不同溫度條件下2種倉(cāng)儲(chǔ)除濕方式的除濕效果

張馨予+呂恩利+段潔利+田慶立+邱漢

摘要： 為選擇倉(cāng)儲(chǔ)適用的除濕方式，搭建倉(cāng)儲(chǔ)除濕系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)。通過(guò)改變溫度，設(shè)置溫度為5、15、25 ℃，對(duì)制冷除濕方式、轉(zhuǎn)輪除濕方式的除濕效果進(jìn)行了試驗(yàn)研究。除濕效果通過(guò)除濕能力、除濕效率、濕度場(chǎng)均勻性來(lái)表征，結(jié)果表明，25 ℃環(huán)境下制冷除濕方式的除濕效率為0.072 6 g/（kg·h·kJ），濕度場(chǎng)分布的變異系數(shù)為6.58%，除濕效果較好。15 ℃及更低溫度下轉(zhuǎn)輪除濕方式的除濕能力是制冷除濕方式的3～6倍，5 ℃時(shí)轉(zhuǎn)輪除濕方式的除濕效率為0003 4 g/（kg·h·kJ）是制冷除濕方式的4倍，在此溫度環(huán)境下轉(zhuǎn)輪除濕方式更加適用。研究結(jié)果可為倉(cāng)儲(chǔ)除濕系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞： 倉(cāng)儲(chǔ)；制冷除濕；轉(zhuǎn)輪除濕；能耗；均勻性

中圖分類號(hào)： TU831；S229+.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2016）03-0439-03

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，谷物及種子、煙草、茶葉、化肥等制品的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境對(duì)濕度有嚴(yán)格的控制要求，在南方夏季濕度過(guò)高，易引起霉變。溫濕度對(duì)物資貯藏質(zhì)量影響較大，如長(zhǎng)期保存農(nóng)業(yè)作物種子的資源庫(kù)，要求維持在溫度0～10 ℃、溫度35%的條件，因此，在倉(cāng)儲(chǔ)應(yīng)用中需要適當(dāng)?shù)某凉窦夹g(shù)[1-3]。

在現(xiàn)有除濕技術(shù)中，壓縮機(jī)制冷除濕技術(shù)成熟，是較為普遍應(yīng)用的除濕方式。相關(guān)研究針對(duì)化肥倉(cāng)庫(kù)現(xiàn)有的液體吸收除濕設(shè)備的不足，改用壓縮機(jī)制冷除濕設(shè)備并對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)制冷除濕更具經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，在小型倉(cāng)庫(kù)中可節(jié)約成本[4-6]。研究表明，對(duì)于溫濕度要求嚴(yán)格的倉(cāng)庫(kù)，壓縮機(jī)制冷除濕穩(wěn)定性差，除濕不徹底[7-9]。相關(guān)研究提出固體轉(zhuǎn)輪除濕運(yùn)行穩(wěn)定，可在低溫低濕環(huán)境下工作[9-12]。本研究對(duì)壓縮機(jī)制冷除濕器與轉(zhuǎn)輪除濕器的除濕性能進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，以期為倉(cāng)儲(chǔ)除濕技術(shù)的選用和除濕系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)裝置及方法

1.1 試驗(yàn)平臺(tái)

倉(cāng)儲(chǔ)除濕系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)見圖1。箱體采用1.2 cm厚的有機(jī)玻璃制作，長(zhǎng)238 cm、寬128 cm、高140 cm，箱體內(nèi)外皆覆有5 cm厚的泡沫保溫板。倉(cāng)儲(chǔ)室后部布置除濕器。開孔隔板后為制冷室，長(zhǎng)40 cm、寬128 cm、高140 cm。平臺(tái)環(huán)境通過(guò)SIMENS S7-300 型PLC可編程控制器，西門子中國(guó)有限公司；控制、制冷機(jī)組制冷量為4 650 W，廣州綽盈制冷設(shè)備有限公司；制冷風(fēng)機(jī)采用ZNF295-G型24 V直流風(fēng)機(jī)，廣州精博制冷設(shè)備有限公司；加濕系統(tǒng)采用JAS-20-B型超聲波霧化頭，中山市紅星電子廠；XXD1203824VH防水型水霧輸送風(fēng)機(jī)，深圳興鑫大電子有限公司。箱體內(nèi)部空氣在風(fēng)機(jī)作用下循環(huán)運(yùn)動(dòng)，由頂部回風(fēng)道進(jìn)入制冷室，經(jīng)過(guò)制冷機(jī)組的蒸發(fā)器降溫，再由開孔隔板回到倉(cāng)儲(chǔ)室。通過(guò)平臺(tái)控制系統(tǒng)，設(shè)定環(huán)境溫濕度，加濕系統(tǒng)在制冷結(jié)束后工作進(jìn)行超聲波霧化加濕。

