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摘要 介绍了冷冻、转轮、联合式除湿机的工作原理、结构，比较了联合式除湿机三种不同的空气处理方案，提出了联合式除湿机在应用中需解决的一些技术问题。
关键词 冷冻除湿机 转轮除湿机 冷冻—转轮联合式除湿机
随着经济、科技的飞速发展，对空气温度、湿度要求也越来越高，例如腺胚提炼的温、湿度要求分别为21～27℃、5～10%，锂电池生产线的温、湿度要求分别为20～25℃、2% 。单独的冷冻除湿机或单独的转轮除湿机很难满足对空气湿度的苛刻要求，而联合式除湿机既能满足对所处理的空气湿度要求又能满足对所处理的空气温度要求，甚至可以使处理后的空气含湿量小于1g/kg?干。目前，联合式除湿机应用在低温低湿的场合较多。
1、冷冻除湿机
1.1工作原理
冷冻除湿机工作原理如图1所示。它由四大部件组成，即冷凝器、蒸发器、膨胀阀、压缩机。压缩机是该系统的核心部件，它从蒸发器中吸入氟利昂气体，压缩后排到冷凝器，氟利昂在冷凝器中定压冷凝，当冷凝空气通过冷凝器时，把氟利昂冷凝热带走，氟利昂温度降低，从气态变成液态。当液态氟利昂经过膨胀阀后，变成湿蒸汽，进入蒸发器，进行定压气化，吸收蒸发器翅片热量，蒸发器表面温度降低。当被处理空气通过蒸 图1 冷冻除湿机原理图
发器，被处理空气和蒸发器进行热交换，处理空气温度降低，当降低到空气露点温度以下时，处理空气中的水汽在蒸发器表面凝结成液态水，从空气中分离出来，通过蒸发器的被处理空气的温度、含湿量降低，氟利昂吸收被处理空气中的热量后，变成氟利昂气体，又被压缩机吸入，再压缩，然后依次重复以上过程，连续不断地进行除湿。
1.2、冷冻除湿机特点
优点：体积小；除湿效率高；使用寿命长；不需要另外配置冷源和热源，也不需要再生装置，只要接上相应的电源和处理风管道即可运行；
缺点：对进风温度有一定的要求，普通型除湿机的进风温度在18～32℃左右，低温型除湿机的进风温度在5～32℃左右；对于低温型除湿机，当进风温度低于18℃时，还要间断性地融霜，影响除湿效率；冷冻除湿机适合处理出风含湿量大于6.5g/kg干的空气，对于出风含湿量要求更低的空气，用冷冻除湿机来处理，可靠性较差。
2、转轮除湿机
当冷冻除湿机处理出风含湿量小于6.5g/kg干的空气时，可靠性较差。目前，在有低湿要求的场所，转轮除湿机应用的较多。
2.1、转轮除湿机工作原理
转轮除湿机工作原理如图2所示。其主体结构为一个不断旋转的蜂窝状吸湿转轮，它由耐热材料制成的波纹状介质所构成，波纹状介质中载有吸湿剂。除湿转轮两侧，由高度密封性能的弹性耐磨材料制成的隔板把转轮分为两个扇形区域：一个为处理湿空气端的270°扇形区域，称为处理区；另一个为再生空气端的90°扇形区域，称为再生区。当待处理的潮湿空气进入处理区，空气中的水分子被转轮内的吸湿剂吸收，干燥后的空气被处理风机排至干空气出口处。处理空气
图2 转轮除湿机工作原理
区域的扇面吸收水分子，变成饱和状态后，将自动转到再生区，进入再生过程。在再生过程中，再生空气经过加热后（120℃左右），进入转轮再生区扇面，在高温状态下，转轮中的水分子被脱附，散失到再生空气中，再生空气变成了含湿量很大的湿空气 。再生空气由于在脱附过程中损失了热量，自身温度降低，由再生风机排至湿空气出口处。转轮大约以8～10周/小时的速度旋转。除湿和再生同时进行，对空气进行连续除湿。
2.2、转轮除湿机的特点
优点：可以使被处理的空气达到很低的露点；运动部件少，运行可靠，维修方便；整个除湿过程中没有液态水出现，更不需要淋水盘.
