大型水工構筑物結露問(wèn)題與消除方法

大型水工構筑物結露問(wèn)題與消除方法

　　1問(wèn)題提出

　　我國是一個(gè)貧水國，為了防止長(cháng)期大規模超采地下水，引起地層壓密產(chǎn)生地面下沉現象，城市在建設水廠(chǎng)時(shí)，主要選擇地面水(水庫水)為水源。在處理地面水的工藝設計中多采用：原水－混合－絮凝－沉淀－過(guò)濾－碳吸附－消毒－配水流程。在我國南方，這些工藝水處理設施均敞露放置室外，而在北方地區，為了冬季防凍，這些設施一般放置在加蓋的建筑物內。北京市一座日處理量150萬(wàn)噸超大型自來(lái)水水廠(chǎng)，為了減少占地面積，把整個(gè)處理工藝及其設施集中布置在一座建筑面積為m3大型網(wǎng)架廠(chǎng)房彩板屋頂內。

　　該水廠(chǎng)為了控制水中的總藻量，使用密云水庫潮白河庫區深層水，水庫的取水點(diǎn)設在深度40米處，原水水溫常年保持在1～10℃。

　　當該工程正式通水投入運行時(shí)，正值夏季高溫高濕天氣，室外的空氣通過(guò)門(mén)、窗縫隙進(jìn)入室內，遇到低溫的水面和管道壁面馬上結露并產(chǎn)生大量霧氣迷漫整個(gè)室內空間，用“伸手不見(jiàn)五指”來(lái)形容一點(diǎn)不過(guò)分，廠(chǎng)房?jì)饶芤?jiàn)度不超過(guò)1m，這種現象持續了整個(gè)夏季。夏季過(guò)后，經(jīng)檢查發(fā)現許多設施表面出現霉變，有些管道及電力線(xiàn)橋架銹蝕等。降低了電氣設備的可靠性，給安全生產(chǎn)造成威脅。

　　2設計方案和設備的選定

　　在工藝水處理池進(jìn)行處理的過(guò)程中，房間內的大面積低溫水面和管壁等像一個(gè)大型的輻射供冷地板，水面和管壁表面通過(guò)輻射換熱和自然對流換熱的形式將室內空氣的熱量吸附。此時(shí)，室內空氣溫度和含濕量較高，空氣露點(diǎn)也較高。水面和管壁降溫較快而室內空氣降溫較慢，且室內空氣露點(diǎn)在無(wú)除濕設備時(shí)維持不變。當水面、池面和管壁溫度降到室內空氣露點(diǎn)以下時(shí)，其表面就會(huì )結露，嚴重時(shí)產(chǎn)生霧氣。故在外界空氣焓值高于大型綜合池空氣焓值時(shí)，必須減少室外空氣的進(jìn)入量，同時(shí)要考慮對室內空氣進(jìn)行除濕。

　　除濕方法主要有通風(fēng)除濕、冷卻除濕、液體除濕機、轉輪除濕機和吸濕劑除濕等。

　　2.1設計方案的選擇

　　當外界空氣焓值低于或等于廠(chǎng)房?jì)瓤諝忪手禃r(shí)，首先優(yōu)選通風(fēng)除濕，該方法簡(jiǎn)單易行，但當外界空氣焓值高于廠(chǎng)房?jì)瓤諝忪手禃r(shí)，必須要減少室內外空氣流通量，采用除濕設備，使廠(chǎng)房?jì)鹊南鄬穸瓤刂圃?0％左右。

　　2.2通風(fēng)除濕

　　由于綜合池結露位置在水面、池面和管壁表面，而此時(shí)室內空氣的溫度依然較高，空氣濕度也遠遠未達到飽和狀態(tài)，如果能對管廊和池面進(jìn)行置換送風(fēng)，不斷輸送低露點(diǎn)空氣，使池面附近空氣露點(diǎn)低于池面溫度，則解決了結露問(wèn)題。因此，將置換通風(fēng)應用于有大面積水面的綜合池的大型廠(chǎng)房中可以取得較好的除濕效果，且置換通風(fēng)的高換氣效率也使室內環(huán)境的空氣品質(zhì)提高，同時(shí)使運行能耗降低。

　　2.3除濕設備的選擇

　　除濕設備的除濕方法從原理上可以概括為兩類(lèi)，第一類(lèi)是冷凍除濕，第二類(lèi)是化學(xué)除濕。常用有冷凍除濕機、液體除濕機、轉輪除濕機，它們都可以用來(lái)除濕，但又有各自的特點(diǎn)，下面比較這三種除濕機的性能、空氣處理過(guò)程、適用場(chǎng)合等。具體比較見(jiàn)下表。

