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)
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。
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)
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
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)。
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
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。
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。
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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