綜述影響轉輪除濕機性能的各個(gè)因素

綜述影響轉輪除濕機性能的各個(gè)因素

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　　轉輪除濕機是目前工業(yè)上重要的除濕設備之一，應用廣泛，因此經(jīng)常接到有關(guān)各種因素對轉輪除濕機性能的影響等相關(guān)問(wèn)題。技術(shù)部總結了轉輪除濕機本體參數及空氣參數等影響除濕性能的因素，提出了以被除濕后的處理空氣露點(diǎn)控制優(yōu)先的觀(guān)點(diǎn)，可以為廣大用戶(hù)正確配置轉輪除濕機提供建設性的理論指導。關(guān)鍵詞：轉輪除濕機露點(diǎn)溫度轉輪吸附式除濕機導讀：隨著(zhù)世界能源和環(huán)境問(wèn)題的進(jìn)一步突出，除濕技術(shù)的優(yōu)越性及期所帶來(lái)的經(jīng)濟效益開(kāi)始被人們認識并且逐步得到發(fā)展，轉輪除濕機是干燥設備類(lèi)的主要設備之一，全面了解其性能是正確選擇和配置除濕系統的基礎。分析影響轉輪除濕機性能的因素主要從轉輪自身的技術(shù)參數和空氣參數兩方面來(lái)考慮，轉輪除濕機自身參數的優(yōu)化工作可以由設備制造商來(lái)完成，提供相應的數據和圖表來(lái)描述其產(chǎn)品全性能，以便于使用者選擇；空氣方面的參數是由專(zhuān)業(yè)且經(jīng)驗豐富的工程師來(lái)確定，具體應用于實(shí)際工程之中。標準除濕機外型尺寸（單位：MM）型號L----L1---W---H---H1--H2ZTZTZTZTZTZT一、轉輪除濕機自身參數的影響轉輪除濕機中的自身參數是指吸濕劑（蜂巢）質(zhì)量分數、吸濕劑（蜂巢）的厚度、吸濕劑（蜂巢）的比表面積、吸濕劑（蜂巢）顆粒大小、吸濕劑的溫度、轉輪的轉速、再生區扇形角等。有的轉輪本體參數是由吸濕劑性質(zhì)決定的，如吸濕劑顆粒的直徑越小，氣固接觸的面積越大，而且減少了吸濕劑內部擴散的距離，縮短了再生階段的時(shí)間；但是顆粒越小，顆粒間的孔隙率也減小，使氣流穿透阻力增加。有的轉輪本體參數是由除濕轉輪的形狀確定的，如吸濕劑的放置方式會(huì )影響到接觸面積。有些轉輪本體參數是由除濕和再生過(guò)程氣流決定的，如吸濕劑的溫度，在空氣處理過(guò)程中的吸濕劑溫度越高，越有利于提高吸濕劑表面水蒸汽的壓力，加速吸濕劑水分的汽化，而且可以降低吸濕劑內部溶液的粘度，有利于水分向外擴散，但是在再生過(guò)程中，吸濕劑內外溫度并不是一致的，一般是表面溫度高于內部溫度，由于內外溫度差和濕度差的推動(dòng)方向正好相反，其綜合結果是減小了內部擴散的推動(dòng)力，對解吸再生是不利的。標準除濕機技術(shù)參數Ⅰ型號處理風(fēng)量m3/h額定除濕量(kg/h)處理風(fēng)機功率(kw)處理余壓（pa）再生風(fēng)機功率(kw)再生余壓(pa)再生加熱最大耗電量電功率(kw)蒸汽量kg/h電加熱蒸汽加熱ZTB-...65.6ZTB-...36.3ZTB-..36.3ZTB-.67...89.8ZTB-.77..610.6ZTB-..116.1ZTB-...616.6ZTB-..620.6ZTB-...620.61、吸濕劑質(zhì)量分數的影響除濕轉輪是由不能吸濕的支撐材料和吸濕劑組成的，吸濕劑所占總的質(zhì)量的百分比稱(chēng)為吸濕劑質(zhì)量分數f。