地下建筑專用全新風(fēng)無級調(diào)載除濕機(jī)研制（一）
1.1普通除濕機(jī)的適用場合
常用的普通型調(diào)溫除濕機(jī)帶有風(fēng)冷和水冷兩個串聯(lián)的冷凝器。該機(jī)除了可用于降低所服務(wù)區(qū)域空氣濕度外，還可利用風(fēng)冷和水冷冷凝器換熱量比例的變化兼控出風(fēng)溫度?？梢灾苯臃旁谑覂?nèi)使用，也可以安裝在通風(fēng)系統(tǒng)中用于處理回風(fēng)和少量的。它的運(yùn)行特點(diǎn)是必須通過回風(fēng)使室內(nèi)空氣反復(fù)循環(huán)經(jīng)過除濕機(jī)才能逐漸消除室內(nèi)余濕?？梢哉f普通除濕機(jī)用于地下建筑時主要是用來克服洞庫的內(nèi)部濕負(fù)荷的，它的適用場合是有限的。
1.2地下洞庫的環(huán)境特點(diǎn)
夏季地下洞庫受巖石溫度較低的影響，室內(nèi)的壁面溫度也較低，由于地下水的滲透作用，室內(nèi)壁面有持續(xù)散濕現(xiàn)象，空氣相對濕度高。夏季室外含濕量大，露點(diǎn)溫度很高，如果除濕機(jī)不能把露點(diǎn)溫度控制得足夠低，進(jìn)入地下洞庫室內(nèi)就會結(jié)露，使環(huán)境條件惡化，造成各種設(shè)備因受潮而損壞。為了防止出現(xiàn)這種情況，應(yīng)當(dāng)采取減少比例，多用回風(fēng)的辦法。但國防工程的地下建筑中有大量的存有特殊材料的洞庫因涉及到有害物質(zhì)和有害氣體的散發(fā)問題，不能采用回風(fēng)方式，通風(fēng)系統(tǒng)只能設(shè)計(jì)成全的方式。這就給除濕機(jī)的使用提出了特殊的要求。
1.3地下洞庫中全系統(tǒng)送風(fēng)狀態(tài)的確定
我國華東、華中及華南大部分地區(qū)夏季空調(diào)室外計(jì)算溫度都很高。鄭州tg=35.6℃，ts=27.4℃；長沙tg=35.8℃，ts=27.7℃；福州tg=35.2℃，ts=28℃。在這些地區(qū)的地下建筑通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,根據(jù)工藝需要的溫濕度條件及洞庫壁溫和洞庫內(nèi)空氣的熱濕比，一般規(guī)定全系統(tǒng)的送風(fēng)狀態(tài)為tg=20℃，φ=60%。露點(diǎn)溫度約為12.7℃。平時洞庫內(nèi)沒有工藝余熱時，可將送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)沿等d線上移，把送風(fēng)溫度提高到30℃左右,以克服洞庫壁傳熱負(fù)荷。送風(fēng)露點(diǎn)溫度可以隨洞庫壁溫和室溫升高而改變,但不得高于壁溫,只有控制住露點(diǎn)溫度,才能保證進(jìn)入洞庫與洞庫壁面接觸后不會結(jié)露,同時與洞庫壁面散濕混合后仍能保持合適的相對濕度。以上過程用焓濕圖表示，可參見圖1。在圖1中，設(shè)夏季室外平均狀態(tài)點(diǎn)為W，twg=35℃、φ＝60％，除濕機(jī)的機(jī)器露點(diǎn)為L，tL=12.7℃，送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)為O或O’，tog=20℃,tos=15.1℃；to’g=30℃,to’s=18.5℃,室內(nèi)狀態(tài)為N，tNg=22℃，φ=70%。從圖1中可查得處理到機(jī)器露點(diǎn)的焓差△h=54kJ/kg干空氣，濕差△d=12.5g/kg干空氣。
1.4普通除濕機(jī)的串聯(lián)用法
圖1處理過程
普通除濕機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)風(fēng)狀態(tài)是tg=27℃，ts=21.2℃。其所配壓縮機(jī)的制冷量只能保證達(dá)到在額定風(fēng)量下產(chǎn)品規(guī)定的除濕量之需要。如果某全系統(tǒng)確定進(jìn)風(fēng)量為L=6000m3/h，用圖1中查得的數(shù)據(jù)可以算出該全系統(tǒng)所需要的制冷量Q和除濕量W分別為
