地下工程專(zhuān)用恒溫除濕機的研制

地下工程專(zhuān)用恒溫除濕機的研制

　　通過(guò)對普通調溫除濕機和恒溫恒濕機運行特性的分析，指出了這兩種設備在地下工程中運行時(shí)存在的缺點(diǎn)，提出了在地下工程專(zhuān)用恒溢除濕機的研制中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題，并給出了樣機的設計參數及測試結果。

　　地下工程中一般使用調溫除濕機來(lái)除濕兼調控室溫。而在可能產(chǎn)生較大余熱的地下工程中，通常使用普通水冷型恒溫恒濕機來(lái)控制室內溫濕度。

　　長(cháng)期的運行實(shí)踐表明，這兩種設備用于地下工程的溫濕度控制時(shí)都存在明顯的缺點(diǎn)。除濕機的基本功能主要是除濕，其調功能比空調機差。

　　而恒溫恒濕機的標準運行環(huán)境應當是在篼溫低濕的地面建筑中，地下建筑的環(huán)境特點(diǎn)與地面建筑區別很大，造成了恒溫恒濕機能耗較篼，存在明顯的不適用性。為了滿(mǎn)足地下工程既要除濕又要恒溫的實(shí)際需要，研制了一種新型的恒溫除濕機。

　　是從除濕機改進(jìn)而來(lái)的第二代調溫型除濕機，該機有水冷和風(fēng)冷兩個(gè)冷凝器，空氣先經(jīng)蒸發(fā)器降溫除濕，又經(jīng)過(guò)風(fēng)冷冷凝器升溫后送到空調房間，通過(guò)調節冷卻水流量控制風(fēng)冷冷凝器和水冷冷凝器的換熱比例，可以控制送風(fēng)溫度的篼低。由于該機利用了冷凝熱量作為對送風(fēng)升溫的再加熱，所以被認為是節能的。但是，這種節能形式是有缺點(diǎn)的，尤其是在地下工程常用的升溫除濕工況下，這種缺點(diǎn)表現更為明顯。依靠冷凝熱量來(lái)調控室溫的前提是壓縮機必須連續工作，而CIZ型除濕機對室內濕度只能采取最簡(jiǎn)單的“雙位式”控制方式（即“通”和“斷”方式），壓縮機是否運行取決于室內濕度的實(shí)際值是否達到了設定值。一旦達到了設定值，壓縮機就會(huì )停轉，壓縮機停轉的直接結果是不僅除濕停止了，冷流體機械凝熱量也隨之沒(méi)有了，對送風(fēng)的升溫作用同時(shí)也停止了，但此時(shí)新風(fēng)濕負荷依然存在，由于地下工程壁面持續散濕和吸熱，室內的熱濕負荷也依然存在，新風(fēng)和回風(fēng)未經(jīng)任何處理就被送入室內，室內溫濕度必然產(chǎn)生很大波動(dòng)，室溫很快降低，相對濕度迅速升高。因為P節特性較差，壓縮機再啟動(dòng)后升溫滯后時(shí)間較長(cháng)，有時(shí)甚至會(huì )出現室內裝備表面結露現象，給裝備造成損害。為了避免出現這種情況，操作人員會(huì )取消濕度控制系統，使壓縮機一直處于開(kāi)機狀態(tài)，這顯然是既不合理也不經(jīng)濟的，但不得不這樣做。

　?。?）送風(fēng)溫度可調范圍內存在盲區從中可以看到，CTZ型除濕機的水冷冷凝器和風(fēng)冷冷凝器在調溫工況下是串聯(lián)的。從制冷劑流程來(lái)看，當電磁閥開(kāi)啟后，這兩個(gè)冷凝器可以看作是連通在一起的等壓空間，高壓制冷劑在其中以?xún)上酄顟B(tài)存在，無(wú)論水冷冷凝器的冷卻水量加大到多少，都無(wú)法阻止一部分氣態(tài)制冷劑竄入風(fēng)冷冷凝器，大量的汽化潛熱會(huì )釋放在風(fēng)冷冷凝器中，使得除濕機的出風(fēng)溫度居高不下，嚴重影響了除濕機送風(fēng)溫度的可調節范圍。在調溫工況下，CIZ型除濕機的出風(fēng)溫度A只能降到26尤左右，而在切除風(fēng)冷冷凝器的全水冷工況下，CTZ型除濕機的出風(fēng)溫度可以降到16*以下，這就是說(shuō)，該型除濕機送風(fēng)溫度的調節范圍中存在約10T的盲區，這對室溫的控制是非常不利的，如果需要的送風(fēng)溫度正好處于盲區，勢必造成除濕機運行工況的頻繁轉換，室溫也會(huì )隨之產(chǎn)生很大的波動(dòng)。這是該型除濕機的又一重要缺點(diǎn)。

