地下廠房工業除濕方法的研究綜述

黎平 周霖軒 唐婕妤 蘭麗 張偉

摘 要：地下廠房因為通風、光照、地形的限制相對濕度常年較高，除濕對于營造健康舒適的廠房環境具有重要影響。本文主要對適用于工業除濕機的兩種除濕方法：空氣冷卻除濕和干燥劑除濕進行研究。首先比較兩種除濕方法除濕機理的區別，綜述了兩種除濕方法最新的研究進展，對于兩種方法的使用條件、限制和能耗進行闡述，最后對兩種方法的適用范圍給出建議。

關鍵詞：空氣冷卻除濕;干燥劑除濕;除濕機理

中圖分類號：TP834.9 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）20-0072-02

0 引言

地下廠房因為通風、光照、地形的限制常年具有較高的相對濕度。室內環境中根據人體舒適度要求，室內適宜的相對濕度大約為40-60%。相對濕度高會引起人體不適，因為汗液蒸發導致身體不能降溫。相對濕度低會導致人體因鼻腔干燥而產生不適感[1]。針對工業廠房，高濕度會降低設備的使用壽命、導致部分管道結露、對于設備的安全運行產生影響。除濕已經成為建筑環境中亟需解決的重要問題，本文將重點針對適用于工業除濕機的除濕方法進行研究。

工業除濕主要可以采用兩種方法：空氣冷卻除濕和干燥劑除濕。兩種除濕方法在除濕機理上存在哪些區別？關于兩種除濕方法最新的研究成果有哪些？建筑環境的除濕中如何合理地將兩種除濕方法結合，節約能耗？本文通過對國內外關于兩種除濕方法的最新研究進行綜述，希望能尋找到上述問題的解答。

1 空氣冷卻除濕

1.1 空氣冷卻除濕工作原理

冷卻除濕機由壓縮機、熱交換器、風扇、盛水器、機殼及控制器組成，風扇將潮濕空氣抽入機內，通過熱交換器，此時空氣中的水分冷凝成水珠，變成干燥的空氣排出機外[2]。

制冷系統主要為制冷劑的循環，除濕機常用的制冷劑為氟利昂如R22和R401A，制冷劑在壓縮機內被壓縮成高溫高壓的氣體后進入冷凝器，通過管壁與空氣換熱后冷凝為常溫高壓的液體，液體被節流閥絕熱節流后進入蒸發器，被空氣加熱后蒸發為低溫低壓氣體，隨后制冷劑再次進入壓縮機，周而復始進行循環[3]。冷卻除濕機的運行示意圖如圖1所示。

當空氣冷卻時，相對濕度增加，空氣冷卻到露點以下時，水開始冷凝至飽和溫度。空氣含濕量降低，但此時空氣已經到達飽和狀態，即它相對濕度接近100%。如果除了低絕對濕度外還需要低相對濕度，空氣離開冷卻盤管后可以繼續進行加熱。該方法對于期望的條件下有效的相對濕度應大于45%[4]。

1.2 冷卻除濕機的分類

除濕后的濕空氣溫度較低，需要在冷凝器中進行加熱，根據加熱后出風口位置的溫度可分為一般型、調溫型、降溫型和多功能型除濕機。不同類型的除濕機區別在于循環過程中制冷劑冷凝熱的處理方式，四種類型的除濕機對比如表1所示。

一般型和降溫型除濕機的除濕量大、應用范圍較窄，適用于南方夏季高溫高濕的環境中。調溫型和多功能型的除濕機適用于相對濕度40-90%的環境中，可調節范圍較廣，但是除濕量相對較小。

1.3 冷卻除濕能耗分析

在我國較干燥的地區，通常利用空調系統就可以達到除濕目的。但我國部分沿海地區處于潮濕氣候，僅靠空調無法將室內環境濕度降至舒適范圍，空間內的相對濕度可能還會增加。夏季除濕需求遠遠大于需要冷卻空氣。因此在溫暖潮濕的氣候條件下，阻止不必要的空氣滲透并限制空氣參數變化非常重要。通過反復將室內氣流組織返回除濕機，可以去除空氣中的水分，以幫助將室內濕度保持在霉菌警報水平以下。空氣冷卻除濕機的能耗和和室內空氣含濕量相關，較干燥的空氣需要較少的能量來冷卻，隨著濕度的增加，能耗也會增加。

2 干燥劑除濕

2.1 干燥劑除濕原理

干燥劑除濕主要可以分為固體除濕和液體除濕。固體除濕是利用沸石、鋁膠、硅膠等吸濕材質來吸除空氣中的水分。空氣潮濕時具有高水蒸氣壓，然而，干燥劑的表面具有非常低的蒸氣壓，因此水蒸氣從潮濕空氣中移出到干燥劑表面上以消除蒸氣壓差。最終，干燥劑表面收集足夠的水蒸氣直至等于潮濕空氣的蒸氣壓[9]。然后，通過加熱使干燥劑重新干燥、活化，繼續用于從空氣流中除去更多的水分。液體除濕采用氯化鋰等液體干燥劑水溶液的噴霧吸收水分，不過由于液體是以霧狀與空氣接觸，需要防止溶液帶出或飛散。液體除濕成本高，維護費用也高[10]。

近年來利用固體吸濕材質制造的轉輪除濕系統發展較快，與液體干燥劑除濕系統相比，其性能比較穩定。在現實生活和生產中的應用越來越廣泛，轉輪除濕系統示意圖如圖2所示。

一般來說，干燥劑循環遵循四個步驟：步驟1是吸附，處理空氣通過旋轉干燥劑輪的一部分，自身的水蒸氣移出至干燥劑表面。當水分從空氣中除去時，干燥劑表面蒸氣隨著空氣中的潛熱轉化為顯熱，壓力和溫度升高。步驟2，干燥劑中的水分含量達到平衡，表面蒸氣壓等于周圍空氣的蒸氣壓。步驟3，當干燥劑表面蒸氣壓升高時干燥劑的再活化加熱。因為干燥劑中水分的蒸氣壓高于周圍空氣中的水蒸氣壓，水分離開了干燥劑。水分含量降低，但溫度較高，蒸汽壓力仍然很高。步驟4是干燥劑的冷卻。干燥劑表面的蒸汽壓力迅速降低，蒸汽壓力再次低于干燥劑周圍的空氣，所以它可以再次收集水分。因為干燥劑除濕器從空氣中除去水蒸氣而不是冷凝液體，所以此方法沒有凍結的風險[11]。

2.2 干燥劑除濕的發展

干燥劑除濕機主要技術核心在于干燥劑材料的選擇。目前對干燥劑材料的研究十分活躍，研究方向主要是尋找接近理想吸附性能的吸附劑材料，其中在原有多孔吸附劑中添加其它成分形成高性能的復合吸附劑也是研究人員努力的方向。不同干燥劑性能對比如表2所示。

干燥劑材料應具有很強的吸濕和容濕能力。通常商用干燥劑吸附水分的質量可達其質量的10-1100%（要依干燥劑類型和環境濕度而定）。當干燥劑表面蒸汽壓與周圍濕空氣蒸汽分壓相等時，吸濕過程停止。此時使溫度為50～260℃的熱空氣流過干燥劑表面，可將干燥劑吸附的水分帶走，如此往復，就形成了除濕循環[17]。通過不同干燥劑的再生溫度和吸附量測試，可得到不同環境適宜的干燥劑類型。