轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)在船舶上應(yīng)用研究

秦黃輝

摘要：以船用轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)的熱力、電力性能以及除濕量、制冷量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究系統(tǒng)處理空氣參數(shù)、再生溫度對(duì)系統(tǒng)性能的重要意義。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，處理空氣進(jìn)口的含濕量以及溫度會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能造成較大影響。由此可見(jiàn)，海洋環(huán)境若在高濕的基礎(chǔ)上，存在高溫情況，轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：船舶；轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.06.096

輪船除濕空調(diào)屬于空調(diào)方式的一種體現(xiàn)形式，具有較強(qiáng)的環(huán)保性與高效性，受到了陸地領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用與大力推廣，節(jié)能效果十分顯著。不過(guò)，在船舶方面的應(yīng)用實(shí)例較少。我國(guó)著名學(xué)者曾提出，轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)可以將廢氣余熱作為再生熱源，這樣可以提高系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保性能；國(guó)外著名學(xué)者Digiovanni雖然提出了利用除濕轉(zhuǎn)輪預(yù)處理空調(diào)新風(fēng)的概念，但并沒(méi)有深入研究；而后，國(guó)外學(xué)者在空調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了四種實(shí)施方案，并對(duì)方案的有效性進(jìn)行了實(shí)踐驗(yàn)證；近些年，楊光?；谝酝芯砍晒囊龑?dǎo)，利用相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，初步研究了空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行性能，實(shí)驗(yàn)表明，海水溫度、轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速并不會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生顯著影響。本文借鑒前人理論，以系統(tǒng)處理空氣參數(shù)、再生溫度對(duì)系統(tǒng)性能的重要意義為研究對(duì)象展開(kāi)如下討論。

1轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)即借助干燥劑轉(zhuǎn)輪，對(duì)潛熱負(fù)荷進(jìn)行處理，借助蒸發(fā)冷卻器，對(duì)顯熱負(fù)荷進(jìn)行處理。轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)的首個(gè)專(zhuān)利為1955年的Pennington，基于A(yíng)RI工況下，其熱力性能參數(shù)的最大值不超過(guò)0.8。之后相關(guān)科研人員對(duì)再循環(huán)模式進(jìn)行了循環(huán)性綜合處理，不僅提高了制冷空間的制冷量，采取通風(fēng)模式，促使換熱器的氣流溫度實(shí)現(xiàn)了大幅度降低。這種有機(jī)結(jié)合再循環(huán)模式以及通風(fēng)模式的基礎(chǔ)機(jī)制便是增設(shè)轉(zhuǎn)輪換熱器，雖然有效強(qiáng)化了系統(tǒng)性能，但仍存在風(fēng)量不足的缺陷。

在上世紀(jì)下葉，Maclaine提出了SENS模式，應(yīng)用該種模式，在特定條件下，系統(tǒng)熱力性能參數(shù)的最優(yōu)值可以超過(guò)2.0。其作業(yè)具體流程為：干燥轉(zhuǎn)輪對(duì)外界空氣進(jìn)行除濕處理；然后轉(zhuǎn)輪換熱器對(duì)其進(jìn)行冷卻處理，繼而將其混合到室內(nèi)循環(huán)空氣中，將混合氣體引入以小型冷卻搭冷卻水為冷卻介質(zhì)的冷卻盤(pán)管，然后對(duì)冷卻空氣進(jìn)行分流處理，一部分為室內(nèi)實(shí)現(xiàn)空調(diào)利用，另一部分為冷卻塔利用，然后對(duì)冷卻水進(jìn)行蒸發(fā)冷卻，完成后，排放于大氣中。利用化熱器對(duì)室外再生空氣進(jìn)行初步加熱，然后利用太陽(yáng)能加熱處理，當(dāng)其符合再生溫度后，利用干燥劑轉(zhuǎn)輪對(duì)其進(jìn)行處理，最后將熱濕空氣排放于室外。據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，如果環(huán)境濕度、溫度均達(dá)到26℃，系統(tǒng)熱力性能參數(shù)的最大值為2.45。此后，相關(guān)研究人員還提出了DINC模式，相對(duì)比通風(fēng)模式而言，應(yīng)用此模式，蒸發(fā)冷卻器由直接方式形成了間接、直接線(xiàn)組合的方式。此種模式，有效分離了系統(tǒng)的濕符合以及熱負(fù)荷處理作業(yè)，具體流程如圖1所示。

