图文解读：转轮除湿技术及应用

图文解读：转轮除湿技术及应用

　　

　　在工业生产过程中，随着人们对空气、水源、食品、医药等品质要求的不断提高，生产环境中湿度的控制成为一个重要指标。目前比较成熟的除湿技术有冷却式除湿、液体吸收式除湿、固体吸附式除湿、膜法除湿及转轮除湿。

　　

　　转轮除湿原理

　　

　　转轮除湿机的关键是位于机组中部的除湿转轮。除湿转轮是一个载有吸湿剂的蜂窝状的特殊纸质转轮，由于蜂窝状孔径仅1.5mm，故1m3的转轮纸芯吸湿面积达3000m2。空气流经蜂窝状孔道处于边界层流状态，湿交换效果好，所以除湿能力较强。

　　

　　除湿转轮的原理是采用减速电机驱动或同步带传动，转轮以每小时8~14转的速度缓慢转动。转轮圆面的3/4区域是处理区。需要处理的空气通过处理区时，空气中的水分被附着在特殊纤维上的吸湿剂吸收，成为低湿干燥空气，从另一端吹出，由风机经管道送到所需的区域。

　　

　　与此同时，再生的空气经过过滤、加热到120±10℃，通过相反方向进入转轮剩下的1/4的区域。将缓慢进入再生区域的附着在特殊纤维上的吸湿剂的温度升高，使附着在特殊纤维上的吸湿剂所含水分汽化，并被带出转轮，使附着在特殊纤维上的吸湿剂恢复吸湿功能，即吸湿剂得到再生。

　　

　　转轮缓慢转动时，转轮附着在特殊纤维上的吸湿剂的吸湿和再生过程是同时进行的，故转轮除湿机能保证连续、稳定地输出干燥空气。波纹状介质中载有吸湿剂，设计结构紧凑，而且可以为湿空气与吸湿介质提供充分接触的巨大表面积，提高了除湿机的除湿效率。

　　

　　专业基础

　　

　　干球温度：用普通温度计测得的湿空气的正常温度。用符号t表示。单位：℃（摄氏度）。湿球温度：温度计水银球包裹有含水棉芯，并有一定流速的空气吹过棉芯时，该温度计所指示的温度。用符号ts表示。单位：℃（摄氏度）。露点温度：空气湿度达到饱和时的温度，换言之空气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点温度。一般凝结水或露水现象可以用露点温度形成来解释。用符号tl表示。单位：℃（摄氏度）。含湿量（绝对含水量）在湿空气中，与1kg干空气同时并存的水蒸汽量称为含湿量。用符号d表示。单位：g/kg(克/千克)。

　　

　　绝对湿度：单位体积湿空气中所含水蒸气的质量，即湿空气中水蒸气的密度。用符号dq表示。单位：g/m3(克/立方米)。相对湿度：湿空气的绝对湿度与相同温度下可能达到的最大绝对湿度之比。也可表示为湿空气中水蒸气分压力与相同温度下水的饱和压力之比。用符号φ表示。单位：%（百分比）。焓值：空气中的焓值是指空气中含有的总热量，通常以干空气的单位质量为基准，称作比焓。工程中简称为焓，是指一千克干空气的焓和与它相对应的水蒸气的焓的总和。（空气的焓值是指空气所含有的决热量，通常以干空气的单位质量为基准。）用符号h表示。单位：kj/kg（千焦/千克）。除湿量：空调系统运行时，单位时间内从密闭空间、房间或区域的空气中除去的水分。单位：g/h(克/小时)

　　

　　加湿量：空调系统运行时，单位时间内向密闭空间、房间或区域的空气中添加的水分。单位：g/h(克/小时)

　　

　　循环风量：空调系统单位时间内向密闭空间、房间或区域送入的风量。用符号Q表示。单位：m3/h（立方米/小时）。

　　

　　换气次数：空调系统单位时间内向密闭空间、房间或区域送入的送风量对该空间的倍数。单位：次/小时。运行功率：亦称额定功率，用电装置在正常工况时运行的功率。用符号W表示。单位：kW（千瓦）。单位换算

　　

　　卡（cal）：热量单位，又称卡路里。1千卡=1大卡=1000kcal=4.1868kJ；焦（J）：热量单位。1千焦(kJ)=0.239千卡(kcal)，1焦(J)=0.239卡(cal)。1千瓦时（kW?h）=3600千焦（kJ）=860千卡(kcal)。焓湿图：

　　

　　焓湿图是将湿空气各种参数之间的关系用图线表示。从图上可查知温度、相对湿度、含湿量、露点温度、湿球温度、水蒸气含量及分压力、空气的焓值等空气状态参数。为了解空气状态及对空气进行处理提供依据。图上亦可反映出空气的处理过程。温度t、含湿量d和大气压力B是空气的基本参数，它们决定了空气的状态，并可以由此计算出该空气状态的其余参数。

