板式热回收除湿机的试验研究

刘中一 刘杨 崔超

上海理工大学环境与建筑学院

板式热回收除湿机的试验研究

刘中一 刘杨 崔超

上海理工大学环境与建筑学院

针对目前除湿机能源浪费的问题，开发了一种使用板式热交换器用于热回收的除湿机，并通过试验研究证明了该机组不但具有良好的除湿能力，而且具有一定的节能效果。

板式热交换器热回收除湿机除湿量节能

冷冻除湿机的除湿方法虽然简单但是引起的能耗较大，为此有必要设计一种既能满足室内空气湿度要求，又可以降低空调能耗的除湿系统。板式热回收除湿机主要是在除湿机中加装板式换热器，通过板式换热器实现能量的有效利用。本文主要研究板式热回收除湿机的性能。

1 板式热回收除湿机的原理

1.1 热回收除湿机工作原理

为了使传统的冷冻除湿机在相同能耗下，提高除湿效率，在冷冻除湿机的蒸发器和冷凝器之间增加了热回收装置——板式热交换器[1]，热回收除湿机的结构和工作原理如图1所示。室内湿空气（t1，h1，d1）在机组内部风机的引流作用下，首先流过板式热交换器，与来自蒸发器的低温干空气以交叉流的方式流经板式热交换器，经过热交换之后，温度降低，与此同时，来自蒸发器的低温干空气（t2，h2，d2）温度升高。温度降低后的低温湿空气（t3，h3，d3）继续向前流动，通过蒸发器的冷却作用二次降温，使其达到湿空气的露点温度之后析出水分，起到降温除湿的作用。经过热交换器之后的干空气（t4，h4，d4）继续流动，通过冷凝器加热升温之后，成为高温干空气（to，ho，do）送入室内。在这个过程中，由于室内湿空气不是直接送入蒸发器进行降温除湿，而是先经过板式热交换器的预冷之后再送入蒸发器，因此，减轻了一些蒸发器的负载，起到了节能、提高除湿效率的目的。

1.2 空气处理过程

热回收除湿机的空气处理过程为：N-L-L’-O-O’。室内回风状态点N经过板式热交换器，通过和蒸发器出来的干空气状态点L’进行热交换，等湿降温，处理到状态点L，L接着经过蒸发器的降湿降温过程处理到状态点L’,L’在室内回风N的热交换作用下升温处理到状态点O，O接着被冷凝器等湿加热，最终送风状态点为O’。整个空气处理过程的制冷量由两部分来承担，一部分冷量由板式热交换器承担，另一部分冷量由制冷系统来承担。对于单位质量空气而言，板式热交换器所承担的冷量为iN-iL，制冷系统所承担的冷量为iL-iL’。在传统冷冻除湿机中，处理到相同的空气状态点L’，制冷系统所要承担的冷量为iN-iL’，显然热回收除湿机制冷系统承担的冷量比传统冷冻除湿机小，压缩机单位功率的除湿量也变大，相同能耗下，热回收除湿机的除湿量更大。这正是热回收除湿机较传统冷冻除湿机的节能所在。

2 板式热回收除湿机实验研究

实验系统主要由焓差环境实验室、板式热回收除湿机组和实验测量系统组成。板式热回收除湿机组所需的部件设计及选型按照设计工况确定，设计工况由除湿机标准实验工况[2]确定，即室内干球温度取27℃，室内相对湿度取60%，送风风量150m3/h。设计工况下该除湿机的理论总除湿量[3，4]为0.66kg/h。根据参文献[3]中关于测试实验要求，确定实验室内侧环境工况。

2.1 回风相对湿度对单位时间除湿量MER的影响

板式热回收除湿机在相同回风温度、不同回风相对湿度下的MER[5]如图3所示，共18个工况。标准工况：干球温度27℃，相对湿度60%情况下除湿机MER为0.60kg/h，与理论计算MER为0.66kg/h的计算结果吻合较好。从图3中可以看出，回风温度相同时，随着相对湿度的增加，板式热回收除湿机的MER呈显著的增大趋势。但是在回风温度15℃、湿度50%和回风温20℃、湿度50%下的除湿量十分接近，这主要是由于回风温度15℃、湿度50%工况下，板式热交换器中冷热空气进行热交换时出现了水分析出的现象，增加了系统除湿量。

2.2 回风温度对单位时间除湿量MER的影响

板式热回收除湿机在相同回风相对湿度、不同干球温度下的板式热回收除湿机的MER如图4所示，共19个工况。回风相对湿度相同的情况下，随着回风温度的升高，板式热回收除湿机的MER不断增加，同时还可以看到MER增加的速率随着回风温度的升高逐渐趋于平缓。这主要也是由于随着回风温度升高，除湿量不断增加，换热器翅片表面凝结水量的增加促使风机风量的减少，从而影响除湿机除湿效果。从图4中的相对湿度50%～70%三条曲线来看，室内环境温度从32℃升高到35℃，除湿机MER不上升反而下降，说明室内环境温度32℃是该板式热回收除湿机实际运行中能力允许范围的极限温度。只有回风条件在该除湿机的能力范围之内，除湿效果才能达到最佳。