在倉(cāng)儲(chǔ)室內(nèi)布置3×9路AQ3020溫濕度一體傳感器，廣州西博臣科技有限公司，溫濕度測(cè)定布置見圖2。溫度傳感器測(cè)量范圍為-20～80 ℃，精度±0.3 ℃，相對(duì)濕度傳感器測(cè)量范圍為0～100% RH，精度±2%RH。傳感器通過(guò)VX8100無(wú)紙記錄儀（杭州盤古自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)）和計(jì)算機(jī)軟件連接，實(shí)時(shí)采集箱體內(nèi)部溫濕度數(shù)據(jù)。

1.2 材料與方法

本試驗(yàn)為空庫(kù)運(yùn)行。試驗(yàn)選取3水平環(huán)境溫度，分別為5、15、25 ℃，2種除濕方式，分別是壓縮機(jī)制冷除濕、硅膠轉(zhuǎn)輪除濕，分析溫度以及除濕方式對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)除濕系統(tǒng)的除濕效果影

響。試驗(yàn)考察環(huán)境濕度由（95±5）%下降至（35±5）%箱體內(nèi)濕度變化情況，每組試驗(yàn)重復(fù)3次。通過(guò)無(wú)紙記錄儀與計(jì)算機(jī)軟件記錄箱體內(nèi)干球溫度、相對(duì)濕度、除濕時(shí)間。通過(guò)電力監(jiān)測(cè)儀記錄除濕過(guò)程中除濕器能耗。

1.3 數(shù)據(jù)處理

除濕效果由除濕能力、除濕效率，濕度均勻性表征[13-14]。除濕能力由Dr表示，單位時(shí)間內(nèi)除濕量越大，除濕能力越好，計(jì)算公式為：

Dr=DT=dp1-dp2T。

式中：D為除濕量，g/kg；T為除濕時(shí)間，h；dp1為處理空氣最高含濕量，g/kg；dp2為處理空氣最低含濕量，g/kg。

除濕效率由Drs表示，單位時(shí)間、單位能耗內(nèi)除濕量越大，除濕效率越高，計(jì)算公式為：

Drs=DrE。

式中：Dr為除濕能力，g/（kg·h）；E為除濕能耗，kJ。

濕度均勻性是指箱體內(nèi)空間濕度分布的均衡性，根據(jù)正交性從全體布置點(diǎn)中挑選出9個(gè)有代表性的點(diǎn)（1、5、9、11、15、16、21、22、26號(hào)傳感器）分析，用濕度的變異系數(shù)表示，變異系數(shù)越小均勻性越好。

相對(duì)濕度變異系數(shù)：

CV=SDS×100%。

式中：SD為標(biāo)準(zhǔn)差（%）；S為平均值（%）。

通過(guò)SPSS數(shù)據(jù)處理軟件分析試驗(yàn)因素對(duì)濕度場(chǎng)均勻性影響的顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對(duì)2種除濕方式含濕量的影響

