地下厂房工业除湿方法的研究综述
2019-12-10黎平周霖轩唐婕妤兰丽张伟
黎平 周霖轩 唐婕妤 兰丽 张伟
摘 要:地下厂房因为通风、光照、地形的限制相对湿度常年较高,除湿对于营造健康舒适的厂房环境具有重要影响。本文主要对适用于工业除湿机的两种除湿方法:空气冷却除湿和干燥剂除湿进行研究。首先比较两种除湿方法除湿机理的区别,综述了两种除湿方法最新的研究进展,对于两种方法的使用条件、限制和能耗进行阐述,最后对两种方法的适用范围给出建议。
关键词:空气冷却除湿;干燥剂除湿;除湿机理
中图分类号:TP834.9 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2019)20-0072-02
0 引言
地下厂房因为通风、光照、地形的限制常年具有较高的相对湿度。室内环境中根据人体舒适度要求,室内适宜的相对湿度大约为40-60%。相对湿度高会引起人体不适,因为汗液蒸发导致身体不能降温。相对湿度低会导致人体因鼻腔干燥而产生不适感[1]。针对工业厂房,高湿度会降低设备的使用寿命、导致部分管道结露、对于设备的安全运行产生影响。除湿已经成为建筑环境中亟需解决的重要问题,本文将重点针对适用于工业除湿机的除湿方法进行研究。
工业除湿主要可以采用两种方法:空气冷却除湿和干燥剂除湿。两种除湿方法在除湿机理上存在哪些区别?关于两种除湿方法最新的研究成果有哪些?建筑环境的除湿中如何合理地将两种除湿方法结合,节约能耗?本文通过对国内外关于两种除湿方法的最新研究进行综述,希望能寻找到上述问题的解答。
1 空气冷却除湿
1.1 空气冷却除湿工作原理
冷却除湿机由压缩机、热交换器、风扇、盛水器、机壳及控制器组成,风扇将潮湿空气抽入机内,通过热交换器,此时空气中的水分冷凝成水珠,变成干燥的空气排出机外[2]。
制冷系统主要为制冷剂的循环,除湿机常用的制冷剂为氟利昂如R22和R401A,制冷剂在压缩机内被压缩成高温高压的气体后进入冷凝器,通过管壁与空气换热后冷凝为常温高压的液体,液体被节流阀绝热节流后进入蒸发器,被空气加热后蒸发为低温低压气体,随后制冷剂再次进入压缩机,周而复始进行循环[3]。冷却除湿机的运行示意图如图1所示。
当空气冷却时,相对湿度增加,空气冷却到露点以下时,水开始冷凝至饱和温度。空气含湿量降低,但此时空气已经到达饱和状态,即它相对湿度接近100%。如果除了低绝对湿度外还需要低相对湿度,空气离开冷却盘管后可以继续进行加热。该方法对于期望的条件下有效的相对湿度应大于45%[4]。
1.2 冷却除湿机的分类
除湿后的湿空气温度较低,需要在冷凝器中进行加热,根据加热后出风口位置的温度可分为一般型、调温型、降温型和多功能型除湿机。不同类型的除湿机区别在于循环过程中制冷剂冷凝热的处理方式,四种类型的除湿机对比如表1所示。
一般型和降温型除湿机的除湿量大、应用范围较窄,适用于南方夏季高温高湿的环境中。调温型和多功能型的除湿机适用于相对湿度40-90%的环境中,可调节范围较广,但是除湿量相对较小。
1.3 冷却除湿能耗分析
在我国较干燥的地区,通常利用空调系统就可以达到除湿目的。但我国部分沿海地区处于潮湿气候,仅靠空调无法将室内环境湿度降至舒适范围,空间内的相对湿度可能还会增加。夏季除湿需求远远大于需要冷却空气。因此在温暖潮湿的气候条件下,阻止不必要的空气渗透并限制空气参数变化非常重要。通过反复将室内气流组织返回除湿机,可以去除空气中的水分,以帮助将室内湿度保持在霉菌警报水平以下。空气冷却除湿机的能耗和和室内空气含湿量相关,较干燥的空气需要较少的能量来冷却,随着湿度的增加,能耗也会增加。
2 干燥剂除湿
2.1 干燥剂除湿原理
干燥剂除湿主要可以分为固体除湿和液体除湿。固体除湿是利用沸石、铝胶、硅胶等吸湿材质来吸除空气中的水分。空气潮湿时具有高水蒸气压,然而,干燥剂的表面具有非常低的蒸气压,因此水蒸气从潮湿空气中移出到干燥剂表面上以消除蒸气压差。最终,干燥剂表面收集足够的水蒸气直至等于潮湿空气的蒸气压[9]。然后,通过加热使干燥剂重新干燥、活化,继续用于从空气流中除去更多的水分。液体除湿采用氯化锂等液体干燥剂水溶液的喷雾吸收水分,不过由于液体是以雾状与空气接触,需要防止溶液带出或飞散。液体除湿成本高,维护费用也高[10]。
近年來利用固体吸湿材质制造的转轮除湿系统发展较快,与液体干燥剂除湿系统相比,其性能比较稳定。在现实生活和生产中的应用越来越广泛,转轮除湿系统示意图如图2所示。
一般来说,干燥剂循环遵循四个步骤:步骤1是吸附,处理空气通过旋转干燥剂轮的一部分,自身的水蒸气移出至干燥剂表面。当水分从空气中除去时,干燥剂表面蒸气随着空气中的潜热转化为显热,压力和温度升高。步骤2,干燥剂中的水分含量达到平衡,表面蒸气压等于周围空气的蒸气压。步骤3,当干燥剂表面蒸气压升高时干燥剂的再活化加热。因为干燥剂中水分的蒸气压高于周围空气中的水蒸气压,水分离开了干燥剂。水分含量降低,但温度较高,蒸汽压力仍然很高。步骤4是干燥剂的冷却。干燥剂表面的蒸汽压力迅速降低,蒸汽压力再次低于干燥剂周围的空气,所以它可以再次收集水分。因为干燥剂除湿器从空气中除去水蒸气而不是冷凝液体,所以此方法没有冻结的风险[11]。
2.2 干燥剂除湿的发展
干燥剂除湿机主要技术核心在于干燥剂材料的选择。目前对干燥剂材料的研究十分活跃,研究方向主要是寻找接近理想吸附性能的吸附剂材料,其中在原有多孔吸附剂中添加其它成分形成高性能的复合吸附剂也是研究人员努力的方向。不同干燥剂性能对比如表2所示。
干燥剂材料应具有很强的吸湿和容湿能力。通常商用干燥剂吸附水分的质量可达其质量的10-1100%(要依干燥剂类型和环境湿度而定)。当干燥剂表面蒸汽压与周围湿空气蒸汽分压相等时,吸湿过程停止。此时使温度为50~260℃的热空气流过干燥剂表面,可将干燥剂吸附的水分带走,如此往复,就形成了除湿循环[17]。通过不同干燥剂的再生温度和吸附量测试,可得到不同环境适宜的干燥剂类型。