转轮除湿机节能设计

简述某干燥间节能设计流程
Dry room engineer design process brief 摘要：通过对某室内温度 24±1℃，相对湿度 5±3%的干燥间的参数计算与设备选型，提出 对室内低湿工况环境的某种设计思路。

关键词：温湿度 空气处理过程 设备选型 Abstract: This is a proposal for indoor low level humidity working environment design,which is base on the parameter calculation and equipment configuration for the dry room with the 24±1℃ indoor temperature 5±3% relative humidity. Keywords: temperature and relative humidity air handling process equipment configuration 一、前言
本项目地理位置天津市，干燥间房间位于建筑三层（顶层）内，面积 50m2，吊顶高度 3m。

室内工况要求全年温度 24±1℃，相对湿度 5±3%。

本文主要叙述对室内低湿工况环境 的某种设计思路。

二、参数计算与设备选型 1.室内外设计参数与处理方式： 夏季室外：空调计算干球温度 33.4℃ 湿球温度 26.9℃ 焓 84.4kj/kg 冬季室外：空调计算干球温度-11℃ 相对湿度 53% 含湿量 0.77g/kg 室内：干球温度 24℃ 相对湿度 5% 焓 26.6kj/kg 含湿量 0.92g/kg 露点温度-16℃
基于室内工况点的特殊性，含湿量和露点温度过低，常规的冷冻除湿已经无法满足，因 此选择了干式除湿——转轮除湿。

常规的转轮除湿机,转轮被分隔成两个密闭区域——270º 扇形面积的吸湿区和 90º 扇形 面积的再生区，转轮除湿的机理就是将需要除湿的处理风进入吸湿区后，在水蒸气分压力差 的作用下，空气中的大部分水分被吸湿表面吸收（吸附），并放出汽化潜热，成为湿度降低 温度升高的干燥空气从转轮另一侧吹出；而再生区由 140℃的再生风从相反方向吹过，水分 再次汽化被再生风带走，排到室外。

利用该除湿方式，可以很容易获得露点温度-20℃工况 的空气。

本文论述的应用节能型转轮除湿机,此结构除湿机转轮分为三个区域:干燥区(225°)再 生区(90°)和冷却区(45°)如下图所示:
再生风与新风经过预冷处理后,再生风经过转轮冷却区,冷却转轮的同时自身得到预热,冷却 后的转轮具有更强的吸湿能力以外,再生加热功率可大大降低;当外界气温降低时这种结构


的节能效果更加显著; 标准弄除湿机流程如下图：
2.新风量的选取： 根据生产的要求，室内无工艺排风，工作人员 3 人。

因此为满足人员要求的新鲜空气量
为每小时 90 m3；同时为了更好的保证室内工况的要求，设定室内与相邻房间的相对压力为 10Pa，考虑到房间无外窗，整体密闭性较好，因此正压换气次数按 1 次/小时计算，为满足 室内相对压力的新风量为 50×3×1=150 m3/h。

150>90，满足正压的新风量同时也满足人员 要求，因此系统新风量取值 150 m3/h。

转轮处理风量计算: 在该项目室内温湿度要求中，相对湿度比温度更严格，因此送风量的计算主要考虑的是 消除室内余湿负荷。

由于室内无明显湿源，因此主要室内湿负荷即为 3 名人员的产湿，基于 实际的工艺生产流程，劳动强度可按轻劳动考虑。

在室内环境 24℃状态下产湿量为 150X3=501g/h,再考虑到系统漏风及开门时房间产生的湿负荷,总湿负荷为:1.3KG/HR; 本项目所选择的转轮空调机组其机器露点温度按-34℃设计，对应的含湿量即 为 0.15g/kg，因此通过送风含湿量差可以计算出送风量 G=1330/(0.92-0.15)/1.2=1439 m3/h。

考虑留 5%的余量,取转轮处量风量为 1500 m3/h;
再生风量为:500 m3/h，所以新风总量为取 650 m3/h；
3. 送风量的选取： 根据计算，夏季干燥间内冷负荷约为 5 kw。