　　除濕機綜合性能比較表

　　三甘醇液體除濕機

　　冷凍除濕機

　　轉輪除濕機

　　除濕機型號

　　SC-05

　　ASM-8480T

　　SM-01

　　生產(chǎn)廠(chǎng)家

　　江西

　　浙江

　　江蘇

　　機組估價(jià)（萬(wàn)元）

　　17.0

　　4.5

　　10.0

　　處理風(fēng)量（m3/h）

　　5000

　　5500

　　5000

　　再生風(fēng)量（m3/h）

　　1650

　　--

　　1700

　　進(jìn)風(fēng)工況

　　30℃、80%（19.4g/kg干）

　　處理空氣出風(fēng)參數

　　15℃、60%（6.2g/kg干）

　　45℃、25%（15.2g/kg干）

　　60℃、10%（7.0g/kg干）

　　再生空氣出風(fēng)參數

　　65℃、58g/kg干

　　--

　　70℃、35g/kg干

　　除濕量（kg/h）

　　80.0

　　20

　　42.0

　　輸入功率（kW）

　　10.3+50

　　9.9

　　9+54

　　單位功率除濕量（kg/kW·h）

　　1.33

　　2.5

　　0.67

　　冷凍水耗量（t/h）

　　17.0

　　--

　　--

　　從上表中比較可以看出，三甘醇液體除濕機的除濕量最大，但是單位功率除濕量最小，價(jià)格最高，還需要另外配置冷源和熱源。冷凍除濕機的價(jià)格最低，單位功率除濕量最大，使用最方便，不需另外配置冷源和熱源。轉輪除濕機的價(jià)格比較高，單位功率除濕量居中。如果改用蒸汽加熱再生空氣，同規格除濕機需蒸汽（0.4Mpa）90kg/h。

　　由于以上三種方法的除濕原理不同，對空氣的處理過(guò)程和適用場(chǎng)合也不一樣?，F在假設把空氣從32℃、65%處理到某一范圍，三種方法的空氣處理過(guò)程如圖1所示。

　　液體除濕機直接把空氣處理到所需要的人體舒適區，濕度處理、溫度處理在同一個(gè)過(guò)程由同一個(gè)設備同時(shí)完成。液體除濕機以濕度處理為主，溫度處理為輔。

　　冷凍除濕機先把空氣溫度降低到露點(diǎn)溫度以下，處理空氣中的水汽在蒸發(fā)器表面凝結成小水滴，從處理空氣中分離出來(lái)，含濕量隨著(zhù)露點(diǎn)溫度的降低而減小，直至含濕量達到要求。然后再對所處理的空氣進(jìn)行等濕加熱，直至溫度也達到要求。處理過(guò)程分步完成，降溫之后再升溫。升溫靠制冷系統的冷凝熱，不再增加耗電。

　　轉輪除濕機先吸收處理空氣的水汽，降低處理空氣的含濕量，使其達到要求，但是經(jīng)過(guò)轉輪處理后的空氣溫度升高較多，需再加一個(gè)后冷卻裝置，對轉輪處理后的空氣進(jìn)行降溫。處理過(guò)程也分步完成，除濕、降溫由不同的裝置來(lái)完成。

　　通過(guò)以上綜合比較，冷凍除濕機價(jià)格低、能耗低，適合處理出風(fēng)含濕量大于6.5g/kg干的空氣。轉輪除濕機用電加熱再生空氣時(shí)能耗大，在能使用冷凍除濕機的情況下，盡量不使用轉輪除濕機，如果轉輪除濕機改用蒸汽來(lái)加熱再生空氣，將節約80%左右的電能；轉輪除濕機不但可以用于處理出風(fēng)含濕量大于6.5g/kg干的空氣，而且也可以用來(lái)處理出風(fēng)含濕量小于6.5g/kg干的低濕空氣，但是出風(fēng)溫度較高，適合于對出風(fēng)含濕量有要求而對出風(fēng)溫度沒(méi)有要求的場(chǎng)合。對于有低溫低濕要求的空氣應采用聯(lián)合式除濕機來(lái)處理。液體除濕機使用在地下場(chǎng)所較為經(jīng)濟，對所處理的空氣有一定的潔凈度要求；除濕量大，但液體除濕機價(jià)格較高。

　　大型綜合池的廠(chǎng)房雖然因來(lái)水溫度低，使得室內出現低溫高濕的環(huán)境，比較適合使用轉輪除濕機，但考慮其初投資較大，需要再生熱源，且廠(chǎng)房?jì)炔扛叩湾e落，池面大，走道板窄，又有大量管廊，布置設備和管道比較困難。我們選擇使用了價(jià)格便宜；體積??；除濕效率高；不需要另外配置冷源和熱源，也不需要再生裝置，只要接上相應的電源和處理風(fēng)管道即可運行的冷凍除濕機，并且把它分布在需要降低濕度的不同地點(diǎn)。

　　在選型時(shí)考慮到冷凍除濕機對進(jìn)風(fēng)溫度有一定的要求，普通型除濕機的進(jìn)風(fēng)溫度在18～32℃左右，低溫型除濕機的進(jìn)風(fēng)溫度在5～32℃左右；對于低溫型除濕機，當進(jìn)風(fēng)溫度低于18℃時(shí)，還要間斷性地融霜，影響除濕效率的缺點(diǎn)，選用了升溫型除濕機。