　　

　　注意，每一张焓湿图都是按规定的大气压绘制的，因此在计算工作中，应选用与要求大气压相符的（或接近的）焓湿图。

　　

　　图中：等φ线是曲线，等h线是倾斜直线，等d线是垂直线，等t线接近水平，看似平行，实际互不平行。水蒸气分压力（Pq）标尺为水平线。最低的一根等φ线，其值为φ=100%。这条曲线称为饱和线。状态在这条线上的空气处于饱和状态。在其他φ线上的空气都是非饱和的。空气状态不可能位于饱和线以下的区域中。

　　

　　关于焓湿图，请查看暖通南社相关课件《看懂焓湿图并学会在设计中的运用》。

　　

　　转轮除湿的吸附介质

　　

　　1氯化锂

　　

　　氯化锂是最早用来作为转轮除湿机的吸附材料的，它属于一种高含湿量的吸湿盐，易再生，具有高度化学稳定性。此外，氯化锂吸附剂具有强烈的杀菌能力，因此，氯化锂作为除湿剂被广泛应用于医药、食品等对空气洁净度和湿度要求较高的领域。但是氯化锂在低湿度范围除湿量小、除湿能力低，而且吸湿时易形成液体从基体逸出，对除湿设备周围的金属产生腐蚀，这些不足在很大程度上限制了除湿机中氯化锂吸附剂的用量，也即限制了除湿机的除湿量。

　　

　　2硅胶

　　

　　硅胶是继氯化锂后研究应用比较多的一种固体吸附剂，其吸湿能力、再生能耗等方面较氯化锂稍差，但由于在吸附、解吸过程中始终保持固态，有良好的物理化学稳定性，克服了氯化锂吸附剂容易液化逸出的缺点，即使在高湿度下（100%）也能保持转轮表面不结露，对周边设备无腐蚀。同时当转轮长期使用过程中因灰尘或油污覆盖表面影响除湿效率时，可采用清水（除灰尘）或清洁剂（除油污）直接清洗掉使之恢复，因此得到了广泛的应用。

　　

　　目前制备硅胶转轮最有效方法为浸渍法。其工作原理是：在无机纤维基材上让水玻璃与酸就地反应，使生成的硅胶较为均匀地分散在纤维表面及其空隙中，构成块体吸附剂。

　　

　　硅胶作为吸附材料存在的不足：

　　

　　（1）吸附性能有待提高；

　　

　　（2）耐热性能需要加强,由于硅胶耐热性能较弱,除湿转芯长时间处于80～150℃再生环境中，易出现熔融、塌陷、堵塞孔道等现象,从而使系统吸附效率降低；

　　

　　（3）机械强度有待增强，由于硅胶与陶瓷纤维作用力较弱，使得转芯材料机械强度较差，在系统运行过程中，易出现粉化、掉粉现象，从而影响其使用寿命。

　　

　　3沸石分子筛

　　

　　沸石分子筛是研究及应用比较多的固体吸附剂材料，它在低湿度环境下仍能吸湿的优异性能，使它非常适用于低露点深度除湿；另一方面即使在较高温度下（如100～120℃）分子筛仍保持13%以上的吸水率，而硅胶的吸水率几乎为零。因此在电子、精密仪器等一些对湿度要求非常低及环境温度较高的情况下，分子筛除湿得到广泛的应用，应用分子筛的转轮除湿机其出风口空气露点最低可达到-60℃。

　　

　　转轮除湿机用各种吸附材料的对比

　　

　　转轮除湿器与空调系统的结合

　　

　　（1）转轮除湿器与一般空调系统的结合

　　

　　对于室内冷负荷和湿负荷都较大的场合，或新风负荷较大，室内要求湿度较低的环境，如果靠常规制冷就要降低蒸发温度或采用乙二醇溶液，把空气冷却到很低的温度，有时还要加热以防房间温度过低。这样既增加系统能耗，而且冷却盘管容易结霜，导致COP值下降。如果由转轮除湿器承担湿负荷，机械制冷承担显热负荷，就能达到比较满意的效果。这就是除湿技术与一般空调相结合的基本思路。在这里使用的是氯化锂转轮除湿器。

　　

　　转轮除湿器内部共有二路空气流，分别是处理空气流，再生空气流。处理空气流1汇同从房间出来的一次回风至2，首先经过一级蒸发器至3，在这里空气被冷却，温湿度降低，然后通过处理风入口进入转轮除湿器至4，其中所含的绝大部分水分被留在转轮除湿器中，以备再生空气流带走，此时再汇同二次回风至5，达到了送风所要求的湿量，然后再经过二级冷却器至6，处理空气等湿降温，达到送风状态，然后送入房间：再生空气流经过一个热交换器，温度升高，然后在加热器中形成高温干燥的再生气，再进入转轮除湿器的再生区，将其中的水分带出，经过换热器换热，然后排到大气。为了达到节能的效果，我们利用了房间回风。