　　用性普通恒溫恒濕機的標準運行環(huán)境是在地面工程中，最適用于夏季降溫的空調系統。該機配有電加熱器，用于提升出風(fēng)溫度，以滿(mǎn)足精確控制室溫的需要。另外還配有加濕器，以滿(mǎn)足控制室內相對濕度的需要。

　　地下工程中有些房間的設備在工作時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量的工藝性余熱，空調設計中會(huì )在這些房間采用大制冷量的水冷型恒溫恒濕機以消除余熱。由于地下建筑的環(huán)境特點(diǎn)與地面建筑區別很大，實(shí)際運行中可以看到恒溫恒濕機存在明顯的不適用之處。

　　地下工程的環(huán)境特點(diǎn)是低溫高濕。裝有發(fā)熱設備的房間除了短期的值班時(shí)間外，大部分時(shí)間都處在非工作狀態(tài)，沒(méi)有工藝余熱，恒溫恒濕機需要用除濕升溫工況運行。雖然恒溫恒濕機在控制室溫方面比CK型除濕機好，但其功耗卻比CIZ除濕機大得多，因為其冷凝熱量都被冷卻水帶到了下水道。經(jīng)過(guò)冷凍除濕的處于露點(diǎn)狀態(tài)的空氣必須經(jīng)過(guò)電加熱器加熱大幅度升溫后才能送人房間。這種重復耗能使恒溫恒濕機在地下工程中應用的經(jīng)濟性降低。有時(shí)設計者會(huì )再配置一套除濕機用于平時(shí)的除濕運行。顯然這種設備的重復配置既增加了投資，增加了占地，又增加了安裝和運行管理的復雜性，也是一種很無(wú)奈的選擇。目前恒溫恒濕機用的都是能量不可調節的全封閉壓縮機，只能采用簡(jiǎn)單的雙位式控制方式，這種方式對于同時(shí)控制溫度和相對濕度是很不利的，比如恒溫恒濕機在降溫除濕工況下，由于控溫和控濕都需要由壓縮機的啟停來(lái)實(shí)現，所以是選擇溫度優(yōu)先還是選擇濕度優(yōu)先是一個(gè)兩難的選擇，因為無(wú)論怎樣選擇，都是只能保證一項指標的精度而放寬對另一項指標的精度要求，即使采用PLC控制也只能默認某項指標優(yōu)先。在地面工程中，可以采用折衷的辦法分別設定室內溫度和濕度的上下限對應值，盡量兼顧溫度和濕度的控制精度。但在地下工程中，由于熱濕比的變化與地面工程大不相同，無(wú)論怎樣選擇，都可能給溫濕度精度的控制和運行能耗帶來(lái)不利影響。在設備調試中，往往耗費許多時(shí)間和精力也難以得到理想的結果。

　　3新型恒溫除濕機的設計定位3.1品定位恒溫除濕機是一種專(zhuān)為地下工程空調系統設計的高端機型。該機篼效節能，可以完成對地下工程環(huán)境指標的高精度控制，是可以接受系統集成平臺對調節全過(guò)程進(jìn)行智能化集中控制的標準終端設備。

　　3.2功能定位恒溫除濕機根據地下工程的環(huán)境特點(diǎn)，以恒溫和除濕功能為主，在有特殊工藝需求的場(chǎng)合也可選擇增加加濕功能。該機保留了CIZ型除濕機和水冷式恒溫恒濕機的優(yōu)點(diǎn)，彌補了其缺點(diǎn)，可以滿(mǎn)足地下工程有余熱或無(wú)余熱狀態(tài)下的環(huán)境保障要求。該機無(wú)需人工指定運行工況，可根據設定值和環(huán)境參數自行判斷并采取適當的運行方式。使室內溫濕度值可靠地穩定在設計指定的范圍內。

　　3.3規格定位按照地下工程常用的除濕機規格，為方便安裝和使用，處理風(fēng)量為6000~m3/h的恒溫除濕機為整體式，處理風(fēng)量大于2m3/h的為分段組合式。恒溫除濕機可以帶風(fēng)機，也可以不帶風(fēng)機。