　　升溫型除濕機即讓制冷系統的冷凝熱全部經(jīng)過(guò)風(fēng)冷冷凝器傳給經(jīng)蒸發(fā)器除濕后的空氣，處理空氣被加熱升溫，出風(fēng)溫度比進(jìn)風(fēng)高15℃左右?？諝馓幚磉^(guò)程為C→L→A。升溫除濕適合于ε＜0的場(chǎng)合。把圖3中的風(fēng)冷冷凝器和蒸發(fā)器串聯(lián)在同一個(gè)風(fēng)系統中，就是升溫型除濕機原理圖。

　　3室內設計濕負荷的確定

　　房間內的總濕負荷包括：通風(fēng)換氣帶來(lái)濕量、池面散濕、池壁和管壁的產(chǎn)濕等。

　　3.1室內設計參數

　　為防止結露保證設備的使用壽命，夏季池面溫度最好高于16℃，現按來(lái)水溫度取值10～12℃，設將設計室內露點(diǎn)控制在14℃。室內設計溫度可參照普通空調設計參數，定為23℃，而相對濕度應根據對應的控制露點(diǎn)確定，約為50％。

　　初始狀態(tài)的室內空氣露點(diǎn)，可根據北京城市氣象資料推算的最熱月平均露點(diǎn)取值。

　　3.2廠(chǎng)房?jì)仍O計濕負荷的計算

　　根據室內設計參數，可以計算出不同條件下廠(chǎng)房?jì)鹊臐褙摵伞?/p>

　　廠(chǎng)房?jì)仍O計濕負荷由兩部分組成：一是房間通過(guò)通風(fēng)換氣和門(mén)窗縫隙滲透得到的濕負荷，一是水面、池壁和管壁的散濕量。

　　通風(fēng)量一般按夏季最大散濕量計算，其計算公式如下：

　　Q=1000W/ρ(dg-ds)⑴

　　式中Q為按散濕量計算的通風(fēng)量，m3/h；

　　W為廠(chǎng)房?jì)瓤諝馍窳?，可以計算或查有關(guān)手冊求得，kg/h；

　　dg為廠(chǎng)房?jì)瓤諝夂瑵窳?，g/kg；

　　ds為送風(fēng)的空氣含濕量，g/kg；

　　ρ為空氣密度kg/m3。

　　水面、池壁和管壁的散濕量是按散濕量計算選擇：

　　W=Sω⑵

　　式中S為散濕表面積，m2；ω為單位面積散濕量，g/(m2.h)。

　　4除濕機組處理過(guò)程的核算

　　當選用升溫型除濕機時(shí)，空氣調節過(guò)程如下：該過(guò)程在i-d圖上表示見(jiàn)圖

　　根據文獻[4]，對應于風(fēng)量7590m3/h的除濕機型號為CF32型，其制冷量為56.9kW，

　　根據文獻[1]推薦，取蒸發(fā)器出口處（即L點(diǎn)）相對濕度為95%，則L2點(diǎn)參數為：tL2=13.9℃，dL2=9.7g/kg干

　　根據文獻[2]推薦，取冷凝器負荷系數ψ=1.25，則冷凝負荷Q2=1.25×56.9=71.1kW，送風(fēng)點(diǎn)O2的參數為：

　　tO2=39.8℃,dO2=9.8g/kg干

　　計算表明升溫型除濕機只能消除室內余濕量，另外不但不能消除余熱，反而增加了室內的余熱量，會(huì )使室內的溫度升高，只能滿(mǎn)足濕度的要求，不能達到溫度的要求。

　　5結論

　　該水廠(chǎng)有大型綜合池的廠(chǎng)房在設備安裝好后，經(jīng)過(guò)一年的跟蹤調查，實(shí)踐證明，這種綜合除濕方法在廠(chǎng)房?jì)鹊蜏馗邼竦沫h(huán)境下應用是完全成功的。

　　5.1在低溫高濕的環(huán)境下選擇使用冷凍除濕機時(shí)，必須考慮該機組的特點(diǎn)，選用了升溫型冷凍除濕機是一種最佳方案。具有其它機組所無(wú)以倫比的優(yōu)勢，既達到節能，又降低了設備的一次性投資和運行管理費用。

　　5.2置換通風(fēng)應用于大型綜合池的廠(chǎng)房除濕在原理上是可行的，而且能夠減少除濕負荷，改善室內空氣環(huán)境，同時(shí)可以與除濕技術(shù)結合，成為一套完整的系統體系，值得進(jìn)行深入探討。

　　參考文獻

　　[1]電子工業(yè)部第十設計研究院.空氣調節設計手冊.中國建筑工業(yè)出版社.1995.11

　　[2]彥啟森,主編.空氣調節用制冷技術(shù)(第2版).北京:中國建筑工業(yè)出版社.1985.

　　[3]朱志平.國內除濕機現狀與思考