地下工程專用恒溫除濕機(jī)的研制

地下工程專用恒溫除濕機(jī)的研制

　　通過對普通調(diào)溫除濕機(jī)和恒溫恒濕機(jī)運(yùn)行特性的分析，指出了這兩種設(shè)備在地下工程中運(yùn)行時存在的缺點(diǎn)，提出了在地下工程專用恒溢除濕機(jī)的研制中需要解決的關(guān)鍵問題，并給出了樣機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)及測試結(jié)果。

　　地下工程中一般使用調(diào)溫除濕機(jī)來除濕兼調(diào)控室溫。而在可能產(chǎn)生較大余熱的地下工程中，通常使用普通水冷型恒溫恒濕機(jī)來控制室內(nèi)溫濕度。

　　長期的運(yùn)行實(shí)踐表明，這兩種設(shè)備用于地下工程的溫濕度控制時都存在明顯的缺點(diǎn)。除濕機(jī)的基本功能主要是除濕，其調(diào)功能比空調(diào)機(jī)差。

　　而恒溫恒濕機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行環(huán)境應(yīng)當(dāng)是在篼溫低濕的地面建筑中，地下建筑的環(huán)境特點(diǎn)與地面建筑區(qū)別很大，造成了恒溫恒濕機(jī)能耗較篼，存在明顯的不適用性。為了滿足地下工程既要除濕又要恒溫的實(shí)際需要，研制了一種新型的恒溫除濕機(jī)。

　　是從除濕機(jī)改進(jìn)而來的第二代調(diào)溫型除濕機(jī)，該機(jī)有水冷和風(fēng)冷兩個冷凝器，空氣先經(jīng)蒸發(fā)器降溫除濕，又經(jīng)過風(fēng)冷冷凝器升溫后送到空調(diào)房間，通過調(diào)節(jié)冷卻水流量控制風(fēng)冷冷凝器和水冷冷凝器的換熱比例，可以控制送風(fēng)溫度的篼低。由于該機(jī)利用了冷凝熱量作為對送風(fēng)升溫的再加熱，所以被認(rèn)為是節(jié)能的。但是，這種節(jié)能形式是有缺點(diǎn)的，尤其是在地下工程常用的升溫除濕工況下，這種缺點(diǎn)表現(xiàn)更為明顯。依靠冷凝熱量來調(diào)控室溫的前提是壓縮機(jī)必須連續(xù)工作，而CIZ型除濕機(jī)對室內(nèi)濕度只能采取最簡單的“雙位式”控制方式（即“通”和“斷”方式），壓縮機(jī)是否運(yùn)行取決于室內(nèi)濕度的實(shí)際值是否達(dá)到了設(shè)定值。一旦達(dá)到了設(shè)定值，壓縮機(jī)就會停轉(zhuǎn)，壓縮機(jī)停轉(zhuǎn)的直接結(jié)果是不僅除濕停止了，冷流體機(jī)械凝熱量也隨之沒有了，對送風(fēng)的升溫作用同時也停止了，但此時新風(fēng)濕負(fù)荷依然存在，由于地下工程壁面持續(xù)散濕和吸熱，室內(nèi)的熱濕負(fù)荷也依然存在，新風(fēng)和回風(fēng)未經(jīng)任何處理就被送入室內(nèi)，室內(nèi)溫濕度必然產(chǎn)生很大波動，室溫很快降低，相對濕度迅速升高。因?yàn)镻節(jié)特性較差，壓縮機(jī)再啟動后升溫滯后時間較長，有時甚至?xí)霈F(xiàn)室內(nèi)裝備表面結(jié)露現(xiàn)象，給裝備造成損害。為了避免出現(xiàn)這種情況，操作人員會取消濕度控制系統(tǒng)，使壓縮機(jī)一直處于開機(jī)狀態(tài)，這顯然是既不合理也不經(jīng)濟(jì)的，但不得不這樣做。