缺点：运行能耗大；一般转轮使用寿命短；处理空气的出风温度高，适合于对处理空气的出风含湿量有较高要求而对处理空气的出风温度没有要求的场 合；还需要另接单独的再生空气排风管道，把再生空气排出室外。
3、联合式除湿机
冷冻除湿机在高温高湿工况下除湿量大而转轮除湿机在低温低湿工况下除湿程度深，把冷冻除湿机的优点和转轮除湿机的优点结合起来，构成联合式除湿机，可以满足对处理空气低温低湿的要求。
3.1、联合式除湿机原理
联合式除湿机的原理如图3所示，主要由转轮、一级冷却器、二级冷却器、处理风机、再生风机等部件组成。被处理空气经过一级冷却器后，温度被降低到露点以下时，被处
理空气中的水蒸汽凝结成液体，从空气中分离出来，被处理空气的温度、含湿量都降低，再经过转轮进行深度除湿后，被处理空气的含湿量进一步降低，温度升高。如果对机组出口处的处理风有温度要求，可以在转轮后再加一个二级冷却器，对空气进行等湿降温处理。这样可以实现对处理空气的温度、湿度控制。
图3 联合式除湿机原理图
3.2、直接蒸发联合式除湿机的方案比较
现在多数厂家采用冷冻水作为冷媒，冷却转轮前后的处理空气，冷冻水流量易控制，水温恒定，但是制冷效率比直接蒸发式低，而且还需要水泵、管道等辅助系统。随着节能要求的日益提高，直接蒸发联合式除湿机将是以后的发展方向。直接蒸发联合式除湿机可以应用于有新风的低湿型场合、无新风的低湿型场合、有新风的人体舒适型场合等，对于无新风的场合可以只使用循环风。而对于有新风的场合， 存在着新风和回风如何混合的问题。例如在怎样的情况下采用一次回风或二次回风，既能满足用户对处理空气的要求又能满足节能的要求，带着这个问题我们先讨论以下三种直接蒸发联合式除湿机的空气处理方案。
现在要求机组送风参数为20℃，30% 。规定方案一、方案二、方案三的新风量均占机组送风量的30%，新风工况为35℃，60%，房间内参数为 25℃，30%。现在比较三种方案的制冷量、再生电加热功率、所用转轮的规格等。方案一采用一次回风，方案二采用二次回风，方案三采用旁通风加一次回风。空气处理分别如图4、图5、图6所示。 图4 方案一空气处理图
方案一的空气处理过程如图4所示，每个状态点的参数如表2所示：
方案一状态点参数 表2
状 态 点 1 2 3 4 5 01 02 04
温 度 ℃ 35 28 16 43 20 25 25 25
相对湿度%RH 60 47 90 9 30 30 30 30
含湿量 g/kg干 22 11 10 4.2 4.2 6 6 6
焓 值 kJ/kg干 90 55 42 51 31 40 40 40
风 量 m3/h 1200 4000 4000 4000 4000 4000 2800 1200
图5 方案二空气处理图
方案二的空气处理过程如图5所示，每个状态点的参数如表3所示：
方案二状态点参数 表3
状 态 点 1 2 3 4 5 6 01 02 03 04
温 度 ℃ 35 29 13 34 31 20 25 25 25 25
相对湿度%RH 60 50 90 8 16 30 30 30 30 30
含湿量 g/kg干 22 12 8.5 3 4.2 4.2 6 6 6 6
焓 值 kJ/kg干 90 60 34 42 41 31 40 40 40 40
风 量 m3/h 1200 3000 3000 3000 4000 4000 4000 1800 1000 1200
图6 方案三空气处理图
方案三的空气处理过程如图6所示，每个状态点的参数如表4所示：
方案三状态点参数 表4
状 态 点 1 2 3 4 5 6 7 01 02 03 04
温 度 ℃ 35 13 13 34 34 26.8 20 25 - 25 25
相对湿度%RH 60 90 90 8 8 25 35 30 - 30 30
含湿量 g/kg干 22 8.5 8.5 3 3 5.1 5.1 6 - 6 6
焓值 kJ/kg干 90 34 34 42 42 40.6 34 40 - 40 40
风 量 m3/h 1200 1200 1200 1200 1200 4000 4000 4000 0 2800 1200
三种方案综合比较 表5
方案一 方案二 方案三
转轮规格 直径×厚度mm φ1000×300 φ800×300 φ600×200
