板式熱回收除濕機(jī)的試驗(yàn)研究

劉中一 劉楊 崔超

上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院

板式熱回收除濕機(jī)的試驗(yàn)研究

劉中一 劉楊 崔超

上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院

針對(duì)目前除濕機(jī)能源浪費(fèi)的問題，開發(fā)了一種使用板式熱交換器用于熱回收的除濕機(jī)，并通過試驗(yàn)研究證明了該機(jī)組不但具有良好的除濕能力，而且具有一定的節(jié)能效果。

板式熱交換器熱回收除濕機(jī)除濕量節(jié)能

冷凍除濕機(jī)的除濕方法雖然簡單但是引起的能耗較大，為此有必要設(shè)計(jì)一種既能滿足室內(nèi)空氣濕度要求，又可以降低空調(diào)能耗的除濕系統(tǒng)。板式熱回收除濕機(jī)主要是在除濕機(jī)中加裝板式換熱器，通過板式換熱器實(shí)現(xiàn)能量的有效利用。本文主要研究板式熱回收除濕機(jī)的性能。

1 板式熱回收除濕機(jī)的原理

1.1 熱回收除濕機(jī)工作原理

為了使傳統(tǒng)的冷凍除濕機(jī)在相同能耗下，提高除濕效率，在冷凍除濕機(jī)的蒸發(fā)器和冷凝器之間增加了熱回收裝置——板式熱交換器[1]，熱回收除濕機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖1所示。室內(nèi)濕空氣（t1，h1，d1）在機(jī)組內(nèi)部風(fēng)機(jī)的引流作用下，首先流過板式熱交換器，與來自蒸發(fā)器的低溫干空氣以交叉流的方式流經(jīng)板式熱交換器，經(jīng)過熱交換之后，溫度降低，與此同時(shí)，來自蒸發(fā)器的低溫干空氣（t2，h2，d2）溫度升高。溫度降低后的低溫濕空氣（t3，h3，d3）繼續(xù)向前流動(dòng)，通過蒸發(fā)器的冷卻作用二次降溫，使其達(dá)到濕空氣的露點(diǎn)溫度之后析出水分，起到降溫除濕的作用。經(jīng)過熱交換器之后的干空氣（t4，h4，d4）繼續(xù)流動(dòng)，通過冷凝器加熱升溫之后，成為高溫干空氣（to，ho，do）送入室內(nèi)。在這個(gè)過程中，由于室內(nèi)濕空氣不是直接送入蒸發(fā)器進(jìn)行降溫除濕，而是先經(jīng)過板式熱交換器的預(yù)冷之后再送入蒸發(fā)器，因此，減輕了一些蒸發(fā)器的負(fù)載，起到了節(jié)能、提高除濕效率的目的。

1.2 空氣處理過程

熱回收除濕機(jī)的空氣處理過程為：N-L-L’-O-O’。室內(nèi)回風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)N經(jīng)過板式熱交換器，通過和蒸發(fā)器出來的干空氣狀態(tài)點(diǎn)L’進(jìn)行熱交換，等濕降溫，處理到狀態(tài)點(diǎn)L，L接著經(jīng)過蒸發(fā)器的降濕降溫過程處理到狀態(tài)點(diǎn)L’,L’在室內(nèi)回風(fēng)N的熱交換作用下升溫處理到狀態(tài)點(diǎn)O，O接著被冷凝器等濕加熱，最終送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)為O’。整個(gè)空氣處理過程的制冷量由兩部分來承擔(dān)，一部分冷量由板式熱交換器承擔(dān)，另一部分冷量由制冷系統(tǒng)來承擔(dān)。對(duì)于單位質(zhì)量空氣而言，板式熱交換器所承擔(dān)的冷量為iN-iL，制冷系統(tǒng)所承擔(dān)的冷量為iL-iL’。在傳統(tǒng)冷凍除濕機(jī)中，處理到相同的空氣狀態(tài)點(diǎn)L’，制冷系統(tǒng)所要承擔(dān)的冷量為iN-iL’，顯然熱回收除濕機(jī)制冷系統(tǒng)承擔(dān)的冷量比傳統(tǒng)冷凍除濕機(jī)小，壓縮機(jī)單位功率的除濕量也變大，相同能耗下，熱回收除濕機(jī)的除濕量更大。這正是熱回收除濕機(jī)較傳統(tǒng)冷凍除濕機(jī)的節(jié)能所在。

