冷却除湿机的最佳设计参数及实例的分析_陆紫生.pdf

文章编号: ISSN1005- 9180 (2003) 04- 0049- 04* 冷却除湿机的最佳设计参数及实例的分析 陆紫生, 费 千 ( 大连海事大学, 辽宁 116026 ) 摘要本文介绍了除湿机的工作原理, 分析了最佳参数的确定及实例分析。 关键词除湿机, 蒸发温度, 热湿比 中图分类号TQ05118+ 92; TB657 文献标识码A Design of an Example and the Best Parameter of Cooling Dehumidifier LU Zi- sheng, FEI Qian ( Dalian Maritime University, Liaoning 116026 ) Abstract: This paper introduces the working principle of dehumidifier, analyses how to work out the best parameter1And an example is analyzed in it1 Keywords: Dehumidifier, Evaporation Temperature, Heat- Moisture Comfort 1 降湿机工作原理及性能影响因素 很多场合不仅要对温度有一定的要求,对湿度 也有不同程度的要求。例如船舶在航行中,由于海 上的湿度大, 水蒸气很容易进入船舱, 给船员及乘 客带来不舒服的感觉。如果进入货舱, 特别是进入 装有服装,棉花等货物的货舱, 湿度过大则会影响 到货物的质量。所以进行有效的湿度控制是很有必 要的。本文将根据一具体实例来讨论除湿机的最佳 设计参数的确定。 冷却除湿机是目前用得比较广泛的一种空气除 湿设备。它主要由制冷压缩机, 直接蒸发空气冷却 器 ( 蒸发器) ,冷凝器,膨胀阀,通风机等组成。 除湿机的工作原理如图 1所示。 室内需要除湿的空气经过空气过滤器除去灰 尘, 再经直接蒸发空气冷却器 ( 蒸发器) 冷却干 燥, 然后通过冷凝器吸收高压制冷剂的冷凝热量, 而被等湿加热,干燥并加热后的空气经过风机再送 回室内。空气处理过程如图 2 所示。点 1 是空气处 理前的状态,点 3 是处理后的状态。过程 1- 2 是 空气经过蒸发器的冷却干燥过程;2- 3 是空气经 过冷凝器的等湿加热过程。 不难看到,经过除湿机处理的空气,含湿量减 少了 ( d3 t1) 1 考 虑到有些场合需要对空气进行湿度调节的同时对空 气的温度也要进行调节,这时可以选用调温式除湿 机,调温式除湿机可分为电加热调温除湿机和水冷 却调温除湿机。 图 1 冷却除湿机工作原理图 49 2003年 12月 第 22 卷第 4期( 总 85 期) 制 冷 *收稿日期: 2003- 5- 2 图 2 空气处理过程图 从图 2 中可以看到, 除湿机的除湿量为: W = G( d1- d2) (1/ 1000) ( kg/ h)( 1) 式中 W ) 除湿机的除湿量, kg/ h; G ) 除湿机的风量, kg/ h; d1, d2) 空气冷却处理前后的含湿量, g/ kg 除湿机的风量为: G = Qo i1- i2 = Qo v i ( 2) 式中 i1, i2) 空气冷却处理前后焓值,kJ/ kg; Qo) 制冷压缩机( 蒸发器) 的制冷量, kJ/ h; 空气冷却干燥过程 1- 2 的热湿比( 角系数) 为: E= vi vd / 1000 ( kJ/ kg)( 3) 将 ( 2) ( 3) 式代入 ( 1) 式可得: W = Qo E ( 4) 表 1 序 变化条件 (其它条件不变) v iQov dWE 1 进风状态点在 b1延长线上, 即 i1增加 增加增加增加增加不变 2 进风状态点在等 焓线上向右移, 即含湿增加 不变不变增加增加下降 3 墙温 tb下降 (蒸发器不变) 增加增加增加增加下降 4风量G增加下降稍增下降不定不变 5冷却效率上升增加增加增加增加不变 为了比较各种除湿机的除湿量,常规定一标准 工况, 目前习惯上把进口空气参数 t1= 27e , U1= 70% 作为标准工况。下面讨论 E 、 to、 vi 等参数取什 么样值时才可以使除湿机的除湿量达到最大值。 根据上述公式及图 2, 可以得出结论如表 1。 