有研究表明[3]，在相同的質(zhì)量下，f值增大，吸濕劑的質(zhì)量增加，除濕機出口的空氣濕度降低，空調系統的制冷量增加，COP值也增大。在0~0.6之間，吸濕劑質(zhì)量分數對除濕性能的影響最大，超過(guò)0.6后其影響能力大為減弱，在實(shí)際應用中一般取f值為0.8~0.85，而且減小金屬支撐材料的比例也可以有效降低除濕轉輪的總熱容量，有利于改善轉輪系統的除濕性能。2、轉輪轉速的影響轉輪轉速也是影響其性能的重要因素，全熱交換器與除濕機對轉速的要求是不同的。提高轉速可以使換熱效果增強，但是這樣由于吸濕劑在再生區停留的時(shí)間變短，得不到充分的再生，會(huì )使除濕效果降低；轉速太低則使吸濕劑在除濕區停留的時(shí)間過(guò)長(cháng)，會(huì )造成靠近再生區的部分區域的吸附劑由于飽和而失去繼續除濕的能力，也會(huì )降低除濕效果；所以從除濕機的性能考慮，選擇合適的轉速是較關(guān)鍵的步驟。確定轉速可以從除濕量、制冷量和COP等方面來(lái)考慮：在5r/h的轉速時(shí)除濕效果好，在10r/h的轉速時(shí)系統的COP最高，故轉輪的轉速宜選擇在5~10r/h之間[3,6-8]。3、再生區扇形角的影響在實(shí)際應用中，對再生區扇形角jR的要求應該兼顧以下方面的考慮：吸附劑再生容易，并且能夠得到充分再生；出口處的處理空氣濕度也可以降得很低；除濕機具有較高的性能系數，得到單位冷量所消耗的能量??；制冷機的制冷量較大。滿(mǎn)足以上綜合要求才能夠可以較好地確定再生區扇形角。一般情況下，因為再生空氣的溫度較高，轉輪的再生區域約占轉輪總面積的1/4，即再生區扇形角jR為900。若改變再生空氣溫度、再生空氣的流量等，為使之能夠有效再生，都需要改變除濕轉輪再生區扇形角[3,5,10]。轉輪的再生扇形角體現了除濕與再生的吸濕劑所占的比例，從除濕、系統性能及系統制冷量等角度來(lái)考慮，再生區扇形角jR的影響是不相同的。從除濕角度來(lái)看，在除濕區和再生區空氣流量一定的條件下，再生區扇形角太小會(huì )使吸附劑不能充分再生，降低除濕效果；但是再生區域太大，又會(huì )使除濕區域減小，吸附劑得不到充分冷卻，也會(huì )降低除濕性能，因此必定存在一個(gè)較優(yōu)比例。4、空氣參數對除濕性能的影響轉輪除濕供冷空調系統中的空氣包括處理空氣和再生空氣，處理空氣的參數（溫度、濕度、流速等）直接影響到轉輪除濕機的除濕性能，而再生空氣的參數（溫度、濕度、流速等）直接影響到除濕機的再生性能，進(jìn)而影響除濕機的吸附除濕性能，因此這兩者是相互制約的[10-12]。了解兩類(lèi)空氣中各參數的影響，對于配置合適的系統，使之高效、節能運行是有利的。二、處理空氣參數的影響對于全新風(fēng)式和循環(huán)式的空調系統，處理空氣最終都要送入空調區域，它的參數直接影響到空調的效果和系統的能耗，因此人們對處理空氣參數對空調系統的影響是較重視的，也開(kāi)展了相應的研究工作。1、進(jìn)口處處理空氣溫度的影響除濕機處理空氣的進(jìn)口溫度受到系統形式的影響：全新風(fēng)系統的進(jìn)口溫度一般是室外氣溫；回風(fēng)系統的溫度則是空調房間的溫度；混合系統則可以通過(guò)調節新、回風(fēng)比例來(lái)達到適當的溫度。了解不同溫度下吸濕劑的吸濕性能是有必要的。