基于室内温度精度要求的考虑，送风温差
按 7℃选取，送风状态点为 17℃ 0.34g/kg，其对应的焓值为 18.04kj/kg。

因此通过 送风焓差计算的送风量
G=5 × 3600/1.2/（26.6-18.04）=1752 m3/h。

考虑到风管的温升及其适当的富余系数送风量取：1800 m3/h； 综合比较分别通过送风含湿量差和送风焓差计算出的送风量，最终总送风量取值 1800m3/h。

4．夏季空气处理过程： 夏季空气处理过程如图 1 所示，为了更好的降低送风含湿量，室外新风在和室内回风混
合之前先通过冷冻除湿去除掉一部分水分，即 ID 图上室外状态 w 点至一级表冷露点 l 点， 除湿后的新风和室内回风混合至 h 点，再从 h 点等焓除湿至 o’点，空气的含湿量降低—— 温度升高——焓值不变。

此时 o’状态点的含湿量已经满足送风的要求，但温度偏高，因此


最后经二级表冷等湿降温至终状态点 o 点。

考虑到风机及送风管道会导致 1 ℃左右的温升， 因此 o 点温度要比设计送风状态点低 1℃，即 16℃。

此处理过程中各状态点参数分别为： w:：干球温度 33.4℃ 湿球温度 26.9℃ 焓值 84.4kj/kg 含湿量 19.8g/kg l： 干球温度 18℃ 相对湿度 95% 焓值 40.7kj/kg 含湿量 12.37g/kg n： 干球温度 24℃ 相对湿度 5% 焓值 26.6kj/kg 含湿量 0.92g/kg h： 干球温度 22℃ 焓值 34kj/kg 含湿量 4.64g/kg o’：干球温度 38℃ 焓值 38.77kj/kg 含湿量 0.15g/kg o：干球温度 16℃ 焓值 16.87kj/kg 含湿量 0.28g/kg
5. 冬季空气处理过程： 冬季空气处理过程如图 2 所示，室外 w 点新风同室内状态 n 点回风混合后处于 h 点，经
转轮等焓除湿至 h’点，再经等湿升温至最终送风状态点 o 点。

根据计算，冬季干燥间内热 负荷为 2kw，送风温差△t=2X3600/1.2/1800=4℃。

基于冬季极值时期更好的保证供暖效果 的角度，因此加热段不考虑风机及管道的温升，保证将送风加热至 28℃。

此处理过程中各状态点参数分别为： w:：干球温度-11℃ 相对湿度 53% 焓值-9.2kj/kg 含湿量 0.77g/kg n： 干球温度 24℃ 相对湿度 5% 焓值 26.6kj/kg 含湿量 0.92g/kg h： 干球温度 20.5℃ 焓值 23kj/kg 含湿量 0.91g/kg o’：干球温度 21.3℃ 焓值 23kj/kg 含湿量 0.6g/kg o： 干球温度 28℃ 焓值 29.8kj/kg 含湿量 0.6g/kg
图1
图2
6. 设备选型
经过前面的参数计算以及空气处理过程，已经确定空气处理设备为转轮空调机组。

下面
就开始对机组各个功能段提出具体设计要求。

（1）新风段：要求侧开新风口接室外新风，新风口自带手动调节阀。

（2）过滤段：由于室内无洁净度要求，机组内过滤器只为保护盘管清洁，防止其过渡积尘 导致换热效果严重降低，因此采用 G4+F7 初中效过滤器。

并且在过滤段前后设置压差传感 器，当阻力达到设定终阻力时报警，以便及时更换过滤器。

（3）一级表冷段：其作用是在夏季对室外新风及再生风进行降温除湿处理，根据前面计算 的参数，此功能段进风参数为干球温度 33.4℃ 湿球温度 26.9℃，出风参数为干球温度 18℃ 相对湿度 95%，处理风量 650 m3/h。

