熱回收型轉(zhuǎn)輪復(fù)合型除濕系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究

袁 艷，歐陽惕，林創(chuàng)輝，萬夏紅

(廣東申菱空調(diào)設(shè)備有限公司，廣東佛山528313)

1 引言

目前空氣除濕有制冷除濕、轉(zhuǎn)輪除濕、溶液除濕、制冷與轉(zhuǎn)輪結(jié)合的復(fù)合除濕系統(tǒng)［1］(本文簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)輪復(fù)合除濕系統(tǒng))等。轉(zhuǎn)輪復(fù)合除濕系統(tǒng)突出制冷除濕高露點(diǎn)工況下低能耗的優(yōu)勢(shì)和轉(zhuǎn)輪低濕條件下不受露點(diǎn)限制的特點(diǎn)，近年來在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用和重視。

無論是轉(zhuǎn)輪除濕還是轉(zhuǎn)輪復(fù)合型除濕系統(tǒng)，再生能耗高仍然是此類系統(tǒng)的缺點(diǎn)之一［2］。本文立足于節(jié)省轉(zhuǎn)輪再生能耗和避免轉(zhuǎn)輪再生廢熱排放，提出了熱回收型轉(zhuǎn)輪復(fù)合型除濕空調(diào)系統(tǒng)［3－6］，該產(chǎn)品已經(jīng)申請(qǐng)相關(guān)專利并獲得國家實(shí)用新型專利證書。通過對(duì)不同室外進(jìn)風(fēng)溫度下該系統(tǒng)的能耗進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，從而與常規(guī)轉(zhuǎn)輪復(fù)合除濕系統(tǒng)進(jìn)行比較分析，獲得實(shí)際運(yùn)行能耗，為此類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

2 系統(tǒng)組成及原理

2.1 系統(tǒng)原理

該系統(tǒng)由前、后級(jí)制冷系統(tǒng)、轉(zhuǎn)輪除濕和熱回收系統(tǒng) (板式熱回收和冷凝熱回收)組成。圖1為帶熱回收型轉(zhuǎn)輪復(fù)合除濕系統(tǒng)的原理圖。新風(fēng)A與經(jīng)過預(yù)除濕的再生風(fēng)混合得到混風(fēng)點(diǎn)B，然后經(jīng)過制冷系統(tǒng)進(jìn)一步降溫除濕，達(dá)到轉(zhuǎn)輪進(jìn)風(fēng)前的進(jìn)風(fēng)點(diǎn)C，從此旁通部分風(fēng)量作為轉(zhuǎn)輪的再生近風(fēng)點(diǎn)F，其余風(fēng)量經(jīng)過轉(zhuǎn)輪深度除濕后達(dá)到點(diǎn)D，然后經(jīng)過制冷系統(tǒng)降溫達(dá)到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)E;旁通的再生風(fēng)經(jīng)過熱回收和電加熱升溫達(dá)到再生風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)H，通過轉(zhuǎn)輪帶走濕負(fù)荷，達(dá)到排風(fēng)點(diǎn)I，轉(zhuǎn)輪的再生排風(fēng)經(jīng)過熱回收降溫和制冷系統(tǒng)除濕后，然后與新風(fēng)A混合，以此循環(huán)。

圖1 制冷與轉(zhuǎn)輪復(fù)合除濕系統(tǒng)

2.2 與普通轉(zhuǎn)輪復(fù)合除濕機(jī)對(duì)比

熱回收型轉(zhuǎn)輪復(fù)合除濕機(jī)與普通型 (見圖2)相比，在于通過增加熱回收系統(tǒng)，回收轉(zhuǎn)輪再生排風(fēng)的熱量和制冷系統(tǒng)冷凝熱，提高轉(zhuǎn)輪的再生進(jìn)風(fēng)溫度，減少電加熱的功耗;其次，通過熱回收平衡處理轉(zhuǎn)輪再生排風(fēng)的功耗，使再生排風(fēng)可重復(fù)循環(huán)利用，同時(shí)取消轉(zhuǎn)輪的再生排風(fēng)管道，使轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)組不必考慮再生排風(fēng)的排放問題，節(jié)省工程安裝量。