除濕期間制冷系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)停止工作，回風(fēng)道處風(fēng)速為0 m/s。對(duì)比不同溫度下2種除濕方式的含濕量，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。制冷除濕的含濕量在前10 min內(nèi)陡然下降，之后含濕量下降趨于平緩，并有上升的趨勢(shì)。在5 ℃時(shí)除濕停止的含濕量甚至超過(guò)了除濕開始前，未能達(dá)到除濕目的。這是由于制冷除濕器僅利用低溫凝結(jié)水汽，凝結(jié)水雖然改變了相態(tài)但還存在在箱體內(nèi)，當(dāng)制冷除濕器冷凝器散熱提高了箱體內(nèi)平均溫度，使得箱內(nèi)飽和含濕量上升時(shí)，凝結(jié)水又再次蒸發(fā)，含濕量反而呈緩慢上升的趨勢(shì)。因此低溫下要求達(dá)到低濕的環(huán)境，使用制冷除濕方式難以達(dá)到濕度要求。轉(zhuǎn)輪除濕的含濕量平穩(wěn)下降，5、15 ℃時(shí)含濕量出現(xiàn)先揚(yáng)后抑的現(xiàn)象，是由于轉(zhuǎn)輪除濕器加熱再生硅膠轉(zhuǎn)輪，干空氣帶出熱量使得箱體升溫提高了飽和含濕量，箱內(nèi)凝結(jié)水進(jìn)一步蒸發(fā)造成了含濕量上升。相同溫度下，除濕器在處理空氣的相對(duì)濕度下降至30%后停止運(yùn)行，制冷除濕器前期的除濕速度更快，相對(duì)濕度在30%時(shí)轉(zhuǎn)輪除濕方式的含濕量更低，因?yàn)檗D(zhuǎn)輪除濕器利用硅膠轉(zhuǎn)輪吸收水汽，由再生風(fēng)道通過(guò)的加熱后空氣帶走轉(zhuǎn)輪上的水排出箱體，轉(zhuǎn)輪除濕更加徹底。

2.2 溫度對(duì)2種除濕方式除濕能力的影響

隨著溫度的升高，制冷除濕用時(shí)減少，5 ℃時(shí)除濕用時(shí)長(zhǎng)達(dá)1.16 h，是25 ℃時(shí)的5倍。轉(zhuǎn)輪除濕用時(shí)在5 ℃時(shí)略長(zhǎng)，為0.36 h，在15、25 ℃時(shí)除濕用時(shí)相差不大。在相同溫度下，轉(zhuǎn)輪除濕用時(shí)都比制冷除濕用時(shí)短。以除濕能力為目標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果見圖4，隨著溫度上升，2種除濕方式的除濕能力都相應(yīng)上升，2種除濕方式均在25 ℃時(shí)獲得最高的除濕能力，表明除濕能力受到溫度影響較大。在相同溫度條件下轉(zhuǎn)輪除濕的除濕能力都強(qiáng)于制冷除濕，5 ℃時(shí)轉(zhuǎn)輪除濕的除濕能力幾乎是制冷除濕的7倍。表明在低溫環(huán)境下，轉(zhuǎn)輪除濕的除濕能力優(yōu)于制冷除濕。

制冷除濕受到溫度影響較大，制冷除濕利用低溫凝結(jié)空氣中水蒸氣的原理除濕，在低溫時(shí)空氣中水蒸氣較少，制冷除

濕器要達(dá)到較低的空氣相對(duì)濕度需要更低的溫度凝結(jié)水蒸氣，所以壓縮機(jī)制冷用時(shí)更長(zhǎng)。轉(zhuǎn)輪除濕器通過(guò)固體吸濕劑除濕，所以受到溫度影響較小。