　　

　　转轮除湿器之前设置一级蒸发器的目的是冷却新风和一次回风，当处理空气温度较低时，氯化锂表面水蒸汽分压力下降，从而导致除湿效率上升。设置二级蒸发器的目的是冷却从转轮除湿器出来的高温处理空气，等湿降温。对氯化锂转轮除湿器来说，再生空气温度达到90℃，氯化锂就已完全再生，此时COP最大。如果再生空气温度大于或小于90℃，COP均减小。

　　

　　（2）除湿转轮与燃气空调系统的结合

　　

　　转轮除湿方式的主要能耗是在转轮的再生气部分，如果不使用电加热再生而使用废热或太阳能再生，那么节能效果将更佳。用燃气加热再生空气，可以轻易地得到较高的再生温度。

　　

　　（3）除湿转轮与蒸发冷却空调系统的结合：开式通风型空调。

　　

　　室外新风1首先进入转轮除湿器至2，空气中的水分被吸收或吸附。同时释放出汽化潜热，使处理空气湿度降低，温度升高。处理后的空气由风机送至显热交换器至3。与此同时，再生空气进入水直接蒸发冷却器，直接蒸发冷却(DEC)使空气与水直接接触，水在焓值不变的情况下和空气进行热湿交换，蒸发吸热，该空气处理过程是绝热加湿过程，主要其冷却加湿的作用。再生空气经过喷淋降温后送至显热交换器。在显热交换器里，处理空气和再生空气换热后送入直接蒸发冷却器至4，经过喷淋降温后送入室内。同时，再生空气经加热器加热后，送入转轮除湿器的再生区。

　　

　　除湿工艺计算

　　

　　单位时间为维持房间恒温恒湿，需要空调系统向室内提供的冷量称为冷负荷；相反，为补偿房间失热而需要向室内提供的热量称为热负荷。为了维持室内相对湿度恒定需从房间除去的湿量称为湿负荷。

　　

　　湿负荷是亦指空调房间的湿源向室内的散湿量，湿源包括墙门等围护渗漏、人体、水槽表面、地面积水、洗涤洗浴、燃烧、工艺过程；另外，湿负荷还应包括空调系统的新风和回风等等。

　　

　　湿负荷计算：1房间渗漏湿负荷公式：Mf=Δd×K1×K2×ρ×V式中：Mf：房间渗漏湿负荷，g

　　

　　Δd：室内外空气含湿量差值，g/kgK1：房间密封性好K1=0.1，一般K1=0.2，其次K1=0.3K2：房间体积＜400立方米时K2=1；400≤房间体积≤立方米时K2=0.8；房间体积＞时K2=0.6。

　　

　　ρ空气密度，kg/m3。一般取1.29kg/m3；V房间体积，m3。2墙体渗透湿负荷公式：Mq=ΔPq×k×A式中：Mq：墙体渗透湿负荷，g；ΔPq：室内外空气水蒸气压力差，Pa；k：渗透系数，一般k=0.2；A：与外界接触的围护面积，m23门开关湿负荷公式：Mm=Δd×T×ρ×A×n式中：Mm：门开关湿负荷，g/h；

　　

　　Δd：室内外空气含湿量差值，g/kgT：门单次开启持续时间，h/次；

　　

　　ρ：空气密度，kg/m3。一般取1.29kg/m3；A：门面积，m2；n：一小时内门的开启次数，次/h。

　　

　　4室内人员湿负荷公式：Mr=q×p式中：Mr：室内人员湿负荷，g/hq：人员散湿量，轻度劳动100g/h·人

　　

　　中度劳动150g/h·人；重度劳动200g/h·人（一般取中度劳动）p：室内人数，人除湿一般工艺流程：

　　

　　工作流程：转轮除湿机的工作流程可分几个部分完成：预冷/预热（供选件）—转轮除湿—后冷/后热（供选件)。

　　

　　预冷/预热：利用冷冻水降低空气的温度，空气在降温过程中，其相对湿度逐渐接近饱和状态，在达到要求的温度时，高于该空气温度饱和状态的多余水份会析出，起到降温除湿的目的。

　　

　　转轮除湿：除湿转轮在除湿段内部由密封系统分为处理区域和再生区域，除湿转轮以8-10转/小时的速度缓慢旋转，以保证整个除湿为一个连续的过程。

　　

　　当处理空气通过转轮的处理区域时，其中的水蒸汽被转轮中的吸湿介质所吸附，水蒸气同时发生相变，并释放出潜热，转轮也因吸附了一定的水份而逐渐趋向饱和；这时，处理空气因自身的水份减少和潜热释放而变成干的、热的空气。