地下厂房工业除湿方法的研究综述

工作原理

冷却除湿机由压缩机、热交换器、风扇、盛水器、机壳及控制器组成，风扇将潮湿空气抽入机内，通过热交换器，此时空气中的水分冷凝成水珠，变成干燥的空气排出机外[2]。

制冷系统主要为制冷剂的循环，除湿机常用的制冷剂为氟利昂如R22和R401A，制冷剂在压缩机内被压缩成高温高压的气体后进入冷凝器，通过管壁与空气换热后冷凝为常温高压的液体，液体被节流阀绝热节流后进入蒸发器，被空气加热后蒸发为低温低压气体，随后制冷剂再次进入压缩机，周而复始进行循环[3]。冷却除湿机的运行示意图如图1所示。

当空气冷却时，相对湿度增加，空气冷却到露点以下时，水开始冷凝至饱和温度。空气含湿量降低，但此时空气已经到达饱和状态，即它相对湿度接近100%。如果除了低绝对湿度外还需要低相对湿度，空气离开冷却盘管后可以继续进行加热。该方法对于期望的条件下有效的相对湿度应大于45%[4]。

1.2 冷却除湿机的分类

除湿后的湿空气温度较低，需要在冷凝器中进行加热，根据加热后出风口位置的温度可分为一般型、调温型、降温型和多功能型除湿机。不同类型的除湿机区别在于循环过程中制冷剂冷凝热的处理方式，四种类型的除湿机对比如表1所示。

一般型和降温型除湿机的除湿量大、应用范围较窄，适用于南方夏季高温高湿的环境中。调温型和多功能型的除湿机适用于相对湿度40-90%的环境中，可调节范围较广，但是除湿量相对较小。

1.3 冷却除湿能耗分析

在我国较干燥的地区，通常利用空调系统就可以达到除湿目的。但我国部分沿海地区处于潮湿气候，仅靠空调无法将室内环境湿度降至舒适范围，空间内的相对湿度可能还会增加。夏季除湿需求远远大于需要冷却空气。因此在温暖潮湿的气候条件下，阻止不必要的空气渗透并限制空气参数变化非常重要。通过反复将室内气流组织返回除湿机，可以去除空气中的水分，以帮助将室内湿度保持在霉菌警报水平以下。空气冷却除湿机的能耗和和室内空气含湿量相关，较干燥的空气需要较少的能量来冷却，随着湿度的增加，能耗也会增加。

2 干燥剂除湿

2.1 干燥剂除湿原理

干燥剂除湿主要可以分为固体除湿和液体除湿。固体除湿是利用沸石、铝胶、硅胶等吸湿材质来吸除空气中的水分。空气潮湿时具有高水蒸气压，然而，干燥剂的表面具有非常低的蒸气压，因此水蒸气从潮湿空气中移出到干燥剂表面上以消除蒸气压差。最终，干燥剂表面收集足够的水蒸气直至等于潮湿空气的蒸气压[9]。然后，通过加热使干燥剂重新干燥、活化，继续用于从空气流中除去更多的水分。液体除湿采用氯化锂等液体干燥剂水溶液的喷雾吸收水分，不过由于液体是以雾状与空气接触，需要防止溶液带出或飞散。液体除湿成本高，维护费用也高[10]。

近年來利用固体吸湿材质制造的转轮除湿系统发展较快，与液体干燥剂除湿系统相比，其性能比较稳定。在现实生活和生产中的应用越来越广泛，转轮除湿系统示意图如图2所示。

一般来说，干燥剂循环遵循四个步骤：步骤1是吸附，处理空气通过旋转干燥剂轮的一部分，自身的水蒸气移出至干燥剂表面。当水分从空气中除去时，干燥剂表面蒸气随着空气中的潜热转化为显热，压力和温度升高。步骤2，干燥剂中的水分含量达到平衡，表面蒸气压等于周围空气的蒸气压。步骤3，当干燥剂表面蒸气压升高时干燥剂的再活化加热。因为干燥剂中水分的蒸气压高于周围空气中的水蒸气压，水分离开了干燥剂。水分含量降低，但温度较高，蒸汽压力仍然很高。步骤4是干燥剂的冷却。干燥剂表面的蒸汽压力迅速降低，蒸汽压力再次低于干燥剂周围的空气，所以它可以再次收集水分。因为干燥剂除湿器从空气中除去水蒸气而不是冷凝液体，所以此方法没有冻结的风险[11]。

2.2 干燥剂除湿的发展

干燥剂除湿机主要技术核心在于干燥剂材料的选择。目前对干燥剂材料的研究十分活跃，研究方向主要是寻找接近理想吸附性能的吸附剂材料，其中在原有多孔吸附剂中添加其它成分形成高性能的复合吸附剂也是研究人员努力的方向。不同干燥剂性能对比如表2所示。

干燥剂材料应具有很强的吸湿和容湿能力。通常商用干燥剂吸附水分的质量可达其质量的10-1100%（要依干燥剂类型和环境湿度而定）。当干燥剂表面蒸汽压与周围湿空气蒸汽分压相等时，吸湿过程停止。此时使温度为50～260℃的热空气流过干燥剂表面，可将干燥剂吸附的水分带走，如此往复，就形成了除湿循环[17]。通过不同干燥剂的再生温度和吸附量测试，可得到不同环境适宜的干燥剂类型。

2.3 干燥剂除湿的应用

干燥剂除湿冷却系统的一大优点是可以适应各种工况，便于在任何气候条件下对湿度的控制，尤其适用于对相对湿度要求较高的场所，如手术室、洁净室等。

固体除湿材料初投资低，设备简单，在低湿下仍能有良好的除湿效果，能够将空气处理到较低的露点，甚至可降低至-40～-60℃，而且将干燥剂除湿技术与冷盘管结合起来可以实现温湿度单独控制，改善了室内空气品质。

干燥剂除湿系统的限制在于用电成本较高，通常利用来自废热，蒸汽，热水或气体的可用热源，实现干燥剂的再生。随着研究的不断深入，陈思豪[18]针对常用的转轮除湿空调系统能耗高的问题，通过理论分析，提出了转轮除湿机与预冷器或热回收装置不同组合下的三种节能型转轮除湿空调系统，并建立相应的能耗数学模型。预冷热回收型转轮除湿空调系统能耗最低，比传统冷却除湿空调系统节能12.8%。处理空气先预冷后除湿和增加热回收装置的措施可大大降低转轮除湿空调系统能耗。

3 结语

本文通过对比两种工业除湿方法，综述了空气冷却除湿和干燥剂除湿的区别。空气冷却除湿要求环境相对湿度大于45%，该方法除湿量大、应用范围广，但是初投资成本较高，适用于对环境温湿度精度要求较低的环境中，如写字楼、大型工业厂房。干燥剂除湿在低湿下仍能有良好的除湿效果，可以适应各种工况，初投资低但是后期运营成本较高，适用于对相对湿度要求较高的场所，如手术室、洁净室等。此外，固体干燥剂除湿空调和传统冷冻空调联合使用，可以实现温湿度单独控制，进而满足一些对室内环境品质要求高的场所。

参考文献

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