分析吸附劑在不同溫度下的吸附等溫線(xiàn)可以知道同一類(lèi)吸附劑在相同的壓力下，溫度越高，吸附劑的吸附能力越低；吸濕劑的吸濕性能也是隨著(zhù)空氣溫度的升高而降低的。在實(shí)際工程中希望通過(guò)降低進(jìn)口空氣的溫度來(lái)提高除濕轉輪的性能?？梢酝ㄟ^(guò)預冷措施來(lái)降低除濕轉輪進(jìn)口的處理空氣溫度，使轉輪對較低溫度的空氣進(jìn)行除濕。預冷會(huì )使除濕供冷空調系統的性能明顯改善：對于同樣的空氣初始條件和最終處理要求，采用預冷措施之后，可以使冷量增加約13%，COP提高4%[3]。但是預冷需要提供冷源、換熱器，增加了系統的初投資；預冷空氣被預冷后，與冷卻空氣之間的溫差減小了，減小了傳熱的動(dòng)力；應綜合考慮這些不利因素對供冷空調系統性能的影響。2、進(jìn)口處處理空氣濕度的影響進(jìn)口處理空氣濕度的影響可以從以下方面來(lái)分析[7,11]：(1)在干球溫度相同時(shí)，空氣的相對濕度越大，其含濕量也越大，空氣中水蒸汽的分壓力越接近飽和水蒸汽分壓力，與吸濕劑表面空氣的壓力差增大，增大了除濕的推動(dòng)力，可以使設備的除濕量增加。(2)在含濕量相同時(shí)，空氣中水蒸汽的分壓力是定值，此時(shí)空氣的相對濕度越大，其干球溫度越低，除濕轉輪表面空氣的飽和水蒸汽分壓力越低，有利于除濕過(guò)程的進(jìn)行。(3)在相對濕度相同時(shí)，空氣的含濕量越高，空氣的干球溫度也越高，處理空氣的溫度升高會(huì )使得除濕轉輪表面的飽和空氣溫度升高，從而使之飽和水蒸汽分壓力也升高，這對于空氣的除濕是不利的；但是空氣含濕量的增加會(huì )使得空氣中的水蒸汽分壓力相應升高，這是除濕的有利因素；因此對除濕過(guò)程的影響需要將兩者綜合考慮?？梢?jiàn)在除濕供冷空調系統中以空氣的含濕量作為空氣濕度衡量標準是較為準確的，而含濕量直接對應的是空氣的露點(diǎn)溫度，因此將空氣的露點(diǎn)溫度作為空氣濕度的控制量是合適的。3、處理空氣流速的影響空氣的流速越低，空氣與吸濕劑的接觸時(shí)間越多，兩者之間的熱、質(zhì)交換也越充分，但是單位面積的處理空氣量較小。增大空氣的流速，會(huì )使對流換熱系數和傳質(zhì)系數增加，這是空氣與吸濕劑之間的對流傳質(zhì)的有利因素；但是風(fēng)速增大也使兩者之間的接觸時(shí)間縮短，可能會(huì )使得處理空氣在轉輪中還沒(méi)有被有效除濕就出轉輪，對除濕不利，可能導致空氣不能達到預定的濕度。故合適的空氣流速也是此類(lèi)空調系統的重要參數，設計合理的除濕轉輪中一般是將處理空氣在轉輪中的通過(guò)時(shí)間設定在約0.2s，轉輪總的傳熱單元數NTU約為10[10]。處理空氣流速對于實(shí)際工程應用的影響主要體現在處理空氣流量的確定：在除濕轉輪的規格確定之后，處理空氣的流量不應該超出轉輪的額定流量過(guò)多。（1）再生空氣參數的影響除濕轉輪中吸濕劑解吸再生性能主要體現在兩個(gè)方面：一是吸濕劑最終能夠達到的干燥狀態(tài)，這取決于吸濕劑的平衡含水量；二是達到最終干燥狀態(tài)的再生速率，這包括吸濕劑表面的汽化速率和吸濕劑內部水分的擴散傳遞速率，其大小取決于以上兩種速率中的主要影響部分，主要是由速率較低的過(guò)程所支配；平衡含水量與再生速率是相互影響的，人們在應用研究中側重于再生速率的影響。轉輪除濕機中吸附劑的再生過(guò)程實(shí)質(zhì)是將水分趕出吸附劑，進(jìn)入再生空氣的過(guò)程，吸濕劑的再生過(guò)程主要受到吸濕劑與熱空氣兩方面因素的影響。