地下工程專用恒溫除濕機的研制

地下工程專用恒溫除濕機的研制

　　通過對普通調(diào)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存在的缺點，提出了在地下工程專用恒溢除濕機的研制中需要解決的關鍵問題，并給出了樣機的設計參數(shù)及測試結(jié)果。

　　地下工程中一般使用調(diào)溫除濕機來除濕兼調(diào)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控制室內(nèi)溫濕度。

　　長期的運行實踐表明，這兩種設備用于地下工程的溫濕度控制時都存在明顯的缺點。除濕機的基本功能主要是除濕，其調(diào)功能比空調(diào)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)境特點與地面建筑區(qū)別很大，造成了恒溫恒濕機能耗較篼，存在明顯的不適用性。為了滿足地下工程既要除濕又要恒溫的實際需要，研制了一種新型的恒溫除濕機。

　　是從除濕機改進而來的第二代調(diào)溫型除濕機，該機有水冷和風冷兩個冷凝器，空氣先經(jīng)蒸發(fā)器降溫除濕，又經(jīng)過風冷冷凝器升溫后送到空調(diào)房間，通過調(diào)節(jié)冷卻水流量控制風冷冷凝器和水冷冷凝器的換熱比例，可以控制送風溫度的篼低。由于該機利用了冷凝熱量作為對送風升溫的再加熱，所以被認為是節(jié)能的。但是，這種節(jié)能形式是有缺點的，尤其是在地下工程常用的升溫除濕工況下，這種缺點表現(xiàn)更為明顯。依靠冷凝熱量來調(diào)控室溫的前提是壓縮機必須連續(xù)工作，而CIZ型除濕機對室內(nèi)濕度只能采取最簡單的“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(nèi)濕度的實際值是否達到了設定值。一旦達到了設定值，壓縮機就會停轉(zhuǎn)，壓縮機停轉(zhuǎn)的直接結(jié)果是不僅除濕停止了，冷流體機械凝熱量也隨之沒有了，對送風的升溫作用同時也停止了，但此時新風濕負荷依然存在，由于地下工程壁面持續(xù)散濕和吸熱，室內(nèi)的熱濕負荷也依然存在，新風和回風未經(jīng)任何處理就被送入室內(nèi)，室內(nèi)溫濕度必然產(chǎn)生很大波動，室溫很快降低，相對濕度迅速升高。因為P節(jié)特性較差，壓縮機再啟動后升溫滯后時間較長，有時甚至會出現(xiàn)室內(nèi)裝備表面結(jié)露現(xiàn)象，給裝備造成損害。為了避免出現(xiàn)這種情況，操作人員會取消濕度控制系統(tǒng)，使壓縮機一直處于開機狀態(tài)，這顯然是既不合理也不經(jīng)濟的，但不得不這樣做。

　?。?）送風溫度可調(diào)范圍內(nèi)存在盲區(qū)從中可以看到，CTZ型除濕機的水冷冷凝器和風冷冷凝器在調(diào)溫工況下是串聯(lián)的。從制冷劑流程來看，當電磁閥開啟后，這兩個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兩相狀態(tài)存在，無論水冷冷凝器的冷卻水量加大到多少，都無法阻止一部分氣態(tài)制冷劑竄入風冷冷凝器，大量的汽化潛熱會釋放在風冷冷凝器中，使得除濕機的出風溫度居高不下，嚴重影響了除濕機送風溫度的可調(diào)節(jié)范圍。在調(diào)溫工況下，CIZ型除濕機的出風溫度A只能降到26尤左右，而在切除風冷冷凝器的全水冷工況下，CTZ型除濕機的出風溫度可以降到16*以下，這就是說，該型除濕機送風溫度的調(diào)節(jié)范圍中存在約10T的盲區(qū)，這對室溫的控制是非常不利的，如果需要的送風溫度正好處于盲區(qū)，勢必造成除濕機運行工況的頻繁轉(zhuǎn)換，室溫也會隨之產(chǎn)生很大的波動。這是該型除濕機的又一重要缺點。

　　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(diào)系統(tǒng)。該機配有電加熱器，用于提升出風溫度，以滿足精確控制室溫的需要。另外還配有加濕器，以滿足控制室內(nèi)相對濕度的需要。

