不同温度条件下2种仓储除湿方式的除湿效果

张馨予+吕恩利+段洁利+田庆立+邱汉

摘要： 为选择仓储适用的除湿方式，搭建仓储除湿系统试验平台。通过改变温度，设置温度为5、15、25 ℃，对制冷除湿方式、转轮除湿方式的除湿效果进行了试验研究。除湿效果通过除湿能力、除湿效率、湿度场均匀性来表征，结果表明，25 ℃环境下制冷除湿方式的除湿效率为0.072 6 g/（kg·h·kJ），湿度场分布的变异系数为6.58%，除湿效果较好。15 ℃及更低温度下转轮除湿方式的除湿能力是制冷除湿方式的3～6倍，5 ℃时转轮除湿方式的除湿效率为0003 4 g/（kg·h·kJ）是制冷除湿方式的4倍，在此温度环境下转轮除湿方式更加适用。研究结果可为仓储除湿系统的设计提供参考。

关键词： 仓储；制冷除湿；转轮除湿；能耗；均匀性

中图分类号： TU831；S229+.3 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2016）03-0439-03

在农业生产中，谷物及种子、烟草、茶叶、化肥等制品的仓储环境对湿度有严格的控制要求，在南方夏季湿度过高，易引起霉变。温湿度对物资贮藏质量影响较大，如长期保存农业作物种子的资源库，要求维持在温度0～10 ℃、温度35%的条件，因此，在仓储应用中需要适当的除湿技术[1-3]。

在现有除湿技术中，压缩机制冷除湿技术成熟，是较为普遍应用的除湿方式。相关研究针对化肥仓库现有的液体吸收除湿设备的不足，改用压缩机制冷除湿设备并对比研究，发现制冷除湿更具经济性优势，在小型仓库中可节约成本[4-6]。研究表明，对于温湿度要求严格的仓库，压缩机制冷除湿稳定性差，除湿不彻底[7-9]。相关研究提出固体转轮除湿运行稳定，可在低温低湿环境下工作[9-12]。本研究对压缩机制冷除湿器与转轮除湿器的除湿性能进行了对比试验，以期为仓储除湿技术的选用和除湿系统的设计提供依据。

1 试验装置及方法

1.1 试验平台

仓储除湿系统试验平台见图1。箱体采用1.2 cm厚的有机玻璃制作，长238 cm、宽128 cm、高140 cm，箱体内外皆覆有5 cm厚的泡沫保温板。仓储室后部布置除湿器。开孔隔板后为制冷室，长40 cm、宽128 cm、高140 cm。平台环境通过SIMENS S7-300 型PLC可编程控制器，西门子中国有限公司；控制、制冷机组制冷量为4 650 W，广州绰盈制冷设备有限公司；制冷风机采用ZNF295-G型24 V直流风机，广州精博制冷设备有限公司；加湿系统采用JAS-20-B型超声波雾化头，中山市红星电子厂；XXD1203824VH防水型水雾输送风机，深圳兴鑫大电子有限公司。箱体内部空气在风机作用下循环运动，由顶部回风道进入制冷室，经过制冷机组的蒸发器降温，再由开孔隔板回到仓储室。通过平台控制系统，设定环境温湿度，加湿系统在制冷结束后工作进行超声波雾化加湿。

在仓储室内布置3×9路AQ3020温湿度一体传感器，广州西博臣科技有限公司，温湿度测定布置见图2。温度传感器测量范围为-20～80 ℃，精度±0.3 ℃，相对湿度传感器测量范围为0～100% RH，精度±2%RH。传感器通过VX8100无纸记录仪（杭州盘古自动化系统有限公司生产）和计算机软件连接，实时采集箱体内部温湿度数据。

1.2 材料与方法

本试验为空库运行。试验选取3水平环境温度，分别为5、15、25 ℃，2种除湿方式，分别是压缩机制冷除湿、硅胶转轮除湿，分析温度以及除湿方式对仓储除湿系统的除湿效果影

响。试验考察环境湿度由（95±5）%下降至（35±5）%箱体内湿度变化情况，每组试验重复3次。通过无纸记录仪与计算机软件记录箱体内干球温度、相对湿度、除湿时间。通过电力监测仪记录除湿过程中除湿器能耗。

1.3 数据处理

除湿效果由除湿能力、除湿效率，湿度均匀性表征[13-14]。除湿能力由Dr表示，单位时间内除湿量越大，除湿能力越好，计算公式为：

Dr=DT=dp1-dp2T。

式中：D为除湿量，g/kg；T为除湿时间，h；dp1为处理空气最高含湿量，g/kg；dp2为处理空气最低含湿量，g/kg。

除湿效率由Drs表示，单位时间、单位能耗内除湿量越大，除湿效率越高，计算公式为：

Drs=DrE。

式中：Dr为除湿能力，g/（kg·h）；E为除湿能耗，kJ。

湿度均匀性是指箱体内空间湿度分布的均衡性，根据正交性从全体布置点中挑选出9个有代表性的点（1、5、9、11、15、16、21、22、26号传感器）分析，用湿度的变异系数表示，变异系数越小均匀性越好。