吸濕劑參數對除濕機性能的影響主要體現在：吸濕劑形狀、吸濕劑的放置方式、吸濕劑溫度等；熱空氣參數對除濕機性能的影響主要體現在：溫度、含濕量、流動(dòng)速度、與吸濕劑的接觸情況等。在實(shí)際應用中，更容易控制的是再生空氣的參數，因此人們更關(guān)注再生空氣對除濕機性能的影響：空氣含濕量不變時(shí)，提高空氣的溫度，不但可以加強汽化和帶走水分的能力，而且可以對吸濕劑進(jìn)一步升溫，提高吸濕劑表里之間水分的擴散速率，對恒速干燥階段和減速干燥階段都有利，但是每種吸濕劑都存在允許的最高溫度值；空氣的含濕量越低，帶走吸濕劑中水分的能力越強，干燥過(guò)程的推動(dòng)力越大，因而干燥速率越高；提高熱空氣的流動(dòng)速度，可以有效地強化干燥過(guò)程，對傳熱和傳質(zhì)都有利，但是空氣流速大，與吸濕劑的接觸時(shí)間短，熱能的有效利用率降低；空氣與吸濕劑的良好接觸有利于吸濕劑的干燥均勻，合理安排氣流，獲得較大的氣固接觸面積,可以有效地強化再生過(guò)程。以下重點(diǎn)探討再生空氣的溫度、濕度和流速等參數對轉輪除濕機性能的影響。（2）進(jìn)口處再生空氣溫度的影響再生空氣的溫度是直接影響到轉輪除濕機性能的重要參數，若在較低的再生溫度下，轉輪中進(jìn)行的主要是全熱交換過(guò)程；隨著(zhù)溫度的升高，轉輪中吸濕劑解吸再生的趨勢才逐漸明顯，直至整個(gè)過(guò)程都是由解吸再生趨勢控制。人們希望能夠充分利用低品位的熱源來(lái)作為轉輪解吸再生的能源，低品位能源可能溫度不高，使得再生空氣被升溫的幅度有限。再生空氣溫度是如何影響轉輪除濕機的性能，再生空氣的溫度降至何值時(shí)仍可確保進(jìn)行的主要是除濕過(guò)程，都是人們所關(guān)心的問(wèn)題。所以確定再生空氣溫度對轉輪除濕機性能的影響，如何判斷轉輪中進(jìn)行的傳熱傳質(zhì)過(guò)程是全熱交換過(guò)程還是吸濕-解吸再生過(guò)程，導致兩者分界點(diǎn)的再生溫度在何處，是本文研究的重點(diǎn)之一。在轉輪式全熱交換器中，兩股空氣的主要過(guò)程是將處理空氣中的水分傳遞給再生空氣，并且將低溫側的溫度升高，此時(shí)轉輪除濕的數學(xué)模型應該改為全熱交換器的數學(xué)模型；而且由于全熱交換過(guò)程最合適的熱空氣區扇形角jR是1800，若此時(shí)仍然按照除濕過(guò)程來(lái)設置再生區扇形角jR為900，也不能夠使全熱交換過(guò)程高效率地進(jìn)行；此外作為全熱交換器的轉輪的轉速也比除濕轉輪所要求的轉速要快得多[19]。這些都是研究轉輪除濕過(guò)程必需考慮的問(wèn)題。轉輪除濕氣流類(lèi)型除濕區/再生區=3:1除濕/再生風(fēng)量=3:1轉輪厚度=200MM除濕側風(fēng)速=2M/S（20℃）再生溫度TR1=140℃再生側進(jìn)風(fēng)濕度XR1=23g/kg除濕側進(jìn)風(fēng)溫度TP1=10、20、30℃吸濕劑可能在不同的再生溫度下工作，此時(shí)除濕機的性能如何是人們關(guān)心的問(wèn)題。吸濕劑的再生過(guò)程分為預熱期、等速干燥和減速干燥等階段，在不同的階段，溫度的影響是不盡相同的。