转轮额定处理风量 m3/h 4000 3000 1200
一级蒸发器制冷量 kW 18 26 22.4
二级蒸发器制冷量 kW 27 17 8.8
总制冷量 kW 45 43 31.2
再生电加热功率 kW 44 33 13
通过以上三种方案比较，三种方案的综合数据如表5所示。从表5可以看出，方案一和方案二所需总的制冷量几乎相等。经过方案一转轮处理的风量为4000m3/h。而经过方案二转轮处理的风量为3000m3/h，两种方案的机组送风参数相同，方案二使用的转轮规格比方案一要小，也就意味着方案二的转轮成本比方案一要小一些。方案二的再生电加热功率为33kW，比方案一的再生电加热功率减少了25%。
当方案二的二次回风超过1000 m3/h时，送风含湿量将超过4.2g/kg干，不能满足前面的要求了；当方案二的二次回风小于1000 m3/h时，处理风含湿量将低于4.2g/kg干，二次回风的风量减小到零时，处理空气出风含湿量将达到3g/kg干。方案二除了具有节能的特点以外，还可以用来调节机组送风含湿量，方案二的送风含湿量可以在3～4.2 g/kg干之间调节，但是机组的送风风量也将随着送风含湿量的变化而变化。另外，如果需要改变机组的送风温度，可以改变方案二的二级蒸发器的制冷量或者改变二次回风的风量。所以从以上两种方案比较来看，方案二优于方案一。
尽管方案三的总制冷量、转轮规格、再生电加热功率都最小，但最小送风含湿量只能达到5.1 g/kg干，不能满足前面的要求。如果加大02处的旁通风混合比例，机组的送风含湿量将会高于5.1 g/kg干，更不能满足前面的要求。方案三机组的送风参数不同于方案一和方案二，为了便于分析、比较，上述计算仍用同样的房间内参数，这意味着方案三不能消除方案一和方案二同样的热湿负荷。
通过以上的三种方案综合比较，方案二最优。但是根据不同的送风要求，以上三种方案在工程中都有实用价值，具体选择哪种方案，要根据新风参数、送风参数、回风参数、转轮额定风量等设计条件来综合考虑，最终才能确定哪种方案最合理。
4、直接蒸发联合式除湿机应用中存在的问题
（1）、在变工况运行时，如何防止一级蒸发器结霜。
机组按照最大负荷来设计，机组如何实现在不同的工况下仍能正常运行和满足出风参数的要求。机组可以采用多系统的能调方式，也可以采用变频技术来调节压缩机的制冷量，还可以采用电加热融霜或热泵融霜，但节能是永恒的课题。
参考文献
[1] 彦启森主编.空气调节用制冷技术（第二版）.北京：中国建筑工业出版社
[2] 南京五洲制冷集团公司. 联合除湿机样本，2012年版
[3] 南京五洲制冷集团公司. 常规型和管道型除湿机样本，2012年版
关键词 冷冻除湿机 转轮除湿机 冷冻—转轮联合式除湿机
随着经济、科技的飞速发展，对空气温度、湿度要求也越来越高，例如腺胚提炼的温、湿度要求分别为21～27℃、5～10%，锂电池生产线的温、湿度要求分别为20～25℃、2% 。单独的冷冻除湿机或单独的转轮除湿机很难满足对空气湿度的苛刻要求，而联合式除湿机既能满足对所处理的空气湿度要求又能满足对所处理的空气温度要求，甚至可以使处理后的空气含湿量小于1g/kg?干。目前，联合式除湿机应用在低温低湿的场合较多。
1、冷冻除湿机
1.1工作原理
冷冻除湿机工作原理如图1所示。它由四大部件组成，即冷凝器、蒸发器、膨胀阀、压缩机。压缩机是该系统的核心部件，它从蒸发器中吸入氟利昂气体，压缩后排到冷凝器，氟利昂在冷凝器中定压冷凝，当冷凝空气通过冷凝器时，把氟利昂冷凝热带走，氟利昂温度降低，从气态变成液态。当液态氟利昂经过膨胀阀后，变成湿蒸汽，进入蒸发器，进行定压气化，吸收蒸发器翅片热量，蒸发器表面温度降低。当被处理空气通过蒸 图1 冷冻除湿机原理图
发器，被处理空气和蒸发器进行热交换，处理空气温度降低，当降低到空气露点温度以下时，处理空气中的水汽在蒸发器表面凝结成液态水，从空气中分离出来，通过蒸发器的被处理空气的温度、含湿量降低，氟利昂吸收被处理空气中的热量后，变成氟利昂气体，又被压缩机吸入，再压缩，然后依次重复以上过程，连续不断地进行除湿。
1.2、冷冻除湿机特点
优点：体积小；除湿效率高；使用寿命长；不需要另外配置冷源和热源，也不需要再生装置，只要接上相应的电源和处理风管道即可运行；