相对湿度变异系数：

CV=SDS×100%。

式中：SD为标准差（%）；S为平均值（%）。

通过SPSS数据处理软件分析试验因素对湿度场均匀性影响的显著性。

2 结果与分析

2.1 温度对2种除湿方式含湿量的影响

除湿期间制冷系统、加湿系统停止工作，回风道处风速为0 m/s。对比不同温度下2种除湿方式的含湿量，试验结果见图3。制冷除湿的含湿量在前10 min内陡然下降，之后含湿量下降趋于平缓，并有上升的趋势。在5 ℃时除湿停止的含湿量甚至超过了除湿开始前，未能达到除湿目的。这是由于制冷除湿器仅利用低温凝结水汽，凝结水虽然改变了相态但还存在在箱体内，当制冷除湿器冷凝器散热提高了箱体内平均温度，使得箱内饱和含湿量上升时，凝结水又再次蒸发，含湿量反而呈缓慢上升的趋势。因此低温下要求达到低湿的环境，使用制冷除湿方式难以达到湿度要求。转轮除湿的含湿量平稳下降，5、15 ℃时含湿量出现先扬后抑的现象，是由于转轮除湿器加热再生硅胶转轮，干空气带出热量使得箱体升温提高了饱和含湿量，箱内凝结水进一步蒸发造成了含湿量上升。相同温度下，除湿器在处理空气的相对湿度下降至30%后停止运行，制冷除湿器前期的除湿速度更快，相对湿度在30%时转轮除湿方式的含湿量更低，因为转轮除湿器利用硅胶转轮吸收水汽，由再生风道通过的加热后空气带走转轮上的水排出箱体，转轮除湿更加彻底。

2.2 温度对2种除湿方式除湿能力的影响

随着温度的升高，制冷除湿用时减少，5 ℃时除湿用时长达1.16 h，是25 ℃时的5倍。转轮除湿用时在5 ℃时略长，为0.36 h，在15、25 ℃时除湿用时相差不大。在相同温度下，转轮除湿用时都比制冷除湿用时短。以除湿能力为目标的试验结果见图4，随着温度上升，2种除湿方式的除湿能力都相应上升，2种除湿方式均在25 ℃时获得最高的除湿能力，表明除湿能力受到温度影响较大。在相同温度条件下转轮除湿的除湿能力都强于制冷除湿，5 ℃时转轮除湿的除湿能力几乎是制冷除湿的7倍。表明在低温环境下，转轮除湿的除湿能力优于制冷除湿。

制冷除湿受到温度影响较大，制冷除湿利用低温凝结空气中水蒸气的原理除湿，在低温时空气中水蒸气较少，制冷除

湿器要达到较低的空气相对湿度需要更低的温度凝结水蒸气，所以压缩机制冷用时更长。转轮除湿器通过固体吸湿剂除湿，所以受到温度影响较小。

2.3 温度对2种除湿方式除湿效率的影响

随着温度的升高，2种除湿方式的除湿能耗均减少。在 5 ℃ 时2种除湿方式的除湿能耗均达到最高，制冷除湿、转轮除湿的除湿能耗分别是1 128、1 596 kJ，在15、25 ℃时2种除湿方式的除湿能耗均相差较小，温度与能耗呈反向非线性相关。在25 ℃时转轮除湿最低的能耗、在5 ℃时制冷除湿最高的能耗相差仅100 kJ，在25 ℃时转轮除湿的能耗是制冷除湿的3倍，表明转轮除湿的能耗较高。温度对2种除湿方式除湿效率的影响见图5。随着温度升高，2种除湿方式的除湿效率都相应上升，说明温度和除湿效率呈正向相关。在5、15 ℃ 时转轮除湿的效率优于制冷除湿，而在25 ℃时制冷除湿的效率优于转轮除湿，因除湿效率指标综合考虑了除湿量、除湿时间、除湿能耗。25 ℃时转轮除湿的除湿量和用时优于制冷除湿，但能耗过高，所以25 ℃时制冷除湿的效率更高，是转轮除湿效率的1.4倍。5 ℃时转轮除湿方式的除湿量、用时和能耗均优于制冷除湿，其效率是制冷除湿的4.4倍，表明5 ℃时采用转轮除湿方式更加经济。

2.4 温度对2种除湿方式湿度均匀性的影响

从表1可以看出，温度及除湿方式对仓储室内的湿度场均匀性的影响达到了极显著水平。随着温度的增大，制冷除湿的相对湿度变异系数相应增大，表明温度越低，湿度场越均匀。转轮除湿的相对湿度变异系数相应减小，表明温度越高，湿度场越均匀。因为温度越低，空气含湿量越低，越有利于空气中水蒸气均匀分布，所以制冷除湿的均匀性和温度呈正向相关。而转轮除湿利用硅胶转轮吸湿再加热排湿，产生的干空气温度较高，箱内温度越低，干空气进入后温差越大，热量传递造成气流紊乱，导致温度越低湿度场越不均匀的现象。转轮除湿器的干空气温度较制冷除湿器的更高，且转轮除湿器的出风口比制冷除湿器出风口小，更易造成箱体壁面处的空气紊流，导致转轮除湿的湿度场分布比制冷除湿更不均匀。

3 结论

温度对2种除湿方式的除湿效果影响显著，25 ℃时转轮除湿的除湿能力最高，为49.40 g/（kg·h），25 ℃时制冷除湿的除湿效率最好，为0.072 6 g/（kg·h·kJ），25 ℃时制冷除湿的湿度场分布较均匀。5 ℃时采用转轮除湿方式的除湿效果好，除湿效率为0.003 4 g/（kg·h·kJ）是制冷除湿方式的4倍，低温环境下要求达到低湿条件，采用转轮除湿器用时较短、效率较高。除湿器处理后干空气温度与仓储室内的温度差会影响气流分布，温差越大，湿度场分布均匀性变差。转轮除湿器由于出风口温度的问题导致湿度场不均匀，空间点间的湿度差异显著，为提高湿度均匀性可对转轮除湿器出风口布置开展进一步研究。

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