對(duì)再生空氣進(jìn)行加熱處理，是船用轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)的主要運(yùn)行能耗，由于系統(tǒng)耗電量較小，所以，參考COPt，可以對(duì)系統(tǒng)的能量利用率進(jìn)行合理有效的評(píng)價(jià)。

3船舶轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)實(shí)驗(yàn)分析

現(xiàn)階段，船舶節(jié)能減排的主要措施是回收、利用船舶余熱。由于船舶具有非常豐富的余熱資源，余熱的主要來(lái)源便是船舶的主機(jī)廢氣，其余熱量的總量所占比約為30%，并且由于品位較高，排煙溫度也非常高，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，其排熱溫度的最大值可以達(dá)到400℃，最小值也不低于260℃。普遍而言，船舶上均配有余熱鍋爐，通過(guò)余熱鍋爐對(duì)主機(jī)廢氣中的余熱進(jìn)行有效回收與利用，可以產(chǎn)生一定量的高溫蒸汽，此種蒸汽多為壓強(qiáng)在0.7MPa左右的低壓飽和蒸汽，其對(duì)應(yīng)溫度約為165℃。這種蒸汽具有多重用途，例如，保溫、燃油加熱等，不過(guò)，這些用途并沒(méi)有將廢棄余熱的利用價(jià)值充分體現(xiàn)：假設(shè)一只船舶為干貨船，其容量為1.3萬(wàn)噸，主機(jī)功率=7500kW，余熱鍋爐的出口排氣降為每小時(shí)1400kg，保守計(jì)算，排氣廢熱總量的三分之一便可以滿(mǎn)足該船舶在用汽方面的需求。船舶的余熱量、除濕量均較大，應(yīng)用轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)，可以有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

船舶航行存在時(shí)間短區(qū)域跨度大的特點(diǎn)，導(dǎo)致其外部環(huán)境參數(shù)變幅非常大。基于我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的指導(dǎo)，本次實(shí)驗(yàn)的外部空氣干球溫度在34℃左右，濕度為68%；內(nèi)部空氣干球溫度在26℃左右，濕度為48%，且新風(fēng)比的最小值不低于50%。海水溫度約為31℃，系統(tǒng)轉(zhuǎn)輪速度為每小時(shí)8轉(zhuǎn)，送風(fēng)溫度約為18℃，輔助制冷機(jī)的蒸發(fā)氣體表溫度約為14℃。

4結(jié)語(yǔ)

在海洋環(huán)境下，轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)在船舶上的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，其系統(tǒng)運(yùn)行工況會(huì)隨著航行地點(diǎn)、環(huán)境氣候條件而產(chǎn)生劇烈變化。本文通過(guò)研究表明，再生溫度會(huì)在很大程度上影響轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能效，因此，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)合理選擇并綜合考慮再生溫度值，確保其不會(huì)超出100℃-200℃的范圍。如果轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)的干燥劑材料以及基體結(jié)構(gòu)處于特定時(shí)，系統(tǒng)處理空氣流量將存有最優(yōu)值。除此之外，系統(tǒng)處理空氣的進(jìn)口溫度會(huì)大幅度影響系統(tǒng)的Q值與COPt值，因此，相關(guān)人員可以大力回收利用系統(tǒng)的回風(fēng)能量，這樣可以有效提高系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保性能。而且海洋環(huán)境由于溫度與濕度均較高，在船舶上應(yīng)用轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)，可以創(chuàng)造良好的整體效益。

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