　　4新型恒溫除濕機設計中要解決的關(guān)鍵問(wèn)題

　　4.1解決溫濕度控制能力差的問(wèn)題普通恒溫除濕機送風(fēng)溫濕度波動(dòng)大和送風(fēng)溫濕度精度不能兼顧的問(wèn)題都是因為壓縮機只能采用雙位式控制造成的。雙位式控制的調節特性是最差的，其調節參數也是最簡(jiǎn)單的，除了用上下限值來(lái)控制設備的啟停外，對于被調節對象的具體調節需求是無(wú)計可施的。新型恒溫除濕機要充分發(fā)揮PLC（可編程控制器）的智能作用，實(shí)現對調節全過(guò)程控制，首先應考慮采用能量可調型壓縮機。只有采用能量可調型壓縮機，才能應用PLC中的PID控制功能，對壓縮機制冷量進(jìn)行調節，使壓縮機能適時(shí)跟隨負荷變化運行，滿(mǎn)足各種調節需求。由于PID調節過(guò)程是平滑的，當房間溫濕度達到設定值時(shí)，壓縮機并不會(huì )停機，而是以此時(shí)的負荷為平衡點(diǎn)繼續運行，使室內參數穩定在設定值，從而不用擔心出現因壓縮機停機而使未經(jīng)處理的空氣直接進(jìn)人室內引起溫濕度大幅度波動(dòng)的問(wèn)題。