2 板式熱回收除濕機(jī)實(shí)驗(yàn)研究

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由焓差環(huán)境實(shí)驗(yàn)室、板式熱回收除濕機(jī)組和實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)組成。板式熱回收除濕機(jī)組所需的部件設(shè)計(jì)及選型按照設(shè)計(jì)工況確定，設(shè)計(jì)工況由除濕機(jī)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)工況[2]確定，即室內(nèi)干球溫度取27℃，室內(nèi)相對(duì)濕度取60%，送風(fēng)風(fēng)量150m3/h。設(shè)計(jì)工況下該除濕機(jī)的理論總除濕量[3，4]為0.66kg/h。根據(jù)參文獻(xiàn)[3]中關(guān)于測(cè)試實(shí)驗(yàn)要求，確定實(shí)驗(yàn)室內(nèi)側(cè)環(huán)境工況。

2.1 回風(fēng)相對(duì)濕度對(duì)單位時(shí)間除濕量MER的影響

板式熱回收除濕機(jī)在相同回風(fēng)溫度、不同回風(fēng)相對(duì)濕度下的MER[5]如圖3所示，共18個(gè)工況。標(biāo)準(zhǔn)工況：干球溫度27℃，相對(duì)濕度60%情況下除濕機(jī)MER為0.60kg/h，與理論計(jì)算MER為0.66kg/h的計(jì)算結(jié)果吻合較好。從圖3中可以看出，回風(fēng)溫度相同時(shí)，隨著相對(duì)濕度的增加，板式熱回收除濕機(jī)的MER呈顯著的增大趨勢(shì)。但是在回風(fēng)溫度15℃、濕度50%和回風(fēng)溫20℃、濕度50%下的除濕量十分接近，這主要是由于回風(fēng)溫度15℃、濕度50%工況下，板式熱交換器中冷熱空氣進(jìn)行熱交換時(shí)出現(xiàn)了水分析出的現(xiàn)象，增加了系統(tǒng)除濕量。

2.2 回風(fēng)溫度對(duì)單位時(shí)間除濕量MER的影響

板式熱回收除濕機(jī)在相同回風(fēng)相對(duì)濕度、不同干球溫度下的板式熱回收除濕機(jī)的MER如圖4所示，共19個(gè)工況。回風(fēng)相對(duì)濕度相同的情況下，隨著回風(fēng)溫度的升高，板式熱回收除濕機(jī)的MER不斷增加，同時(shí)還可以看到MER增加的速率隨著回風(fēng)溫度的升高逐漸趨于平緩。這主要也是由于隨著回風(fēng)溫度升高，除濕量不斷增加，換熱器翅片表面凝結(jié)水量的增加促使風(fēng)機(jī)風(fēng)量的減少，從而影響除濕機(jī)除濕效果。從圖4中的相對(duì)濕度50%～70%三條曲線來看，室內(nèi)環(huán)境溫度從32℃升高到35℃，除濕機(jī)MER不上升反而下降，說明室內(nèi)環(huán)境溫度32℃是該板式熱回收除濕機(jī)實(shí)際運(yùn)行中能力允許范圍的極限溫度。只有回風(fēng)條件在該除濕機(jī)的能力范圍之內(nèi)，除濕效果才能達(dá)到最佳。

2.3 回風(fēng)相對(duì)濕度對(duì)單位能耗除濕量SMER的影響

板式熱回收除濕機(jī)在相同回風(fēng)溫度、不同相對(duì)濕度下的SMER[5]如圖5所示，共18個(gè)工況。回風(fēng)溫度相等的情況下，隨著相對(duì)濕度的增加，除濕機(jī)SMER總體呈線性增加趨勢(shì)，且在不同的回風(fēng)溫度下，這種增長速率也基本相同。說明該除濕機(jī)運(yùn)行性能穩(wěn)定，在高濕度區(qū)間具有很好的除濕性能。但是圖5中顯示：當(dāng)濕度小于60%之后，溫度對(duì)SMER的影響作用越來越小，由此推測(cè)在低濕度區(qū)間（<50%），除濕機(jī)的SMER對(duì)回風(fēng)溫度敏感性越來越小，以致微乎其微；還可以看出，隨著回風(fēng)溫度的升高，除濕機(jī)SMER曲線水平整體提高，而當(dāng)回風(fēng)溫度為27℃和32℃的兩條曲線卻十分逼近，說明該除濕機(jī)在回風(fēng)溫度高于27℃以后，相同相對(duì)濕度下，除濕機(jī)SMER對(duì)溫度敏感性越來越小。