再生空氣的溫度都高于此時(shí)吸濕劑的溫度，吸濕劑被空氣加熱，吸濕劑在向外蒸發(fā)水分的同時(shí)，溫度也升高，當吸濕劑的表面溫度與空氣的濕球溫度相等時(shí)就達到穩定狀態(tài)。對于同一吸濕劑而言，如果再生空氣的溫度升高，會(huì )使吸濕劑的表面溫度上升，吸濕劑的表面溫度上升之后，其表面的蒸發(fā)壓力也提高了，即與吸濕劑表面接觸的空氣的水蒸汽分壓力提高，這樣可以使再生的速度增加，縮短再生的時(shí)間。對于不等溫的吸附體系，可以利用“溫度波”與“濃度波”概念來(lái)分析吸附干燥過(guò)程。在一般情況下，溫度比質(zhì)量傳遞要快，即“溫度波”走在“濃度波”之前。溫度波的前沿速度與溫度無(wú)關(guān)，在理想的情況下，溫度波在柱內的移動(dòng)速度是恒定的；實(shí)際過(guò)程中，由于熱阻的存在，前沿不斷變寬，隨著(zhù)波形的不同，以不同的溫度向前移動(dòng)。（3）進(jìn)口處再生空氣濕度的影響吸濕劑的再生過(guò)程實(shí)際是吸濕劑的干燥過(guò)程，此時(shí)推動(dòng)水蒸汽由吸濕劑向再生空氣傳遞的動(dòng)力是吸濕劑表面的水蒸汽分壓力與再生空氣中的水蒸汽分壓力之差。除濕機進(jìn)口再生空氣的濕度對除濕機性能的影響的研究并不全面，對于這種因素的影響應該結合溫度的影響來(lái)共同考慮，這是因為再生空氣比吸濕劑的溫度高，因而傳遞熱量給吸濕劑，使吸濕劑的溫度同時(shí)升高。再生空氣中的水蒸汽分壓力主要與大氣壓力和空氣的含濕量有關(guān)[4]。式中：Pw：水蒸汽分壓力（Pa）B：大氣壓力（Pa）d：空氣含濕量[kg(kg干空氣)-1]當大氣壓力和空氣中的含濕量不變時(shí)，升高空氣的溫度，水蒸汽的分壓力是不會(huì )改變的，但是飽和水蒸汽分壓力增加，從而使空氣的相對濕度減小，即空氣的不飽和程度增大，這樣使得再生用的熱空氣具有更加強的接受水蒸汽的能力；這時(shí)轉變成主要是再生空氣溫度對轉輪的解吸再生性能的影響。若再生空氣的溫度不變，減小空氣的相對濕度，空氣中的水蒸汽分壓力減小，加大了與吸濕劑表面接觸的空氣的水蒸汽分壓力之差，從而加強了水分傳遞的推動(dòng)力。此時(shí)將再生空氣的相對濕度降低的實(shí)質(zhì)是需要進(jìn)行除濕的，或者是將室外新風(fēng)與循環(huán)風(fēng)進(jìn)行混合得到，以獲得較低的相對濕度（含濕量）。再生空氣被加熱的過(guò)程是等濕加熱過(guò)程，一般是在加熱之前來(lái)改變其含濕量。與干球溫度相比較而言，再生空氣的濕度對除濕轉輪的性能影響較小，而且控制也更為復雜。但是了解再生空氣濕度的影響可以為轉輪除濕空調系統在不同地區、不同時(shí)間的應用所采用的技術(shù)措施提供參考。（4）再生空氣流速的影響再生空氣的流速直接影響吸濕劑再生速度的大小，對流換熱系數因流速的增加而增大，傳熱系數也因流速的增加而增加，這樣使總的再生過(guò)程時(shí)間都縮短了；而且可以通過(guò)調節再生空氣的流速來(lái)適應處理空氣流量及狀態(tài)參數的變化?？傊偕諝饬魉俚脑黾訌娀嗽偕^(guò)程，使得轉輪的再生速度加快，但是此時(shí)不改變再生區扇形角，可能會(huì )再生后的轉輪區域被加熱，升高吸濕劑的溫度，從而影響吸濕過(guò)程的進(jìn)行；而且從系統的能耗考慮，流速增加會(huì )導致再生熱量的需求增大，在轉輪再生側的換熱效率降低，系統的COP將下降；所以在額定工況下應慎重考慮改變空氣流速，若改變再生空氣流速，應相應調節再生區扇形角，再生空氣的溫度等參數，在實(shí)際的應用中，用戶(hù)來(lái)改變再生區扇形角是不可行的，因此多采用調節再生空氣溫度的方法。