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    新業防爆空調:溫濕度獨立控制空調系統優越性介紹

    發布日期:[2017-04-24 22:20:00]    共閱[]次

    新業防爆空調:溫濕度獨立控制空調系統中,需要新風處理機組提供干燥的室外新風,以滿足排濕、排CO2、排味和提供新鮮空氣的需求。前言已闡述了現有的低溫露點除濕的熱濕聯合處理方式所帶來的問題,如何采用其他的處理方式排除室內的余濕,如何處理出非露點的送風參數,如何實現對新風有效的濕度控制是新風處理機組所面臨的關鍵問題。


    采用轉輪除濕方式,是一種可能的解決途徑,參見圖4。用硅膠、分子篩等吸濕材料附著于輕質骨料制作的轉輪表面。待除濕的空氣通過轉輪的一部分表面,空氣中的部分水分被吸附于表面吸濕材料,實現除濕。吸了水的轉輪部分旋轉到另一側與加熱的再生空氣接觸,放出水分,使表面吸濕材料再生,再進行下一個循環。吸濕過程接近等焓過程,減濕加熱后的空氣可進一步通過高溫冷源(18℃)冷卻降溫,從而實現溫度與濕度的獨立控制。但轉輪除濕的運行能耗難以與冷凝除濕方式抗衡。從熱能利用效率看,圖4所示的轉輪除濕機除掉的潛熱量與耗熱量之比一般難以超過0.6,同時高溫冷源還要提供1.1~1.2倍于空氣除熱總量的冷量。這樣就無法與采用低溫熱源(約90℃)、COP可達0.7,冷卻溫度可達30℃的吸收制冷機相比。即使采用多級熱回收方式,熱能利用效率仍難以提高到與吸收制冷機抗衡。此外,還有轉輪的除濕空氣與再生空氣間的滲透問題,這似乎是很難解決的工藝問題。轉輪除濕機熱能利用效率低的實質是除濕與再生這兩個過程都是等焓過程而非等溫過程,轉輪表面與空氣間的濕度差和溫度差都很不均勻,造成很大的不可逆損失,這可能是由轉輪結構本身決定的很難克服的缺陷。再一種除濕方式是空氣直接與具有吸濕的鹽溶液接觸(如溴化鋰溶液、氯化鋰溶液等),空氣中的水蒸氣被鹽溶液吸收,從而實現空氣的除濕,吸濕后的鹽溶液需要濃縮再生才能重新使用。因此,溶液式除濕與轉輪式除濕機理相同,僅由吸濕溶液代替了固體轉輪。由于可以改變溶液的濃度、溫度和氣液比,因此與轉輪相比,這一方式還可實現對空氣的加熱、加濕、降溫、除濕等各種處理過程。改善吸濕式空氣處理方式的關鍵就是變等焓過程為等溫過程,吸收或補充空氣與吸濕介質間傳質產生的相變潛熱,從而減少這一過程的不可逆損失。由于轉輪是運動部件,很難在轉輪內部接入能夠吸收熱量或提供熱量的換熱裝置,這種方法實現起來在工藝上有很大困難。采用溶液吸濕,可以使空氣溶液接觸表面同時作為換熱表面,在表面的另一側接入冷水或熱水,實現吸收或補充相變熱的目的,從而實現接近等溫的吸濕和再生過程;還可以采用帶有中間換熱器的溶液空氣熱濕交換單元,參見圖5。由溶液泵作為動力使溶液循環噴灑在塔板上與空氣進行濕交換,同時溶液的循環回路中還串聯一個中間換熱器,吸收濕交換過程中產生的熱量或冷量。通過控制調節中間換熱器另一側的水溫水量,就可使空氣在接近等溫狀態下減濕或加濕。溶液和水之間是交*流,不可能實現真正的逆流,但如果單元內溶液的循環量足夠大,空氣通過這樣一個單元的濕度變化量又較小時,其不可逆損失可大大減少。