2.4 回風(fēng)溫度對(duì)單位能耗除濕量SMER的影響

板式熱回收除濕機(jī)在相同回風(fēng)相對(duì)濕度，不同干球溫度下的SMER如圖6所示，共19個(gè)工況。相同回風(fēng)相對(duì)濕度下，隨著回風(fēng)溫度的升高，除濕機(jī)SMER曲線呈現(xiàn)先增加，然后慢慢趨于平緩，最后緩緩下降的趨勢(shì)；四組相對(duì)濕度下除濕機(jī)的SMER曲線趨勢(shì)基本一致；每條曲線都存在一個(gè)最高點(diǎn)，這個(gè)最高點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的溫度即為該除濕機(jī)在相應(yīng)回風(fēng)相對(duì)濕度下所對(duì)應(yīng)的除濕機(jī)最大SMER的最佳性能溫度。可以看出：回風(fēng)相對(duì)濕度為50%時(shí)，對(duì)應(yīng)除濕機(jī)最大SMER的最佳性能回風(fēng)溫度為32℃；回風(fēng)相對(duì)濕度60%時(shí)，對(duì)應(yīng)除濕機(jī)最大SMER的最佳性能回風(fēng)溫度為27℃；回風(fēng)相對(duì)濕度70%時(shí)，對(duì)應(yīng)除濕機(jī)最大SMER的最佳性能回風(fēng)溫度為27℃。

2.5 節(jié)能分析

整個(gè)除濕系統(tǒng)在不同回風(fēng)溫濕度條件下壓縮機(jī)提供的冷量和系統(tǒng)總冷量的分析結(jié)果如圖7所示，本文所設(shè)計(jì)的帶熱回收的除濕機(jī)的系統(tǒng)總冷量由兩部分組成：壓縮機(jī)提供的冷量和板式熱交換器回收的冷量。標(biāo)準(zhǔn)工況（回風(fēng)溫度27℃，相對(duì)濕度60%）下，該除濕機(jī)系統(tǒng)總冷量1157W，壓縮機(jī)提供的冷量為714W，板式熱交換器回收的冷量為442.8W，熱回收比例為38.3%。其他各工況下該熱回收除濕機(jī)系統(tǒng)的熱回收比例計(jì)算結(jié)果見圖8，結(jié)果顯示：相同回風(fēng)溫度下，該熱回收除濕系統(tǒng)的熱回收比例變化不大，低溫工況下該除濕機(jī)熱回收的比例在24%左右，高中溫工況下該除濕機(jī)熱回收比例在38%左右。由此可見，所設(shè)計(jì)的板式熱回收除濕機(jī)在達(dá)到設(shè)計(jì)除濕效果的基礎(chǔ)下，節(jié)能特性也是很明顯的。

3 結(jié)論

板式熱回收除濕機(jī)主要將具有熱回收作用的叉流板式熱交換器應(yīng)用于傳統(tǒng)的冷凍除濕機(jī)中，設(shè)計(jì)了一套具有熱回收作用的除濕機(jī)。通過對(duì)本機(jī)組的實(shí)驗(yàn)研究來分析不同回風(fēng)溫度和不同回風(fēng)相對(duì)濕度對(duì)板式熱回收除濕機(jī)MER和SMER的影響，以及分析不同工況下熱回收比例。可以得出的結(jié)論是板式熱回收除濕機(jī)除了能起到對(duì)室內(nèi)空氣降濕的作用之外，也大大節(jié)約了能耗。

[1]章熙民,任澤霈,梅飛鳴.傳熱學(xué)(第四版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005

[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).全新風(fēng)除濕機(jī)(GB/T 20109-2006)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006

[3]吳業(yè)正.小型制冷裝置設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1998

[4]周森泉,過增元,胡桅林,等.來流溫度速度不均勻時(shí)換熱器效能的分析[J].工程熱物理報(bào),1994,15(4):405-407

[5]袁麗,范良凱,耿世彬,等.風(fēng)量影響除濕機(jī)SMER的原理分析與模擬[J].制冷與空調(diào),2010,24(5):38-42

Ex pe rim en ta l Stud y o f a Hea t Re c ove ry Dehum id ifie r w ith Pla te Hea t Ex c hange r

LIU Zhong-yi,LIU Yang,CUIChao
Schoolof Environmentand Architecture,University of Shanghai for Scienceand Technology

Aim ing at the problem of the dehumidifier energy waste,amethod of using a plate heatexchanger for heat recovery dehum idifierwas developed.Through the experimental research,it’s proved that the unit is notonly has good dehumidification capacity,buthasa certain energy-saving effect.

plateheatexchanger,heat recovery dehum idifier,dehumidification capacity,energy saving

1003-0344（2014）03-018-4

2013-5-15

劉中一（1988～），男，碩士研究生；上海市軍工路516號(hào)環(huán)境與建筑學(xué)院413室（200093）；E-mail:805056355@qq.com