2.3 回风相对湿度对单位能耗除湿量SMER的影响

板式热回收除湿机在相同回风温度、不同相对湿度下的SMER[5]如图5所示，共18个工况。回风温度相等的情况下，随着相对湿度的增加，除湿机SMER总体呈线性增加趋势，且在不同的回风温度下，这种增长速率也基本相同。说明该除湿机运行性能稳定，在高湿度区间具有很好的除湿性能。但是图5中显示：当湿度小于60%之后，温度对SMER的影响作用越来越小，由此推测在低湿度区间（<50%），除湿机的SMER对回风温度敏感性越来越小，以致微乎其微；还可以看出，随着回风温度的升高，除湿机SMER曲线水平整体提高，而当回风温度为27℃和32℃的两条曲线却十分逼近，说明该除湿机在回风温度高于27℃以后，相同相对湿度下，除湿机SMER对温度敏感性越来越小。

2.4 回风温度对单位能耗除湿量SMER的影响

板式热回收除湿机在相同回风相对湿度，不同干球温度下的SMER如图6所示，共19个工况。相同回风相对湿度下，随着回风温度的升高，除湿机SMER曲线呈现先增加，然后慢慢趋于平缓，最后缓缓下降的趋势；四组相对湿度下除湿机的SMER曲线趋势基本一致；每条曲线都存在一个最高点，这个最高点相对应的温度即为该除湿机在相应回风相对湿度下所对应的除湿机最大SMER的最佳性能温度。可以看出：回风相对湿度为50%时，对应除湿机最大SMER的最佳性能回风温度为32℃；回风相对湿度60%时，对应除湿机最大SMER的最佳性能回风温度为27℃；回风相对湿度70%时，对应除湿机最大SMER的最佳性能回风温度为27℃。

2.5 节能分析

整个除湿系统在不同回风温湿度条件下压缩机提供的冷量和系统总冷量的分析结果如图7所示，本文所设计的带热回收的除湿机的系统总冷量由两部分组成：压缩机提供的冷量和板式热交换器回收的冷量。标准工况（回风温度27℃，相对湿度60%）下，该除湿机系统总冷量1157W，压缩机提供的冷量为714W，板式热交换器回收的冷量为442.8W，热回收比例为38.3%。其他各工况下该热回收除湿机系统的热回收比例计算结果见图8，结果显示：相同回风温度下，该热回收除湿系统的热回收比例变化不大，低温工况下该除湿机热回收的比例在24%左右，高中温工况下该除湿机热回收比例在38%左右。由此可见，所设计的板式热回收除湿机在达到设计除湿效果的基础下，节能特性也是很明显的。

3 结论

板式热回收除湿机主要将具有热回收作用的叉流板式热交换器应用于传统的冷冻除湿机中，设计了一套具有热回收作用的除湿机。通过对本机组的实验研究来分析不同回风温度和不同回风相对湿度对板式热回收除湿机MER和SMER的影响，以及分析不同工况下热回收比例。可以得出的结论是板式热回收除湿机除了能起到对室内空气降湿的作用之外，也大大节约了能耗。

[1]章熙民,任泽霈,梅飞鸣.传热学(第四版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2005

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.全新风除湿机(GB/T 20109-2006)[S].北京:中国标准出版社,2006

[3]吴业正.小型制冷装置设计指导[M].北京:机械工业出版社, 1998

[4]周森泉,过增元,胡桅林,等.来流温度速度不均匀时换热器效能的分析[J].工程热物理报,1994,15(4):405-407

[5]袁丽,范良凯,耿世彬,等.风量影响除湿机SMER的原理分析与模拟[J].制冷与空调,2010,24(5):38-42

Ex pe rim en ta l Stud y o f a Hea t Re c ove ry Dehum id ifie r w ith Pla te Hea t Ex c hange r

LIU Zhong-yi,LIU Yang,CUIChao
Schoolof Environmentand Architecture,University of Shanghai for Scienceand Technology

Aim ing at the problem of the dehumidifier energy waste,amethod of using a plate heatexchanger for heat recovery dehum idifierwas developed.Through the experimental research,it’s proved that the unit is notonly has good dehumidification capacity,buthasa certain energy-saving effect.

plateheatexchanger,heat recovery dehum idifier,dehumidification capacity,energy saving

1003-0344（2014）03-018-4

2013-5-15

刘中一（1988～），男，硕士研究生；上海市军工路516号环境与建筑学院413室（200093）；E-mail:805056355@qq.com