空气处理过程如图 1 中 w 点至 l 点。

（4）新回风混合段：新回风在此处充分混合以便后面的热湿处理，要求顶部开口接室内回 风，回风口自带手动调节阀。

空气处理过程夏季如图 1 中 n、l 点混合至 h 点；冬季如图 2 中 n、w 点混合至 h 点。

（5）转轮段：此功能段为机组内最复杂也是最重要的一段，参数选型方面也更为严格。

从 图 1、图 2 中夏冬季的空气处理过程可以看出，均为 h 点至 o’点，而夏季除湿量要远大于冬 季，因此此段设计要求按夏季考虑。

进风参数为干球温度 22℃ 含湿量 4.64g/kg，出风参 数为干球温度 38℃ 含湿量 0.15g/kg，处理风量为 1800 m3/h。

500 m3/h 的再生风；经过转轮冷却区后再经过再生加热器加热到 140℃通过转轮； 电加热器加热量为 500X1.2X(140-75)/3600=11kw。

出于安全的考虑，在再生风机两侧安 装压差开关，当实测压差低于设计压差 3/4 时，传递信号关闭电加热器；电加热器后的风管 设温度传感器，当实测温度高于设计温度 1/4 时，也关闭电加热器。

（6）电加热段：图 2 中空气处理过程由 o’点至 o 点所示，冬季处理风量经转轮除湿后需要 等湿升温至送风状态点，此处电加热就是起这个作用。

加热量为: (1800×1.2×(29.95-26.75)+650×1.2(7.18—9.01))/3600= 6 kw 电加热器前后同样设置无风断电及高温断电保护。

（7）二级表冷段：由图 1 所示，夏季处理风量从 o’点经表冷器等湿降温至 o 点，此功能段 进 风 参 数 为 干 球 温 度 35.7℃ 焓 值 36.74kj/kg ， 出 风 参 数 为 干 球 温 度 16℃ 焓 值 16.878kj/kg，处理风量为 1800 m3/h。

（8）风机段：机组内风机设计风量为 1800 m3/h，机组机外余压取值 200Pa。

由于机组结构 特殊我们采用双风机系统,在使用过程中随着过滤器含尘量增大而系统阻力增高，因此风机 静压按初阻力与终阻力的平均值来做来选型阻力参数;
7．温湿度控制 通常传感器传递信号都是通过 DC24V，而弱电在长距离输送过程中电压衰减很大，信号
变得模糊，影响控制效果。

因此将传感器放置于机组附近的回风管上，以提高控制精度，更 好的满足室内设计要求。

传感器联动再生风的电加热器，电加热器采用可控硅无极控制，通过调节电加热器的输 出电压以控制再生风的温度，来满足房间的回风湿度控制大设计范围内。

将温度传感器置于机组回风总管某一直管段处，由于回风温度近似等于室内温度，因此 通过控制该处即可使室内温度满足设计要求。

传感器夏季控制二级表冷盘管回水管电动阀的 开度，通过调节盘管制冷量来控制室内温度。

当回水管电动阀已完全关闭后室内温度仍低于 设定值时，系统自动转为冬季运行工况。

此时温度传感器将控制二级表冷段前的电加热器， 同样是以可控硅无极控制电加热器的加热量，来满足室内的温度要求。

8．节能效果分析：
季节
标 准 机 能 耗 节能型能耗 节 能 量 节能比 平 均 节 能 平均节能
（KW）
（KW）
（KW） 例（%） （KW） 比例（%）
＜18℃
23
11
12
52%
18℃～28℃ 23+5.9
11+7.8
9.1
31%
10.45
40%
＞28℃(33.4) 23+6.5
11+10
8.5
28%
注：
1、风机能耗忽略，未列入能耗比较表中
2、平均节能量按不同的季节的分布时间加权平均计算；制冷能效比按 2.6 进行计算;
3、天津按高于 28℃的气候按 2 个月进计算,18℃～28℃气候按 4 个月进行计算,低于 18℃的
气候按 6 个月进行计算
三、结束语 根据以上节能分析可知，应用节能型除湿机不但可以解决小风量表冷器难于加工的缺点
以外，同是可以更大程度地起到节能的效果，文中按日本西部技研所生产之转轮为例，并在 实际应用过程中得到了验证；节能合理的空气处理过程，顺利地满足设计中的各项参数，成 为一个合格的项目。

古元春 于 2008 年 5 月 9 日











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