需要说明的是,当风量 G 增加时, vd, vi 都 下降,总的来说 Qo稍增, to( tb) 若设为不变 ( 如果 压缩机不能调节能量, to会稍上升, E也会稍上升) , W 可能稍上升, 但风速太大, 湿空气水分来不及凝 结,所以除湿量反可能会下降。 2 除湿机最佳参数设计分析 湿负荷 vd 1000= ik- i2 2511 = ( 1- 1 N) vi 2511 (5) 式中 2511 为每 kg 水蒸汽的凝结热, kJ/ kg; 析湿系数 N= 全热负荷 显热负荷 = i1- i2 i1- ik i1- i2 C( t1- t2) vi C vt ( 6) 式中 C ) 空气的定压比热, 110 kJ/ kg e ; t1, t2) 空气冷却前后的干球温度, e 将 ( 5) 代入 ( 3) ,可得 E= vi vd / 1000 = vi #2511 (1- 1 N) vi = 2511 1- 1 N ( 7) 冷却效率 G= t1- t2 t1- tb(表示降温程度) ( 8) 冷却全效率 E = ts1- ts2 ts1- tb ( 表示降焓程度)( 9) 在标准工况下,即 t1= 27e , U1= 70% , 则 ts1 = 2216e ;又设 G= t1- t2 t1- tb = 0190, tb= 910e , 由 图 2可见,acb 近似为直线,所以 E = ts1- ts2 ts1- tb U ac ab U 1 z y 2 1 z y b = t1- t2 t1- tb = G 同时式 ( 8) 可以变为: G= t1- t2 t1- tb = 1- t2- tb t1- tb = 1- 2 z y b 1 z y b U 1- 2 z y c 1 z y a = 1- 2 z y c 2 1 z y a 2 = 1- t2- ts2 t1- ts1 = ( t1- t2) - ( ts1- ts2) t1- ts1 ( 10) 50 REFRIGERATION No . 4, 2003, Dec . Vol. 22(Total No . 85 ) t1- t2= G( t1- ts1) + ( ts1- ts2)( 11) 又 E = ts1- ts2 ts1- tb U ts1- ts2 ts1- to ( 12) ts1- ts2= E( ts1- to)( 13) 湿球温度 15e 至 22e 范围内近似有: i1- i2U 3118( ts1- ts2)( 14) 将 ( 12) 、( 13) 、( 14) 式代入 ( 6) 式, 可得 N= i1- i2 C( t1- t2) = 3118 E( ts1- to) C G( t1- ts1) + E( ts1- to) ( 15) 将 ( 15) 式代入 ( 7) 式,可得 E= 2511 1- 1 N = 2511 1- CG( t1- ts1) 3118 E( ts1- to) - 1 3118 = 2511 0168- CG( t1- ts1) 3118 E( ts1- to) U 2511 0168- C( t1- ts1) 3118( ts1- to) ( kJ/ kg) ( 16) 当冷凝温度一定,蒸发温度 to在0 至15e 范围 内, 制冷量 Qo与to基本成直线关系。直线关系可 在压缩机型号及冷凝温度确定后,由性能曲线可得 出。 Qo= A + B to( 17) 式中 A )to= 0e 时制冷机的制冷量, kJ/ h; B ) 蒸发温度每度温升的制冷量, kJ/ h e 将( 16) 和( 17) 式代入( 4) 式,整理后可得 W = Qo E = 0168- C( t1- ts1) 3118( ts1- to) A + B to 2511 ( kg/ h) ( 18) 从上式中看到,若确定蒸发器的结构形式与迎 风速 ( G, E为常数), 当进风参数( t1, ts1) 一定时, 则 除湿量主要与 to有关。 把(18) 式对 to求导数, 已知 G U E, 并令 dW/ dto= 0, 可求出 W 具有极值。因此 dW dto = B 2511 0168- C( t1- ts1) 3118( ts1- to) - C(A + B to)( t1- ts1) 3118 2511 ( to- ts1) 2= 0 ( 19) 整理式 ( 19) 可得 t2o- 2ts1to+ t2s1- C( t1- ts1) 2116 ( ts1- A B ) = 0 ( 20) 对式 ( 20) 求解出 to,再对式 ( 18) 求二阶导 数,并将求出的 to代入,如果得到 d 2W/ dt2 o 0, 则在 to时, 除湿量 W 具有极大值。 