　?。?）送風(fēng)溫度可調(diào)范圍內(nèi)存在盲區(qū)從中可以看到，CTZ型除濕機(jī)的水冷冷凝器和風(fēng)冷冷凝器在調(diào)溫工況下是串聯(lián)的。從制冷劑流程來看，當(dāng)電磁閥開啟后，這兩個冷凝器可以看作是連通在一起的等壓空間，高壓制冷劑在其中以兩相狀態(tài)存在，無論水冷冷凝器的冷卻水量加大到多少，都無法阻止一部分氣態(tài)制冷劑竄入風(fēng)冷冷凝器，大量的汽化潛熱會釋放在風(fēng)冷冷凝器中，使得除濕機(jī)的出風(fēng)溫度居高不下，嚴(yán)重影響了除濕機(jī)送風(fēng)溫度的可調(diào)節(jié)范圍。在調(diào)溫工況下，CIZ型除濕機(jī)的出風(fēng)溫度A只能降到26尤左右，而在切除風(fēng)冷冷凝器的全水冷工況下，CTZ型除濕機(jī)的出風(fēng)溫度可以降到16*以下，這就是說，該型除濕機(jī)送風(fēng)溫度的調(diào)節(jié)范圍中存在約10T的盲區(qū)，這對室溫的控制是非常不利的，如果需要的送風(fēng)溫度正好處于盲區(qū)，勢必造成除濕機(jī)運(yùn)行工況的頻繁轉(zhuǎn)換，室溫也會隨之產(chǎn)生很大的波動。這是該型除濕機(jī)的又一重要缺點(diǎn)。

　　用性普通恒溫恒濕機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行環(huán)境是在地面工程中，最適用于夏季降溫的空調(diào)系統(tǒng)。該機(jī)配有電加熱器，用于提升出風(fēng)溫度，以滿足精確控制室溫的需要。另外還配有加濕器，以滿足控制室內(nèi)相對濕度的需要。

　　地下工程中有些房間的設(shè)備在工作時會產(chǎn)生大量的工藝性余熱，空調(diào)設(shè)計(jì)中會在這些房間采用大制冷量的水冷型恒溫恒濕機(jī)以消除余熱。由于地下建筑的環(huán)境特點(diǎn)與地面建筑區(qū)別很大，實(shí)際運(yùn)行中可以看到恒溫恒濕機(jī)存在明顯的不適用之處。

　　地下工程的環(huán)境特點(diǎn)是低溫高濕。裝有發(fā)熱設(shè)備的房間除了短期的值班時間外，大部分時間都處在非工作狀態(tài)，沒有工藝余熱，恒溫恒濕機(jī)需要用除濕升溫工況運(yùn)行。雖然恒溫恒濕機(jī)在控制室溫方面比CK型除濕機(jī)好，但其功耗卻比CIZ除濕機(jī)大得多，因?yàn)槠淅淠裏崃慷急焕鋮s水帶到了下水道。經(jīng)過冷凍除濕的處于露點(diǎn)狀態(tài)的空氣必須經(jīng)過電加熱器加熱大幅度升溫后才能送人房間。這種重復(fù)耗能使恒溫恒濕機(jī)在地下工程中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性降低。有時設(shè)計(jì)者會再配置一套除濕機(jī)用于平時的除濕運(yùn)行。顯然這種設(shè)備的重復(fù)配置既增加了投資，增加了占地，又增加了安裝和運(yùn)行管理的復(fù)雜性，也是一種很無奈的選擇。目前恒溫恒濕機(jī)用的都是能量不可調(diào)節(jié)的全封閉壓縮機(jī)，只能采用簡單的雙位式控制方式，這種方式對于同時控制溫度和相對濕度是很不利的，比如恒溫恒濕機(jī)在降溫除濕工況下，由于控溫和控濕都需要由壓縮機(jī)的啟停來實(shí)現(xiàn)，所以是選擇溫度優(yōu)先還是選擇濕度優(yōu)先是一個兩難的選擇，因?yàn)闊o論怎樣選擇，都是只能保證一項(xiàng)指標(biāo)的精度而放寬對另一項(xiàng)指標(biāo)的精度要求，即使采用PLC控制也只能默認(rèn)某項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)先。在地面工程中，可以采用折衷的辦法分別設(shè)定室內(nèi)溫度和濕度的上下限對應(yīng)值，盡量兼顧溫度和濕度的控制精度。但在地下工程中，由于熱濕比的變化與地面工程大不相同，無論怎樣選擇，都可能給溫濕度精度的控制和運(yùn)行能耗帶來不利影響。在設(shè)備調(diào)試中，往往耗費(fèi)許多時間和精力也難以得到理想的結(jié)果。