缺点：对进风温度有一定的要求，普通型除湿机的进风温度在18～32℃左右，低温型除湿机的进风温度在5～32℃左右；对于低温型除湿机，当进风温度低于18℃时，还要间断性地融霜，影响除湿效率；冷冻除湿机适合处理出风含湿量大于6.5g/kg干的空气，对于出风含湿量要求更低的空气，用冷冻除湿机来处理，可靠性较差。
2、转轮除湿机
当冷冻除湿机处理出风含湿量小于6.5g/kg干的空气时，可靠性较差。目前，在有低湿要求的场所，转轮除湿机应用的较多。
2.1、转轮除湿机工作原理
转轮除湿机工作原理如图2所示。其主体结构为一个不断旋转的蜂窝状吸湿转轮，它由耐热材料制成的波纹状介质所构成，波纹状介质中载有吸湿剂。除湿转轮两侧，由高度密封性能的弹性耐磨材料制成的隔板把转轮分为两个扇形区域：一个为处理湿空气端的270°扇形区域，称为处理区；另一个为再生空气端的90°扇形区域，称为再生区。当待处理的潮湿空气进入处理区，空气中的水分子被转轮内的吸湿剂吸收，干燥后的空气被处理风机排至干空气出口处。处理空气
图2 转轮除湿机工作原理
区域的扇面吸收水分子，变成饱和状态后，将自动转到再生区，进入再生过程。在再生过程中，再生空气经过加热后（120℃左右），进入转轮再生区扇面，在高温状态下，转轮中的水分子被脱附，散失到再生空气中，再生空气变成了含湿量很大的湿空气 。再生空气由于在脱附过程中损失了热量，自身温度降低，由再生风机排至湿空气出口处。转轮大约以8～10周/小时的速度旋转。除湿和再生同时进行，对空气进行连续除湿。
2.2、转轮除湿机的特点
优点：可以使被处理的空气达到很低的露点；运动部件少，运行可靠，维修方便；整个除湿过程中没有液态水出现，更不需要淋水盘.
缺点：运行能耗大；一般转轮使用寿命短；处理空气的出风温度高，适合于对处理空气的出风含湿量有较高要求而对处理空气的出风温度没有要求的场 合；还需要另接单独的再生空气排风管道，把再生空气排出室外。
3、联合式除湿机
冷冻除湿机在高温高湿工况下除湿量大而转轮除湿机在低温低湿工况下除湿程度深，把冷冻除湿机的优点和转轮除湿机的优点结合起来，构成联合式除湿机，可以满足对处理空气低温低湿的要求。
3.1、联合式除湿机原理
联合式除湿机的原理如图3所示，主要由转轮、一级冷却器、二级冷却器、处理风机、再生风机等部件组成。被处理空气经过一级冷却器后，温度被降低到露点以下时，被处
理空气中的水蒸汽凝结成液体，从空气中分离出来，被处理空气的温度、含湿量都降低，再经过转轮进行深度除湿后，被处理空气的含湿量进一步降低，温度升高。如果对机组出口处的处理风有温度要求，可以在转轮后再加一个二级冷却器，对空气进行等湿降温处理。这样可以实现对处理空气的温度、湿度控制。
图3 联合式除湿机原理图
3.2、直接蒸发联合式除湿机的方案比较
现在多数厂家采用冷冻水作为冷媒，冷却转轮前后的处理空气，冷冻水流量易控制，水温恒定，但是制冷效率比直接蒸发式低，而且还需要水泵、管道等辅助系统。随着节能要求的日益提高，直接蒸发联合式除湿机将是以后的发展方向。直接蒸发联合式除湿机可以应用于有新风的低湿型场合、无新风的低湿型场合、有新风的人体舒适型场合等，对于无新风的场合可以只使用循环风。而对于有新风的场合， 存在着新风和回风如何混合的问题。例如在怎样的情况下采用一次回风或二次回风，既能满足用户对处理空气的要求又能满足节能的要求，带着这个问题我们先讨论以下三种直接蒸发联合式除湿机的空气处理方案。
现在要求机组送风参数为20℃，30% 。规定方案一、方案二、方案三的新风量均占机组送风量的30%，新风工况为35℃，60%，房间内参数为 25℃，30%。现在比较三种方案的制冷量、再生电加热功率、所用转轮的规格等。方案一采用一次回风，方案二采用二次回风，方案三采用旁通风加一次回风。空气处理分别如图4、图5、图6所示。 图4 方案一空气处理图
方案一的空气处理过程如图4所示，每个状态点的参数如表2所示：
方案一状态点参数 表2
状 态 点 1 2 3 4 5 01 02 04
温 度 ℃ 35 28 16 43 20 25 25 25
相对湿度%RH 60 47 90 9 30 30 30 30
含湿量 g/kg干 22 11 10 4.2 4.2 6 6 6
焓 值 kJ/kg干 90 55 42 51 31 40 40 40