圖2 普通轉(zhuǎn)輪復(fù)合型除濕機(jī)流程圖

3 實(shí)驗(yàn)研究

3.1 實(shí)驗(yàn)原理

利用焓差多功能實(shí)驗(yàn)室分別測(cè)試6000m3/h新風(fēng)量的熱回收型和普通型轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)，本實(shí)驗(yàn)室通過國家壓縮機(jī)制冷設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心認(rèn)證，可以模擬各種環(huán)境工況，可準(zhǔn)確測(cè)定機(jī)組的制冷/制熱量、系統(tǒng)壓力、功率、電流、除濕量、機(jī)組進(jìn)、出風(fēng)干/濕球溫度、機(jī)組進(jìn)出口水壓差、水流量、進(jìn)出水溫度等參數(shù)。

3.2 機(jī)組測(cè)點(diǎn)布置

實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，如圖3所示。

機(jī)組由制冷系統(tǒng)、轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)和熱回收系統(tǒng)組成。

其中制冷系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、水冷冷凝器、儲(chǔ)液器、熱力膨脹閥;轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)包括除濕轉(zhuǎn)輪、轉(zhuǎn)輪電機(jī)、電加熱器;熱回收系統(tǒng)包括板式換熱器和冷凝熱回收器，風(fēng)系統(tǒng)為離心風(fēng)機(jī)和電機(jī)。

制冷系統(tǒng)監(jiān)測(cè)吸氣，排氣壓力，吸氣、排氣溫度，制冷節(jié)流前、節(jié)流后溫度，蒸發(fā)器前、后空氣溫、濕度，壓縮機(jī)輸入功率，壓縮機(jī)電流，冷卻水進(jìn)、出水溫度，冷卻水流量。

轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)輪處理風(fēng)空氣溫、濕度，轉(zhuǎn)輪再生風(fēng)進(jìn)風(fēng)前、后空氣溫、濕度，轉(zhuǎn)輪輸入功率、運(yùn)行電流。機(jī)組測(cè)點(diǎn)布置分別見圖4和圖5。

圖3 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

圖4 制冷系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布置圖

圖5 轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布置圖

3.3 測(cè)試工況

為了對(duì)比熱回收型和非熱回收型轉(zhuǎn)輪復(fù)合除濕機(jī)在不同干、濕球溫度下的運(yùn)行特性，實(shí)驗(yàn)測(cè)試工況如表1所示。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

從實(shí)際測(cè)試可知，熱回收型轉(zhuǎn)輪復(fù)合除濕系統(tǒng)在5～35℃全新風(fēng)進(jìn)風(fēng)時(shí)，總功耗 (包括水泵功耗)均低于普通轉(zhuǎn)輪復(fù)合除濕機(jī)，見圖6，比普通型約低6%～20%，當(dāng)新風(fēng)溫度越低時(shí)，熱回收型轉(zhuǎn)輪復(fù)合除濕系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)越明顯，這是因?yàn)樾嘛L(fēng)溫度越低，普通型除濕機(jī)所需的再生功耗越大。從圖7可看出，熱回收型轉(zhuǎn)輪復(fù)合除濕機(jī)的再生功耗隨溫度變化不是很明顯，約55～60kW之間，但普通型轉(zhuǎn)輪復(fù)合除濕機(jī)的再生功耗與溫度線性相關(guān)，約65～85kW，相同進(jìn)風(fēng)溫度下，熱回收型轉(zhuǎn)輪復(fù)合除濕機(jī)再生功耗比普通型低10%以上。

表1 試驗(yàn)工況

圖6 總功耗對(duì)比

圖7 再生風(fēng)加熱功耗對(duì)比

圖8、9是轉(zhuǎn)輪復(fù)合除濕系統(tǒng)的前、后級(jí)制冷系統(tǒng)的功耗。前級(jí)制冷系統(tǒng)使處理風(fēng)達(dá)到轉(zhuǎn)輪前的進(jìn)風(fēng)溫、濕度要求，因?yàn)檗D(zhuǎn)輪前的進(jìn)風(fēng)溫、濕度會(huì)影響轉(zhuǎn)輪后處理風(fēng)的含濕量;后級(jí)制冷系統(tǒng)是為達(dá)到房間要求的溫度要求，處理風(fēng)經(jīng)過轉(zhuǎn)輪除濕后，溫度會(huì)顯著升高。