从式(18) 可知除湿量 W 和to变化关系如图 3所 示。若压缩机既定,增大蒸发器,蒸发温度 to上 升,从图 3 中可以看出当 to上升到一定值时, W 有 极大值, 而且制冷系数 Eo增大, 运行经济性较好; t3 也较低 ( i3- i2) U 112( i1- i2) , tk较低; 但 d2、 d3要稍高些, 所以工作时除湿量会较大,但最后能 达到的含湿量要偏高些。若蒸发器既定,增大压缩 机,则可知蒸发温度 to会下降。这种方案增大了初 投资, 其效果显然和 to上升时相反,即 t3、 tk会高 些, 从而使制冷系数 Eo下降,经济性差,不能充 分利用压缩机。而且 to太低会结霜。但是 vi 会增 加,风量 G 可下降,所以能降低风机功率。 图 3 除湿量与蒸发温度关系图 3 实例中的应用 在标准工况下, 即 t1= 27e , U1= 70% 时, ts1= 2216e , Qo= 2613 kW(15000 kcal/ h) 。 对于一定结 构形式的蒸发器, 当迎风面风速一定时, c / 2116 为 一定值。实例中采用的是 8FS7 型 R22 制冷除湿机, 迎风风速为 215 m/ s,冷却效率 G = 0190,壁温为 9 e 。冷凝器中焓增为蒸发器中焓降的 120% ,采用 风冷。 c / 2116= 1/ 2116= 01465 根据制冷压缩机的特性曲线,可以确定出 A/ B 的值。当冷凝温度为 40e 时,8FS7 型压缩机 的 A/ B = 106198/ 6164= 16e 。将此值代入式 ( 20) 得: 51 2003年 12月 第 22 卷第 4期( 总 85 期) 制 冷 t2o- 4512 to+ 497132= 0 解得 to= 1819e , 对(16) 求二阶导数, 并将 to = 1819e 代入, 可以得到 d2W/ dt2o 0, 因此, 在 to = 1819e 时, 除湿量为最大值。 这时热湿比最佳值应为: E= 2511 0168- C( t1- ts1) 3118 ( ts1- to) = 2511 0168- 1 ( 27- 2216) 3118 ( 2216- 1819) = 8205188 ( kJ/ kg) 由式 ( 4) 可得 W = Qo E = 2613 3600 8205188 = 12 ( kg/ h) 又根据已知条件,冷却效率 G= 0190,冷凝器 中焓增为蒸发器中焓降的 120% , 即 ( i3- i2) = 120% ( i1- i2) , 由湿空气的焓湿图中采用作图法, 可以确定 i1= 67 kJ/ kg, i2= 32 kJ/ kg,所以 i3为 74 kJ/ kg,出风口处 t3约为45e , d3约为 13% 。 4 小 结 ( 1) 焓降 i1- i2一般取值为10146至 20193 kJ/ kg, 由于 i3- i2= 112( i1- i2) , 所以 i3- i2的范 围就是12155 至 25111 kJ/ kg1 在标准工况下,冷却 效率 G= 0190,设壁温为 9e 。从湿空气的焓湿图 上可以确定 t3的范围为 31 至 43e 。由于冷凝温度 降低 5e ,增加的制冷量仅相当于蒸发器温度增加 1 e 时所增加的制冷量,因此焓降 ( 或风量) 的大 小对除湿量有一定的影响, 但影响较小。 ( 2) 如果冷却全效率偏低, 可能达到的焓降就 偏小, 则要采用较大的风量。这样的好处是降低了 冷凝温度,增加了制冷量和除湿量。所以选取较大 的焓降是有利的。反之,如果蒸发效率较高,能达 到较大的焓值降, 则风量可取小些;如果焓降过大 (或风量过小) ,引起冷凝器温度升高,制冷量降 低,从而使除湿量下降。 综上所述,除湿量与热湿比有关, 而与焓降关 系不是很大。当蒸发温度 to与热湿比E确定后, 除 湿量就基本确定下来了。所以冷却式除湿机设计 时,应首先确定最佳蒸发温度和热湿比。蒸发器的 焓降与风量要根据冷却全效率来确定。 5 参考文献 1张祉祜1 冷藏与空气调节 M1 北京: 机械工业出版 社, 1995, 9 2陆亚俊等 1 制冷技术与应用M1 北京:中国建筑工 业出版社, 1992, 4 3金苏敏1