　　地下工程中有些房間的設備在工作時會產(chǎn)生大量的工藝性余熱，空調(diào)設計中會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)境特點與地面建筑區(qū)別很大，實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)境特點是低溫高濕。裝有發(fā)熱設備的房間除了短期的值班時間外，大部分時間都處在非工作狀態(tài)，沒有工藝余熱，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)過冷凍除濕的處于露點狀態(tài)的空氣必須經(jīng)過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。有時設計者會再配置一套除濕機用于平時的除濕運行。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，也是一種很無奈的選擇。目前恒溫恒濕機用的都是能量不可調(diào)節(jié)的全封閉壓縮機，只能采用簡單的雙位式控制方式，這種方式對于同時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實現(xiàn)，所以是選擇溫度優(yōu)先還是選擇濕度優(yōu)先是一個兩難的選擇，因為無論怎樣選擇，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(nèi)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，無論怎樣選擇，都可能給溫濕度精度的控制和運行能耗帶來不利影響。在設備調(diào)試中，往往耗費許多時間和精力也難以得到理想的結(jié)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為地下工程空調(diào)系統(tǒng)設計的高端機型。該機篼效節(jié)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(tǒng)集成平臺對調(diào)節(jié)全過程進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(jù)地下工程的環(huán)境特點，以恒溫和除濕功能為主，在有特殊工藝需求的場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，彌補了其缺點，可以滿足地下工程有余熱或無余熱狀態(tài)下的環(huán)境保障要求。該機無需人工指定運行工況，可根據(jù)設定值和環(huán)境參數(shù)自行判斷并采取適當?shù)倪\行方式。使室內(nèi)溫濕度值可靠地穩(wěn)定在設計指定的范圍內(nèi)。

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

　　4新型恒溫除濕機設計中要解決的關鍵問題

　　4.1解決溫濕度控制能力差的問題普通恒溫除濕機送風溫濕度波動大和送風溫濕度精度不能兼顧的問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(diào)節(jié)特性是最差的，其調(diào)節(jié)參數(shù)也是最簡單的，除了用上下限值來控制設備的啟停外，對于被調(diào)節(jié)對象的具體調(diào)節(jié)需求是無計可施的。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，實現(xiàn)對調(diào)節(jié)全過程控制，首先應考慮采用能量可調(diào)型壓縮機。只有采用能量可調(diào)型壓縮機，才能應用PLC中的PID控制功能，對壓縮機制冷量進行調(diào)節(jié)，使壓縮機能適時跟隨負荷變化運行，滿足各種調(diào)節(jié)需求。由于PID調(diào)節(jié)過程是平滑的，當房間溫濕度達到設定值時，壓縮機并不會停機，而是以此時的負荷為平衡點繼續(xù)運行，使室內(nèi)參數(shù)穩(wěn)定在設定值，從而不用擔心出現(xiàn)因壓縮機停機而使未經(jīng)處理的空氣直接進人室內(nèi)引起溫濕度大幅度波動的問題。