Q=LρΔh/3600=108kW（1）
W=LρΔd/1000=90kg/h（2）
式中空氣密度ρ=1.2kg/m3。
圖23臺普通型除濕機(jī)串聯(lián)運(yùn)行方式
而額定風(fēng)量為6000m3/h的普通除濕機(jī)名義制冷量只有36kW，除濕量只有25kg/h，只及所需制冷量和除濕量的三分之一（設(shè)計(jì)中一般不考慮實(shí)際空調(diào)工況下壓縮機(jī)的制冷量變化）。為了保證全系統(tǒng)的需要，設(shè)計(jì)中只好采用如圖2所示的三臺普通調(diào)溫除濕機(jī)串聯(lián)運(yùn)行的方式，力圖保證夏季進(jìn)入地下建筑洞庫后達(dá)到規(guī)定的露點(diǎn)溫度，避免結(jié)露現(xiàn)象。
1.5除濕機(jī)串聯(lián)運(yùn)行帶來的問題
雖然從理論上說除濕機(jī)串聯(lián)運(yùn)行可以解決處理時制冷量不夠的問題，但長期的運(yùn)行實(shí)踐證明，除濕機(jī)串聯(lián)運(yùn)行是一種很無奈的設(shè)計(jì)選擇，它會帶來許多無法解決的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)問題。
1.5.1串聯(lián)工作的除濕機(jī)不能在平等的進(jìn)風(fēng)狀態(tài)下工作，處在串聯(lián)下游的除濕機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度很低，蒸發(fā)器工作效率低，從而導(dǎo)致整機(jī)工作狀態(tài)差，運(yùn)行不穩(wěn)定，常出現(xiàn)因蒸發(fā)器結(jié)霜而導(dǎo)致故障停機(jī)現(xiàn)象。
1.5.2處在串聯(lián)上游的除濕機(jī)必須以水冷方式工作。只有最后一臺機(jī)才可以用風(fēng)冷方式工作，而地下洞庫內(nèi)平時溫度是偏低的，是需要熱量來降低相對濕度的。但是只能看著大量的冷凝熱量被冷卻水帶入下水道，既流失了大量的能量，又耗費(fèi)了地下洞庫內(nèi)十分珍貴的水源。
1.5.3串聯(lián)運(yùn)行的除濕機(jī)由于工作狀態(tài)不同，操控困難，操作手對于最終的露點(diǎn)控制效果心中無數(shù)，更談不上隨著負(fù)荷的變化及時調(diào)整開啟臺數(shù)，寧可多開，不敢少開，盲目性很大。
1.5.4串聯(lián)運(yùn)行的除濕機(jī)占地面積大，送風(fēng)阻力大，送風(fēng)機(jī)功耗大。為了提高送風(fēng)溫度還要設(shè)置較大功率的電加熱器。另外設(shè)計(jì)中還必須考慮較大的冷卻水庫容及相應(yīng)的水源設(shè)備，電站容量也會因此而增加。輔助工程量方面的代價是很高的。
1.6小結(jié)
綜上所述，可以認(rèn)為普通除濕機(jī)不能滿足地下建筑通風(fēng)系統(tǒng)的全工作方式的需要。應(yīng)當(dāng)開發(fā)能滿足這種需要的專用型全除濕機(jī)，這對于提高地下建筑的環(huán)境質(zhì)量，節(jié)省工程造價，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行有著十分重要的意義。
2全除濕機(jī)設(shè)計(jì)中要解決的關(guān)鍵問題
2.1解決大制冷量和大換熱量問題