    可以將圖5所示的多個單元模塊構建各種不同的空氣處理流程,圖6為熱泵驅動的溶液熱回收型新風機[1],熱泵的制冷量用于降低除濕溶液的溫度從而提高其除濕性能,熱泵的排熱量用于溶液的濃縮再生。圖7給出了一種以熱源作為驅動能源的溶液除濕新風處理系統[2],由再生器統一制備的濃溶液送入各個新風機組中,利用溶液的吸濕性能實現新風的處理處理過程。溶液的蓄能密度很大(高于冰蓄冷),從而降低了對于持續熱源的需求,除濕與再生可以分別運行。由于在除濕過程中,采用室內排風蒸發冷卻等冷卻手段,可以降低對溶液濃度的要求,因此可以采用低品位的熱能作為驅動能源,如城市熱網的熱水、熱泵冷凝器的排熱、熱電聯產系統的排熱等等。溶液具有殺菌、除塵作用,可以起到凈化空氣的作用。除了消除冷凝表面,避免霉菌滋生外,采用溶液式空氣處理方式還可以有效解決空氣中可吸入顆粒物的消除[3]。使用溶液式空氣處理方式,粉塵顆粒卻可以被有效地帶入溶液中。通過合理的設計溶液與空氣接觸的塔板形式,就可在獲得優良的傳熱傳質效果的同時獲得好的除塵效果。溶液中的灰塵可通過溶液過濾器捕捉收集,更換和清洗溶液過濾器遠比更換和清洗空氣過濾器容易。對于大顆粒粉塵,進入溶液式空氣處理器后會導致堵塞,因此應在入口安裝粗效過濾器進行捕捉收集。這一般比較容易并不易造成對空氣的二次污染。


    a.溶液熱回收新風機 b.再生器

    4高溫冷源的制備

    由于潛熱由單獨的新風處理系統承擔,因而在溫度控制(余熱去除)系統中,不再采用7oC的冷水同時滿足降溫與除濕的要求,而是采用約18oC的冷水即可滿足降溫要求。此溫度要

    由于潛熱由單獨的新風處理系統承擔,因而在溫度控制(余熱去除)系統中,不再采用7oC的冷水同時滿足降溫與除濕的要求,而是采用約18oC的冷水即可滿足降溫要求。此溫度要求的冷水為很多天然冷源的使用提供了條件,如深井水、通過土壤源換熱器獲取冷水等,深井回灌與土壤源換熱器的冷水出水溫度與使用地的年平均溫度密切相關,我國很多地區可以直接利用該方式提供18oC冷水。在某些干燥地區(如新疆等)通過直接蒸發或間接蒸發的方法獲取18oC冷水。

    即使采用機械制冷方式,由于要求的壓縮比很小,根據制冷卡諾循環可以得到,制冷機的理想COP將有大幅度提高。如果將蒸發溫度從常規冷水機組的2~3oC提高到14~16oC,當冷凝溫度恒為40oC時,卡諾制冷機的COP將從7.2~7.5提高到11.0~12.0。對于現有的壓縮式制冷機、吸收式制冷機,怎樣改進其結構形式,使其在小壓縮比時能獲得較高的效率,則是對制冷機制造者提出的新課題。圖8是三菱重工(MHI)微型離心式高溫冷水機組[4]的工作原理,采用“雙級壓縮+經濟器”的制冷循環形式和傳熱性能優異的高效傳熱管,優化設計離心式壓縮機葉輪和軸承,不僅突破了離心式冷水機組難以小型化的誤區,而且還具有非常高的性能系數COP。圖9示出了利用該微型離心式冷水機組制備高溫冷水時的性能計算值。從圖中可以看出:當冷凍水進、出水溫度為21/18oC、冷卻水進、出水溫度為37/32oC時,其COP=7.1,在部分負荷條件下或冷卻水溫度降低時,其性能則更為優越。

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