　　采用能貴可調型壓縮機后，溫度和濕度精度不能兼顧的問(wèn)題也可得到改善，恒溫除濕機可采用室內露點(diǎn)溫度傳感器采集室內濕度信號，通過(guò)控制器調節壓縮機制冷量，滿(mǎn)足濕度控制需要。當室內的濕度達到要求時(shí)，壓縮機會(huì )以維持濕負荷平衡而繼續運行，蒸發(fā)器仍會(huì )提供出露點(diǎn)狀態(tài)的低溫風(fēng)，以滿(mǎn)足室內的溫度需要繼續降低時(shí)的需求。室內的溫度控制則由干球溫度傳感器通過(guò)控制器以PID方式調節水冷冷凝器前的電動(dòng)調節閥開(kāi)度，用改變冷卻水流量的辦法來(lái)調節水冷冷凝器和風(fēng)冷冷凝器的換熱比例，從而達到控制出風(fēng)溫度的目的。雖然風(fēng)冷冷凝器的換熱量會(huì )受到壓縮機能量調節的影響，但冷卻水的調節會(huì )最終彌補這些影響，使出風(fēng)溫度穩定。恒溫除濕機可以實(shí)現溫度和濕度分離控制，從而解決了溫度和濕度精度不能兼顧的問(wèn)題，使溫度和濕度控制都能達到很高的精度。在室內有大量余熱量出現時(shí)，恒溫除濕機的PLC控制器將根據干球溫度傳感器得到的溫度值與設定值比較，如果偏差大于規定值A，即指令壓縮機由濕度控制轉換為溫度控制，以滿(mǎn)負荷降溫方式運行，直至室內溫度與設定值的偏差小于規定值心后，壓縮機又自動(dòng)改為濕度控制。在以降溫為主要目的時(shí)，也可以把：的值設為0，壓縮機將始終以溫度控制方式工作，不再轉換。4.2解決冷凝熱量利用和輔助加熱問(wèn)題1數碼容調壓縮機；2.蒸發(fā)器；3.風(fēng)冷冷凝器；4.水冷冷凝器；5.電子膨脹閥；6分液器；7.貯液器；8.電動(dòng)調節W；9.供液電JtWilO.旁通電磁閥；11.電動(dòng)冷媒閥；12.單向閥；13.干燥過(guò)濾器；14電加熱器；15.防輻射折板；16.擋水板；17.風(fēng)機。流體機械新型恒溫除濕機保留了CTZ型除濕機可以利用冷凝熱量為送風(fēng)提升溫度的特點(diǎn)，在升溫除濕工況下可以避免重復耗能。但是新型恒溫除濕機采用的是能量可調型壓縮機，在室內濕度達到設定值后，壓縮機減載運行時(shí)，冷凝熱量也會(huì )減小，使空氣通過(guò)風(fēng)冷冷凝器時(shí)不能得到足夠高的熱量，從而使送風(fēng)溫度的上限降低，直接影響對室內溫度的控制。為了使送風(fēng)溫度的可調范圍不因壓縮機減載運行而減小，恒溫除濕機在風(fēng)冷冷凝器后又增加了一個(gè)輔助電加熱器（見(jiàn)），在必要時(shí)可以給送風(fēng)補充熱量。該加熱器可以分組投入，由PLC控制器以比例調節方式控制加熱量，保持室內的恒溫精度。4.3解決送風(fēng)溫度可調范圍內有盲區的問(wèn)題送風(fēng)溫度可調范圍內有盲區存在會(huì )使送風(fēng)的溫度調節不能做到光滑連續。恒溫精度要求很高的恒溫除濕機是不能容忍這種缺陷存在的。本文前面已以CI2型除濕機為例，說(shuō)明了盲區存在的原因。解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵是要設法控制制冷劑在風(fēng)冷冷凝器中的換熱量，簡(jiǎn)單的辦法是將風(fēng)冷冷凝器分組，用分組切換改變換熱面積的辦法來(lái)控制換熱量。這種辦法能有助于減小盲區卻不能消除盲區。最有效的辦法應當是控制進(jìn)人風(fēng)冷冷凝器的制冷劑流量。如所示，在水冷冷凝器和風(fēng)冷冷凝器之間設電動(dòng)兩通冷媒調節閥，在兩冷凝器之間設旁通電磁閥連通貯液器。恒溫除濕機送風(fēng)溫度調節過(guò)程如下：全冷風(fēng)時(shí)：電動(dòng)閥全關(guān)，電磁閥開(kāi)啟。風(fēng)冷冷凝器被切除，制冷劑經(jīng)水冷冷凝器凝結成液態(tài)后經(jīng)旁通電磁閥直接進(jìn)入it液器?？諝饨?jīng)蒸發(fā)器冷卻后以最低溫度送出。送風(fēng)溫度由低到高調整時(shí)：電磁閥在升溫開(kāi)始時(shí)仍處于開(kāi)啟狀態(tài)，電動(dòng)閥在PLC的指令下逐漸開(kāi)啟，部分制冷劑進(jìn)人風(fēng)冷冷凝器，送風(fēng)溫度開(kāi)始升高，電動(dòng)閥開(kāi)啟到位后，電磁閥關(guān)閉，全部制冷劑都必須經(jīng)風(fēng)冷冷凝器后才能進(jìn)入貯液器。此時(shí)冷卻水電動(dòng)調節閥在PLC指令下開(kāi)始逐漸關(guān)閉，使水冷冷凝器的換熱量逐漸減少，最終使制冷劑的冷凝熱量全部釋放在風(fēng)冷冷凝器中，使送風(fēng)溫度達到最高值（不包括輔助電加熱器的熱量）。送風(fēng)溫度由高到低的調節過(guò)程與上述過(guò)程相反。所示的是用電動(dòng)三通冷媒調節閥代替了中的旁通電磁閥和電動(dòng)冷媒閥。分流三通閥的流量等百分比特性好，沒(méi)有旁通電磁閥啟停帶來(lái)的階越干擾，可使送風(fēng)溫度調節更平滑。新型恒溫除濕機采取以上措施后，有效地解決了送風(fēng)溫度可調范圍內的盲區問(wèn)題。電動(dòng)三通冷媒閥應用新型恒溫除濕機樣機制作5*1樣機基本參數及其制冷循環(huán)流程設計風(fēng)溫度Q=樣機的制冷循環(huán)流程原理參見(jiàn)如。5.2樣機主要部件選擇壓縮機采用無(wú)電磁干擾的數碼容調渦旋式壓縮機，能量調節范圍為10%~100%，定變組合，功率為10kW（30kW以上機型將采用無(wú)級容調螺桿式壓縮機）。蒸發(fā)器、水冷冷凝器、風(fēng)冷冷凝器選常規形式。輔助電加熱器功率為10kW，裝于出風(fēng)側，電加熱器與風(fēng)冷冷凝器之間裝有防熱輻射折板（電加熱器也可為單獨組件另裝于風(fēng)道中）。節流裝置選用電子膨脹閥，與壓縮機的能量調節及蒸發(fā)器的過(guò)熱度配合運行?？刂破鬟x用西門(mén)子可編程控制器，全中文觸摸式液晶顯示屏，帶遠程通訊接口。5.4樣機測試及試用測試結果表明，新型恒溫除濕機的制冷量、除濕量均可達到設計要求，出風(fēng)溫度（16-40*）連續可調。試用中該機表現出了卓越的性能，開(kāi)機前設定好室內溫濕度參數，開(kāi)機后即開(kāi)始全自動(dòng)運行，無(wú)論熱濕負荷怎樣變動(dòng)，該機都可以迅速響應并對運行狀態(tài)作出相應調整。在地下工程常規濕負荷情況下，當新風(fēng)童不超過(guò)20%，無(wú)余熱或余熱量在設計規定范圍內時(shí)，可以維持室內溫度（20~25