(fēng)機（機外）26.Y型過(guò)濾器

　　3.3.1蒸發(fā)器采用紫銅套親水膜翅片式；

　　3.3.2與普通除濕機相比，全新風(fēng)除濕機的蒸發(fā)器和風(fēng)冷冷凝器由于過(guò)風(fēng)量小，風(fēng)速低，造成外表面換熱系數比常規小，因而總傳熱系數變小，換熱強度降低。為了加大換熱面積以得到足夠的換熱量。蒸發(fā)器和風(fēng)冷冷凝器都采用了容積可自動(dòng)調節的多級形式。

　　3.3.3水冷冷凝器選擇不銹鋼板式換熱器

　　3.4樣機控制方式

　　3.4.1全機采用可編程控制器(PLC)控制，有遠程通訊接口，可以實(shí)現聯(lián)網(wǎng)控制。

　　3.4.2露點(diǎn)溫度傳感器設在蒸發(fā)器后（見(jiàn)圖3）。開(kāi)機前先根據季節及洞庫內溫度在觸摸液晶顯示器上設定欲控制的新風(fēng)露點(diǎn)溫度，開(kāi)機后，控制器將不斷根據露點(diǎn)溫度傳熱器測得的實(shí)際露點(diǎn)溫度與設定值比較，以PID方式發(fā)出調載指令控制壓縮機的制冷量，使之與動(dòng)態(tài)的新風(fēng)負荷相匹配，自動(dòng)節能運行。

　　3.4.3采用電動(dòng)調節閥控制冷卻水量的方式改變水冷和風(fēng)冷冷凝器的換熱量比例，實(shí)現出風(fēng)溫度自動(dòng)調節。

　　3.5樣機壓縮機選擇

　　選擇半封閉雙螺桿無(wú)級容調壓縮機，能量調節范圍為25%～100%；輸出功率30kW，該壓縮機具有雙重殼體結構，振動(dòng)小、噪聲低、能效比高。

　　3.6膨脹閥選擇

　　采用外平衡式膨脹閥多級分控，或采用電子膨脹閥。

　　4樣機測試及檢驗結果

　　全新風(fēng)無(wú)級調載除濕機樣機在試驗臺上進(jìn)行了各項性能測試及節能效果測試，并通過(guò)了國家制冷設備檢驗中心的檢驗。

　　4.1基本性能測試

　　4.1.1在標準進(jìn)風(fēng)狀態(tài)下,出風(fēng)露點(diǎn)控制范圍為10～20℃,在各種進(jìn)風(fēng)狀態(tài)下出風(fēng)露點(diǎn)控制精度可穩定在±1℃。

　　4.1.2出風(fēng)調溫范圍隨進(jìn)風(fēng)狀態(tài)變化而有不同，最大達13～36℃。出風(fēng)溫度傳感器裝于機上出風(fēng)口時(shí)控溫精度為±1.5℃，裝于被調房間時(shí)控溫精度為±1℃。

　　4.1.3在標準進(jìn)風(fēng)狀態(tài)下除濕量為90.6kg/h。單位輸入功率除濕量為3.55kg(h.kW)

　　4.1.4經(jīng)國家制冷設備檢驗中心的檢驗，所檢項目符合Q/SLJ005-2003、JB/T7769-1995標準規定的要求。

　　4.2節能效果測試

　　4.2.1壓縮機調載運行中的功率測試