　　3新型恒溫除濕機(jī)的設(shè)計(jì)定位3.1品定位恒溫除濕機(jī)是一種專為地下工程空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高端機(jī)型。該機(jī)篼效節(jié)能，可以完成對地下工程環(huán)境指標(biāo)的高精度控制，是可以接受系統(tǒng)集成平臺對調(diào)節(jié)全過程進(jìn)行智能化集中控制的標(biāo)準(zhǔn)終端設(shè)備。

　　3.2功能定位恒溫除濕機(jī)根據(jù)地下工程的環(huán)境特點(diǎn)，以恒溫和除濕功能為主，在有特殊工藝需求的場合也可選擇增加加濕功能。該機(jī)保留了CIZ型除濕機(jī)和水冷式恒溫恒濕機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了其缺點(diǎn)，可以滿足地下工程有余熱或無余熱狀態(tài)下的環(huán)境保障要求。該機(jī)無需人工指定運(yùn)行工況，可根據(jù)設(shè)定值和環(huán)境參數(shù)自行判斷并采取適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行方式。使室內(nèi)溫濕度值可靠地穩(wěn)定在設(shè)計(jì)指定的范圍內(nèi)。

　　3.3規(guī)格定位按照地下工程常用的除濕機(jī)規(guī)格，為方便安裝和使用，處理風(fēng)量為6000~m3/h的恒溫除濕機(jī)為整體式，處理風(fēng)量大于2m3/h的為分段組合式。恒溫除濕機(jī)可以帶風(fēng)機(jī)，也可以不帶風(fēng)機(jī)。

　　4新型恒溫除濕機(jī)設(shè)計(jì)中要解決的關(guān)鍵問題

　　4.1解決溫濕度控制能力差的問題普通恒溫除濕機(jī)送風(fēng)溫濕度波動大和送風(fēng)溫濕度精度不能兼顧的問題都是因?yàn)閴嚎s機(jī)只能采用雙位式控制造成的。雙位式控制的調(diào)節(jié)特性是最差的，其調(diào)節(jié)參數(shù)也是最簡單的，除了用上下限值來控制設(shè)備的啟停外，對于被調(diào)節(jié)對象的具體調(diào)節(jié)需求是無計(jì)可施的。新型恒溫除濕機(jī)要充分發(fā)揮PLC（可編程控制器）的智能作用，實(shí)現(xiàn)對調(diào)節(jié)全過程控制，首先應(yīng)考慮采用能量可調(diào)型壓縮機(jī)。只有采用能量可調(diào)型壓縮機(jī)，才能應(yīng)用PLC中的PID控制功能，對壓縮機(jī)制冷量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使壓縮機(jī)能適時跟隨負(fù)荷變化運(yùn)行，滿足各種調(diào)節(jié)需求。由于PID調(diào)節(jié)過程是平滑的，當(dāng)房間溫濕度達(dá)到設(shè)定值時，壓縮機(jī)并不會停機(jī)，而是以此時的負(fù)荷為平衡點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行，使室內(nèi)參數(shù)穩(wěn)定在設(shè)定值，從而不用擔(dān)心出現(xiàn)因壓縮機(jī)停機(jī)而使未經(jīng)處理的空氣直接進(jìn)人室內(nèi)引起溫濕度大幅度波動的問題。