风 量 m3/h 1200 4000 4000 4000 4000 4000 2800 1200
图5 方案二空气处理图
方案二的空气处理过程如图5所示，每个状态点的参数如表3所示：
方案二状态点参数 表3
状 态 点 1 2 3 4 5 6 01 02 03 04
温 度 ℃ 35 29 13 34 31 20 25 25 25 25
相对湿度%RH 60 50 90 8 16 30 30 30 30 30
含湿量 g/kg干 22 12 8.5 3 4.2 4.2 6 6 6 6
焓 值 kJ/kg干 90 60 34 42 41 31 40 40 40 40
风 量 m3/h 1200 3000 3000 3000 4000 4000 4000 1800 1000 1200
图6 方案三空气处理图
方案三的空气处理过程如图6所示，每个状态点的参数如表4所示：
方案三状态点参数 表4
状 态 点 1 2 3 4 5 6 7 01 02 03 04
温 度 ℃ 35 13 13 34 34 26.8 20 25 - 25 25
相对湿度%RH 60 90 90 8 8 25 35 30 - 30 30
含湿量 g/kg干 22 8.5 8.5 3 3 5.1 5.1 6 - 6 6
焓值 kJ/kg干 90 34 34 42 42 40.6 34 40 - 40 40
风 量 m3/h 1200 1200 1200 1200 1200 4000 4000 4000 0 2800 1200
三种方案综合比较 表5
方案一 方案二 方案三
转轮规格 直径×厚度mm φ1000×300 φ800×300 φ600×200
转轮额定处理风量 m3/h 4000 3000 1200
一级蒸发器制冷量 kW 18 26 22.4
二级蒸发器制冷量 kW 27 17 8.8
总制冷量 kW 45 43 31.2
再生电加热功率 kW 44 33 13
通过以上三种方案比较，三种方案的综合数据如表5所示。从表5可以看出，方案一和方案二所需总的制冷量几乎相等。经过方案一转轮处理的风量为4000m3/h。而经过方案二转轮处理的风量为3000m3/h，两种方案的机组送风参数相同，方案二使用的转轮规格比方案一要小，也就意味着方案二的转轮成本比方案一要小一些。方案二的再生电加热功率为33kW，比方案一的再生电加热功率减少了25%。
当方案二的二次回风超过1000 m3/h时，送风含湿量将超过4.2g/kg干，不能满足前面的要求了；当方案二的二次回风小于1000 m3/h时，处理风含湿量将低于4.2g/kg干，二次回风的风量减小到零时，处理空气出风含湿量将达到3g/kg干。方案二除了具有节能的特点以外，还可以用来调节机组送风含湿量，方案二的送风含湿量可以在3～4.2 g/kg干之间调节，但是机组的送风风量也将随着送风含湿量的变化而变化。另外，如果需要改变机组的送风温度，可以改变方案二的二级蒸发器的制冷量或者改变二次回风的风量。所以从以上两种方案比较来看，方案二优于方案一。
尽管方案三的总制冷量、转轮规格、再生电加热功率都最小，但最小送风含湿量只能达到5.1 g/kg干，不能满足前面的要求。如果加大02处的旁通风混合比例，机组的送风含湿量将会高于5.1 g/kg干，更不能满足前面的要求。方案三机组的送风参数不同于方案一和方案二，为了便于分析、比较，上述计算仍用同样的房间内参数，这意味着方案三不能消除方案一和方案二同样的热湿负荷。
通过以上的三种方案综合比较，方案二最优。但是根据不同的送风要求，以上三种方案在工程中都有实用价值，具体选择哪种方案，要根据新风参数、送风参数、回风参数、转轮额定风量等设计条件来综合考虑，最终才能确定哪种方案最合理。
4、直接蒸发联合式除湿机应用中存在的问题
（1）、在变工况运行时，如何防止一级蒸发器结霜。
机组按照最大负荷来设计，机组如何实现在不同的工况下仍能正常运行和满足出风参数的要求。机组可以采用多系统的能调方式，也可以采用变频技术来调节压缩机的制冷量，还可以采用电加热融霜或热泵融霜，但节能是永恒的课题。
参考文献
[1] 彦启森主编.空气调节用制冷技术（第二版）.北京：中国建筑工业出版社
[2] 南京五洲制冷集团公司. 联合除湿机样本，2012年版
[3] 南京五洲制冷集团公司. 常规型和管道型除湿机样本，2012年版