　　采用能貴可調(diào)型壓縮機后，溫度和濕度精度不能兼顧的問題也可得到改善，恒溫除濕機可采用室內(nèi)露點溫度傳感器采集室內(nèi)濕度信號，通過控制器調(diào)節(jié)壓縮機制冷量，滿足濕度控制需要。當室內(nèi)的濕度達到要求時，壓縮機會以維持濕負荷平衡而繼續(xù)運行，蒸發(fā)器仍會提供出露點狀態(tài)的低溫風，以滿足室內(nèi)的溫度需要繼續(xù)降低時的需求。室內(nèi)的溫度控制則由干球溫度傳感器通過控制器以PID方式調(diào)節(jié)水冷冷凝器前的電動調(diào)節(jié)閥開度，用改變冷卻水流量的辦法來調(diào)節(jié)水冷冷凝器和風冷冷凝器的換熱比例，從而達到控制出風溫度的目的。雖然風冷冷凝器的換熱量會受到壓縮機能量調(diào)節(jié)的影響，但冷卻水的調(diào)節(jié)會最終彌補這些影響，使出風溫度穩(wěn)定。恒溫除濕機可以實現(xiàn)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題，使溫度和濕度控制都能達到很高的精度。在室內(nèi)有大量余熱量出現(xiàn)時，恒溫除濕機的PLC控制器將根據(jù)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(guī)定值A，即指令壓縮機由濕度控制轉(zhuǎn)換為溫度控制，以滿負荷降溫方式運行，直至室內(nèi)溫度與設定值的偏差小于規(guī)定值心后，壓縮機又自動改為濕度控制。在以降溫為主要目的時，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(zhuǎn)換。4.2解決冷凝熱量利用和輔助加熱問題1數(shù)碼容調(diào)壓縮機；2.蒸發(fā)器；3.風冷冷凝器；4.水冷冷凝器；5.電子膨脹閥；6分液器；7.貯液器；8.電動調(diào)節(jié)W；9.供液電JtWilO.旁通電磁閥；11.電動冷媒閥；12.單向閥；13.干燥過濾器；14電加熱器；15.防輻射折板；16.擋水板；17.風機。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提升溫度的特點，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(diào)型壓縮機，在室內(nèi)濕度達到設定值后，壓縮機減載運行時，冷凝熱量也會減小，使空氣通過風冷冷凝器時不能得到足夠高的熱量，從而使送風溫度的上限降低，直接影響對室內(nèi)溫度的控制。為了使送風溫度的可調(diào)范圍不因壓縮機減載運行而減小，恒溫除濕機在風冷冷凝器后又增加了一個輔助電加熱器（見），在必要時可以給送風補充熱量。該加熱器可以分組投入，由PLC控制器以比例調(diào)節(jié)方式控制加熱量，保持室內(nèi)的恒溫精度。4.3解決送風溫度可調(diào)范圍內(nèi)有盲區(qū)的問題送風溫度可調(diào)范圍內(nèi)有盲區(qū)存在會使送風的溫度調(diào)節(jié)不能做到光滑連續(xù)。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，說明了盲區(qū)存在的原因。解決這個問題的關鍵是要設法控制制冷劑在風冷冷凝器中的換熱量，簡單的辦法是將風冷冷凝器分組，用分組切換改變換熱面積的辦法來控制換熱量。這種辦法能有助于減小盲區(qū)卻不能消除盲區(qū)。最有效的辦法應當是控制進人風冷冷凝器的制冷劑流量。如所示，在水冷冷凝器和風冷冷凝器之間設電動兩通冷媒調(diào)節(jié)閥，在兩冷凝器之間設旁通電磁閥連通貯液器。恒溫除濕機送風溫度調(diào)節(jié)過程如下：全冷風時：電動閥全關，電磁閥開啟。風冷冷凝器被切除，制冷劑經(jīng)水冷冷凝器凝結(jié)成液態(tài)后經(jīng)旁通電磁閥直接進入it液器?？諝饨?jīng)蒸發(fā)器冷卻后以最低溫度送出。送風溫度由低到高調(diào)整時：電磁閥在升溫開始時仍處于開啟狀態(tài)，電動閥在PLC的指令下逐漸開啟，部分制冷劑進人風冷冷凝器，送風溫度開始升高，電動閥開啟到位后，電磁閥關閉，全部制冷劑都必須經(jīng)風冷冷凝器后才能進入貯液器。此時冷卻水電動調(diào)節(jié)閥在PLC指令下開始逐漸關閉，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冷冷凝器中，使送風溫度達到最高值（不包括輔助電加熱器的熱量）。送風溫度由高到低的調(diào)節(jié)過程與上述過程相反。所示的是用電動三通冷媒調(diào)節(jié)閥代替了中的旁通電磁閥和電動冷媒閥。分流三通閥的流量等百分比特性好，沒有旁通電磁閥啟停帶來的階越干擾，可使送風溫度調(diào)節(jié)更平滑。新型恒溫除濕機采取以上措施后，有效地解決了送風溫度可調(diào)范圍內(nèi)的盲區(qū)問題。電動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(shù)及其制冷循環(huán)流程設計風溫度Q=樣機的制冷循環(huán)流程原理參見如。5.2樣機主要部件選擇壓縮機采用無電磁干擾的數(shù)碼容調(diào)渦旋式壓縮機，能量調(diào)節(jié)范圍為10%~100%，定變組合，功率為10kW（30kW以上機型將采用無級容調(diào)螺桿式壓縮機）。蒸發(fā)器、水冷冷凝器、風冷冷凝器選常規(guī)形式。輔助電加熱器功率為10kW，裝于出風側(cè)，電加熱器與風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道中）。節(jié)流裝置選用電子膨脹閥，與壓縮機的能量調(diào)節(jié)及蒸發(fā)器的過熱度配合運行。控制器選用西門子可編程控制器，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(jié)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，出風溫度（16-40*）連續(xù)可調(diào)。試用中該機表現(xiàn)出了卓越的性能，開機前設定好室內(nèi)溫濕度參數(shù)，開機后即開始全自動運行，無論熱濕負荷怎樣變動，該機都可以迅速響應并對運行狀態(tài)作出相應調(diào)整。在地下工程常規(guī)濕負荷情況下，當新風童不超過20%，無余熱或余熱量在設計規(guī)定范圍內(nèi)時，可以維持室內(nèi)溫度（20~25