　　采用能貴可調(diào)型壓縮機(jī)后，溫度和濕度精度不能兼顧的問題也可得到改善，恒溫除濕機(jī)可采用室內(nèi)露點(diǎn)溫度傳感器采集室內(nèi)濕度信號，通過控制器調(diào)節(jié)壓縮機(jī)制冷量，滿足濕度控制需要。當(dāng)室內(nèi)的濕度達(dá)到要求時，壓縮機(jī)會以維持濕負(fù)荷平衡而繼續(xù)運(yùn)行，蒸發(fā)器仍會提供出露點(diǎn)狀態(tài)的低溫風(fēng)，以滿足室內(nèi)的溫度需要繼續(xù)降低時的需求。室內(nèi)的溫度控制則由干球溫度傳感器通過控制器以PID方式調(diào)節(jié)水冷冷凝器前的電動調(diào)節(jié)閥開度，用改變冷卻水流量的辦法來調(diào)節(jié)水冷冷凝器和風(fēng)冷冷凝器的換熱比例，從而達(dá)到控制出風(fēng)溫度的目的。雖然風(fēng)冷冷凝器的換熱量會受到壓縮機(jī)能量調(diào)節(jié)的影響，但冷卻水的調(diào)節(jié)會最終彌補(bǔ)這些影響，使出風(fēng)溫度穩(wěn)定。恒溫除濕機(jī)可以實(shí)現(xiàn)溫度和濕度分離控制，從而解決了溫度和濕度精度不能兼顧的問題，使溫度和濕度控制都能達(dá)到很高的精度。在室內(nèi)有大量余熱量出現(xiàn)時，恒溫除濕機(jī)的PLC控制器將根據(jù)干球溫度傳感器得到的溫度值與設(shè)定值比較，如果偏差大于規(guī)定值A(chǔ)，即指令壓縮機(jī)由濕度控制轉(zhuǎn)換為溫度控制，以滿負(fù)荷降溫方式運(yùn)行，直至室內(nèi)溫度與設(shè)定值的偏差小于規(guī)定值心后，壓縮機(jī)又自動改為濕度控制。在以降溫為主要目的時，也可以把：的值設(shè)為0，壓縮機(jī)將始終以溫度控制方式工作，不再轉(zhuǎn)換。4.2解決冷凝熱量利用和輔助加熱問題1數(shù)碼容調(diào)壓縮機(jī)；2.蒸發(fā)器；3.風(fēng)冷冷凝器；4.水冷冷凝器；5.電子膨脹閥；6分液器；7.貯液器；8.電動調(diào)節(jié)W；9.供液電JtWilO.旁通電磁閥；11.電動冷媒閥；12.單向閥；13.干燥過濾器；14電加熱器；15.防輻射折板；16.擋水板；17.風(fēng)機(jī)。流體機(jī)械新型恒溫除濕機(jī)保留了CTZ型除濕機(jī)可以利用冷凝熱量為送風(fēng)提升溫度的特點(diǎn)，在升溫除濕工況下可以避免重復(fù)耗能。但是新型恒溫除濕機(jī)采用的是能量可調(diào)型壓縮機(jī)，在室內(nèi)濕度達(dá)到設(shè)定值后，壓縮機(jī)減載運(yùn)行時，冷凝熱量也會減小，使空氣通過風(fēng)冷冷凝器時不能得到足夠高的熱量，從而使送風(fēng)溫度的上限降低，直接影響對室內(nèi)溫度的控制。為了使送風(fēng)溫度的可調(diào)范圍不因壓縮機(jī)減載運(yùn)行而減小，恒溫除濕機(jī)在風(fēng)冷冷凝器后又增加了一個輔助電加熱器（見），在必要時可以給送風(fēng)補(bǔ)充熱量。該加熱器可以分組投入，由PLC控制器以比例調(diào)節(jié)方式控制加熱量，保持室內(nèi)的恒溫精度。4.3解決送風(fēng)溫度可調(diào)范圍內(nèi)有盲區(qū)的問題送風(fēng)溫度可調(diào)范圍內(nèi)有盲區(qū)存在會使送風(fēng)的溫度調(diào)節(jié)不能做到光滑連續(xù)。恒溫精度要求很高的恒溫除濕機(jī)是不能容忍這種缺陷存在的。本文前面已以CI2型除濕機(jī)為例，說明了盲區(qū)存在的原因。解決這個問題的關(guān)鍵是要設(shè)法控制制冷劑在風(fēng)冷冷凝器中的換熱量，簡單的辦法是將風(fēng)冷冷凝器分組，用分組切換改變換熱面積的辦法來控制換熱量。