圖8 前級(jí)制冷系統(tǒng)功耗

圖9 后級(jí)制冷系統(tǒng)功耗

從圖8可以看出，當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度≥25℃時(shí)，前級(jí)制冷系統(tǒng)能耗:熱回收型≤普通型;當(dāng)溫度低于＜25℃時(shí)，前級(jí)制冷系統(tǒng)能耗:熱回收型＞普通型;原因如下:當(dāng)溫度低于25℃時(shí)，新風(fēng)的焓值低于再生風(fēng)處理后的焓值 (熱回收型復(fù)合除濕系統(tǒng)，是將再生排風(fēng)經(jīng)過熱回收降溫后，再經(jīng)過制冷系統(tǒng)降溫除濕，然后與新風(fēng)混合)，因此，新風(fēng)與再生風(fēng)混合后，焓值升高，導(dǎo)致前級(jí)制冷系統(tǒng)的功耗增加。當(dāng)新風(fēng)溫度低于8℃時(shí)，熱回收型除濕機(jī)的前級(jí)制冷系統(tǒng)關(guān)閉;當(dāng)新風(fēng)溫度低于12℃時(shí)，普通型復(fù)合除濕機(jī)前級(jí)制冷系統(tǒng)關(guān)閉。

從圖9可以看出，當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度＞12℃時(shí)，后級(jí)制冷系統(tǒng)能耗:熱回收型=普通型;當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度＜11℃時(shí)，后級(jí)制冷系統(tǒng)能耗:熱回收型＞普通型;當(dāng)11℃≤溫度≤12℃時(shí)，熱回收型＜普通型;原因如下:進(jìn)風(fēng)溫度≤12℃，普通型復(fù)合除濕系統(tǒng)的前級(jí)制冷系統(tǒng)關(guān)閉，導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪進(jìn)風(fēng)前的焓值高于熱回收型，因此后級(jí)處理功耗增加，但隨著進(jìn)風(fēng)焓值的降低，轉(zhuǎn)輪進(jìn)風(fēng)前的焓值慢慢低于熱回收型，后級(jí)處理功耗也隨著降低。

圖10是熱回收型轉(zhuǎn)輪復(fù)合除濕系統(tǒng)中熱回收量和處理轉(zhuǎn)輪再生排風(fēng)消耗的制冷功耗。

從圖中可以看出板式熱回收量隨著進(jìn)風(fēng)溫度的降低而升高，原因如下:

進(jìn)風(fēng)溫度低，含濕量降低，即轉(zhuǎn)輪再生進(jìn)風(fēng)的含濕量也降低，而轉(zhuǎn)輪再生排風(fēng)的溫度隨濕度的降低而升高，因此板式熱回收兩股氣流的溫差加大，熱回收量也增加。冷凝熱回收量隨溫度變化較小，約3.5～5kW，約占熱回收總量的20%，再生風(fēng)處理的功耗也比較穩(wěn)定，約6～8kW，占熱回收總量的40%。

從測(cè)試可知:僅增加板式熱回收系統(tǒng)就可以平衡再生排風(fēng)的處理功耗，因此完全可以通過增加熱回收系統(tǒng)和再生排風(fēng)的處理系統(tǒng)，從而減少轉(zhuǎn)輪的再生排風(fēng)管。

5 結(jié)論

本文通過對(duì)熱回收型和普通型 (不帶回收)轉(zhuǎn)輪復(fù)合除濕系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，可以測(cè)出以下結(jié)論:

(1)通過增加熱回收系統(tǒng)可以平衡掉處理再生風(fēng)所需的功耗，因此完全可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪再生排風(fēng)的循環(huán)利用，減少轉(zhuǎn)輪再生風(fēng)管，從而達(dá)到轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)，節(jié)省工程量。

(2)通過增加熱回收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪再生排風(fēng)的循環(huán)利用，當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度從5～35℃變化時(shí)，熱回收型轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)的功耗比普通型低6%～20%。

(3)熱回收型轉(zhuǎn)輪復(fù)合除濕系統(tǒng)中，通過熱回收可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總功耗約22%的能量回收，其中板式熱回收量占總功耗的18%，冷凝熱回收占4%，處理再生排風(fēng)所需功耗占總功耗的8%，因此也可以僅增加板式熱回收來實(shí)現(xiàn)再生排風(fēng)的循環(huán)利用。

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