三、轉輪除濕機使用工作環(huán)境的影響轉輪除濕機可以應用在不同的地區，環(huán)境的改變對其性能的影響如何也是用戶(hù)所關(guān)心的問(wèn)題，本文主要探討大氣壓力、空氣清潔程度等方面的影響。1、首先是大氣壓力的影響除濕機的性能受到大氣壓力變化的影響，在不同的大氣壓力下，除濕機的性能有所變化[6]。分析大氣壓力對系統的影響主要是從吸濕劑的吸附特性、空氣的參數變化及風(fēng)機的性能曲線(xiàn)等方面考慮，因此對于質(zhì)量流量和體積流量為標準的系統，壓力的影響是不盡相同的。當大氣壓力從1atm下降到0.8atm時(shí)：(1)以質(zhì)量流量為標準的系統：換熱器的性能不變，蒸發(fā)冷卻器的換熱性能改善，除濕機的除濕性能下降，對所有的再生和除濕劑而言，COP和冷量都提高了6~8%，系統的阻力增加了20%，對應的能耗增加了44%，使總的COP下降了4%。(2)以體積流量為標準的系統：熱交換器的性能提高了2~4%，蒸發(fā)冷卻器的換熱性能改善，除濕機的除濕性能下降，對所有的再生和除濕劑而言，COP和提高了8%，冷量減少了14%，系統的阻力不變，使總的COP提高了5%。這些情況表明在不同地區使用轉輪除濕供冷空調系統，應該考慮當地大氣壓力對系統性能的影響，且應明確是以質(zhì)量流量為準還是以體積流量為準。我國的地域遼闊，轉輪除濕機的使用地點(diǎn)直接影響到除濕機的性能特點(diǎn)。2、其次是空氣潔凈度的影響除濕機處理空氣和再生空氣的潔凈度直接影響到吸濕劑的性能，主要是因為轉輪除濕機中吸附劑在吸附空氣中水分的同時(shí)，也將空氣中的細小顆粒吸附，這是吸附劑本身所具有的特性，這將導致吸濕劑的劣化。吸附劑的劣化會(huì )直接影響到轉輪除濕機的除濕性能，根據吸濕劑劣化的程度，除濕系統的COP和冷量將減少10%~35%[9]。在一定的劣化范圍內，可以采用以下方法來(lái)消除其影響：(1)吸濕劑的深度再生：在很高的溫度下實(shí)現吸濕劑的再生可以驅除塵粒，但是這并不是根本的方法，因為如果不加處理地將再生后的空氣排入大氣中將造成新的污染；而且提高再生空氣的溫度，要求的能源的品位越高，花費的代價(jià)越大，過(guò)高的再生空氣溫度也可能會(huì )影響吸濕劑的性能。(2)空氣過(guò)濾：通過(guò)設置空氣過(guò)濾器可以有效地除去進(jìn)入除濕機的空氣中的灰塵，但是空氣過(guò)濾器的設置增加了風(fēng)系統的阻力，風(fēng)機的余壓需要相應增加，這樣增加了初投資和運行費用。增設了空氣過(guò)濾設備后還必須注意定期的清洗和更換，雖然會(huì )增加一些費用，但是對于延長(cháng)除濕設備的使用壽命是必要的。(3)調整運行參數：比如加快除濕機的轉速，則調整的情況取決于吸濕劑的類(lèi)型、衰減的類(lèi)型和再生的方法等。結論總而言之說(shuō)，影響轉輪除濕機性能的因素很多，但是除濕轉輪的自身參數基本都是由設備制造商確定的，其可變化的幅度不大；工程設計人員主要應考慮空氣參數和應用環(huán)境的影響，明確處理空氣被除濕后的露點(diǎn)溫度是需要控制的重要參數。只有全面了解轉輪除濕機性能才能夠合理配置除濕干燥系統。本文地址:本帖在2018-11-1713:33:27被gggipn重新編輯