這種辦法能有助于減小盲區(qū)卻不能消除盲區(qū)。最有效的辦法應(yīng)當(dāng)是控制進(jìn)人風(fēng)冷冷凝器的制冷劑流量。如所示，在水冷冷凝器和風(fēng)冷冷凝器之間設(shè)電動兩通冷媒調(diào)節(jié)閥，在兩冷凝器之間設(shè)旁通電磁閥連通貯液器。恒溫除濕機(jī)送風(fēng)溫度調(diào)節(jié)過程如下：全冷風(fēng)時：電動閥全關(guān)，電磁閥開啟。風(fēng)冷冷凝器被切除，制冷劑經(jīng)水冷冷凝器凝結(jié)成液態(tài)后經(jīng)旁通電磁閥直接進(jìn)入it液器。空氣經(jīng)蒸發(fā)器冷卻后以最低溫度送出。送風(fēng)溫度由低到高調(diào)整時：電磁閥在升溫開始時仍處于開啟狀態(tài)，電動閥在PLC的指令下逐漸開啟，部分制冷劑進(jìn)人風(fēng)冷冷凝器，送風(fēng)溫度開始升高，電動閥開啟到位后，電磁閥關(guān)閉，全部制冷劑都必須經(jīng)風(fēng)冷冷凝器后才能進(jìn)入貯液器。此時冷卻水電動調(diào)節(jié)閥在PLC指令下開始逐漸關(guān)閉，使水冷冷凝器的換熱量逐漸減少，最終使制冷劑的冷凝熱量全部釋放在風(fēng)冷冷凝器中，使送風(fēng)溫度達(dá)到最高值（不包括輔助電加熱器的熱量）。送風(fēng)溫度由高到低的調(diào)節(jié)過程與上述過程相反。所示的是用電動三通冷媒調(diào)節(jié)閥代替了中的旁通電磁閥和電動冷媒閥。分流三通閥的流量等百分比特性好，沒有旁通電磁閥啟停帶來的階越干擾，可使送風(fēng)溫度調(diào)節(jié)更平滑。新型恒溫除濕機(jī)采取以上措施后，有效地解決了送風(fēng)溫度可調(diào)范圍內(nèi)的盲區(qū)問題。電動三通冷媒閥應(yīng)用新型恒溫除濕機(jī)樣機(jī)制作5*1樣機(jī)基本參數(shù)及其制冷循環(huán)流程設(shè)計(jì)風(fēng)溫度Q=樣機(jī)的制冷循環(huán)流程原理參見如。5.2樣機(jī)主要部件選擇壓縮機(jī)采用無電磁干擾的數(shù)碼容調(diào)渦旋式壓縮機(jī)，能量調(diào)節(jié)范圍為10%~100%，定變組合，功率為10kW（30kW以上機(jī)型將采用無級容調(diào)螺桿式壓縮機(jī)）。蒸發(fā)器、水冷冷凝器、風(fēng)冷冷凝器選常規(guī)形式。輔助電加熱器功率為10kW，裝于出風(fēng)側(cè)，電加熱器與風(fēng)冷冷凝器之間裝有防熱輻射折板（電加熱器也可為單獨(dú)組件另裝于風(fēng)道中）。節(jié)流裝置選用電子膨脹閥，與壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)及蒸發(fā)器的過熱度配合運(yùn)行?？刂破鬟x用西門子可編程控制器，全中文觸摸式液晶顯示屏，帶遠(yuǎn)程通訊接口。5.4樣機(jī)測試及試用測試結(jié)果表明，新型恒溫除濕機(jī)的制冷量、除濕量均可達(dá)到設(shè)計(jì)要求，出風(fēng)溫度（16-40*）連續(xù)可調(diào)。試用中該機(jī)表現(xiàn)出了卓越的性能，開機(jī)前設(shè)定好室內(nèi)溫濕度參數(shù)，開機(jī)后即開始全自動運(yùn)行，無論熱濕負(fù)荷怎樣變動，該機(jī)都可以迅速響應(yīng)并對運(yùn)行狀態(tài)作出相應(yīng)調(diào)整。在地下工程常規(guī)濕負(fù)荷情況下，當(dāng)新風(fēng)童不超過20%，無余熱或余熱量在設(shè)計(jì)規(guī)定范圍內(nèi)時，可以維持室內(nèi)溫度（20~25