2.3 溫度對(duì)2種除濕方式除濕效率的影響

隨著溫度的升高，2種除濕方式的除濕能耗均減少。在 5 ℃ 時(shí)2種除濕方式的除濕能耗均達(dá)到最高，制冷除濕、轉(zhuǎn)輪除濕的除濕能耗分別是1 128、1 596 kJ，在15、25 ℃時(shí)2種除濕方式的除濕能耗均相差較小，溫度與能耗呈反向非線性相關(guān)。在25 ℃時(shí)轉(zhuǎn)輪除濕最低的能耗、在5 ℃時(shí)制冷除濕最高的能耗相差僅100 kJ，在25 ℃時(shí)轉(zhuǎn)輪除濕的能耗是制冷除濕的3倍，表明轉(zhuǎn)輪除濕的能耗較高。溫度對(duì)2種除濕方式除濕效率的影響見圖5。隨著溫度升高，2種除濕方式的除濕效率都相應(yīng)上升，說(shuō)明溫度和除濕效率呈正向相關(guān)。在5、15 ℃ 時(shí)轉(zhuǎn)輪除濕的效率優(yōu)于制冷除濕，而在25 ℃時(shí)制冷除濕的效率優(yōu)于轉(zhuǎn)輪除濕，因除濕效率指標(biāo)綜合考慮了除濕量、除濕時(shí)間、除濕能耗。25 ℃時(shí)轉(zhuǎn)輪除濕的除濕量和用時(shí)優(yōu)于制冷除濕，但能耗過(guò)高，所以25 ℃時(shí)制冷除濕的效率更高，是轉(zhuǎn)輪除濕效率的1.4倍。5 ℃時(shí)轉(zhuǎn)輪除濕方式的除濕量、用時(shí)和能耗均優(yōu)于制冷除濕，其效率是制冷除濕的4.4倍，表明5 ℃時(shí)采用轉(zhuǎn)輪除濕方式更加經(jīng)濟(jì)。

2.4 溫度對(duì)2種除濕方式濕度均勻性的影響

從表1可以看出，溫度及除濕方式對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)室內(nèi)的濕度場(chǎng)均勻性的影響達(dá)到了極顯著水平。隨著溫度的增大，制冷除濕的相對(duì)濕度變異系數(shù)相應(yīng)增大，表明溫度越低，濕度場(chǎng)越均勻。轉(zhuǎn)輪除濕的相對(duì)濕度變異系數(shù)相應(yīng)減小，表明溫度越高，濕度場(chǎng)越均勻。因?yàn)闇囟仍降?，空氣含濕量越低，越有利于空氣中水蒸氣均勻分布，所以制冷除濕的均勻性和溫度呈正向相關(guān)。而轉(zhuǎn)輪除濕利用硅膠轉(zhuǎn)輪吸濕再加熱排濕，產(chǎn)生的干空氣溫度較高，箱內(nèi)溫度越低，干空氣進(jìn)入后溫差越大，熱量傳遞造成氣流紊亂，導(dǎo)致溫度越低濕度場(chǎng)越不均勻的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)輪除濕器的干空氣溫度較制冷除濕器的更高，且轉(zhuǎn)輪除濕器的出風(fēng)口比制冷除濕器出風(fēng)口小，更易造成箱體壁面處的空氣紊流，導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪除濕的濕度場(chǎng)分布比制冷除濕更不均勻。

3 結(jié)論

溫度對(duì)2種除濕方式的除濕效果影響顯著，25 ℃時(shí)轉(zhuǎn)輪除濕的除濕能力最高，為49.40 g/（kg·h），25 ℃時(shí)制冷除濕的除濕效率最好，為0.072 6 g/（kg·h·kJ），25 ℃時(shí)制冷除濕的濕度場(chǎng)分布較均勻。5 ℃時(shí)采用轉(zhuǎn)輪除濕方式的除濕效果好，除濕效率為0.003 4 g/（kg·h·kJ）是制冷除濕方式的4倍，低溫環(huán)境下要求達(dá)到低濕條件，采用轉(zhuǎn)輪除濕器用時(shí)較短、效率較高。除濕器處理后干空氣溫度與倉(cāng)儲(chǔ)室內(nèi)的溫度差會(huì)影響氣流分布，溫差越大，濕度場(chǎng)分布均勻性變差。轉(zhuǎn)輪除濕器由于出風(fēng)口溫度的問(wèn)題導(dǎo)致濕度場(chǎng)不均勻，空間點(diǎn)間的濕度差異顯著，為提高濕度均勻性可對(duì)轉(zhuǎn)輪除濕器出風(fēng)口布置開展進(jìn)一步研究。

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