普通除濕機(jī)規(guī)格很多，當(dāng)然也有大制冷量的機(jī)型。但是因?yàn)閾Q熱器傳熱結(jié)構(gòu)方面的原因，大制冷量的除濕機(jī)只能在額定的大風(fēng)量下工作，全除濕機(jī)雖需較大的制冷量，但其額定風(fēng)量只有同樣制冷量的普通除濕機(jī)的幾分之一，所以是不能簡單地用普通大規(guī)格除濕機(jī)來代替的。全除濕機(jī)采用了大制冷量壓縮機(jī)后，必須對蒸發(fā)器和風(fēng)冷冷凝器的傳熱結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)，以保證在額定風(fēng)量下有理想的換熱量。同時還要解決好在負(fù)荷大幅度變動情況下怎樣保持換熱器內(nèi)制冷劑壓力穩(wěn)定問題。最后還要考慮最大限度地利用好風(fēng)冷工況下的冷凝熱量，使除濕機(jī)出風(fēng)溫度上限得到大大擴(kuò)展，僅在需要調(diào)溫運(yùn)行時或冷凝壓力較高時才合理地使用一些冷卻水，做到既節(jié)能又省水。
2.2解決恒露點(diǎn)送風(fēng)控制問題
地下建筑洞庫內(nèi)溫度較低，且一年四季變化不大。但室外空氣溫度變化是很大的。全除濕機(jī)根據(jù)夏季負(fù)荷選擇了大制冷量的壓縮機(jī)，這在過渡季節(jié)使用顯然是不合算的。既便是在夏季，一天中負(fù)荷也是逐時變化的，并不是一直處在最高點(diǎn)。為了節(jié)能，應(yīng)當(dāng)以滿足地下洞庫內(nèi)相對濕度為基本條件，使全除濕機(jī)以恒定的露點(diǎn)溫度送風(fēng)。當(dāng)室外溫度下降，負(fù)荷減少時，恒露點(diǎn)控制系統(tǒng)能迅速地跟隨負(fù)荷的變化發(fā)出指令，使壓縮機(jī)自動調(diào)載減少輸入功率，從而減少制冷量，保持出風(fēng)露點(diǎn)溫度不變，實(shí)現(xiàn)自動節(jié)能運(yùn)行。
2.3解決壓縮機(jī)的自動調(diào)載問題
壓縮機(jī)的自動調(diào)載是全除濕機(jī)最具節(jié)能意義的重要特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)自動調(diào)載的辦法有三種，比較如下：
2.3.1多機(jī)頭分級調(diào)載
如果壓縮機(jī)總功率為35kW，可以采用5kW、10kW、20kW三臺全封閉壓縮機(jī)組合，實(shí)現(xiàn)每級為5kW的七級調(diào)載。這種方式的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)節(jié)級差大，露點(diǎn)控制精度低。
2.3.2變頻調(diào)載
采用變頻器可以使壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)載，但由于壓縮機(jī)不適宜在低轉(zhuǎn)數(shù)下工作，所以用變頻器調(diào)載的范圍是很有限的，不能滿足全除濕機(jī)在低負(fù)荷下的節(jié)能運(yùn)行需要。而直接采用變頻壓縮機(jī)則受到單機(jī)功率較小和品種規(guī)格較少的限制，不易實(shí)現(xiàn)最佳選配。
2.3.3小型螺桿式壓縮機(jī)無級調(diào)載
目前螺桿式壓縮機(jī)最小的型號已有功率為25kW的，完全進(jìn)入了全除濕機(jī)適合選用的范圍。采用現(xiàn)代技術(shù)制造的螺桿式壓縮機(jī)工藝精良，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，更可貴的是其具有獨(dú)特的滑閥調(diào)載功能，可很方便地使能量在25%～100%范圍內(nèi)無級調(diào)節(jié)。雖然價格稍貴，重量也稍大，但其優(yōu)異的性能和所能帶來的節(jié)能效益足以彌補(bǔ)這些不利因素。與前兩種調(diào)載方式比較，螺桿式壓縮機(jī)完全滿足了全除濕機(jī)的需要，具有最佳性價比，是最好的選擇。
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