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摘 要
空氣相對濕度對工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝和人體生活環(huán)境的舒適感有著舉足輕重的影響。我國大部分地區(qū)屬于亞熱帶氣候，特別是長江流域及以南地區(qū)，空氣相對比較潮濕，對除濕技術(shù)的需求尤為突出。除濕技術(shù)目前主要有冷凍除濕、固體除濕和液體除濕等。柜式除濕機采用冷凍除濕技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡單、運行方便、可靠性高和能夠連續(xù)除濕等優(yōu)點 。目前廣泛應用于生物、環(huán)保、冶金、化工、石化、航空航天等領(lǐng)域。
本論文介紹了柜式除濕機的工作原理以及主要的結(jié)構(gòu)組成，并簡單介紹了目前國內(nèi)外冷凍除濕技術(shù)的現(xiàn)狀和改進。論文中的柜式除濕機采用冷凍除濕技術(shù)，其原理是將濕空氣的溫度降低到露點溫度析出冷凝水，再將空氣通過冷凝器再熱。柜式除濕機系統(tǒng)主要部件由蒸發(fā)器、風冷冷凝器、水冷冷凝器、壓縮機、膨脹閥和風機等組成。其中水冷冷凝器的作用是帶走部分冷凝熱，從而起到調(diào)節(jié)除濕機出風溫度的作用。本論文中的柜式除濕機主要由制冷系統(tǒng)、送風系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)三大系統(tǒng)組成。在制冷系統(tǒng)中，由壓縮機壓縮出來的高溫高壓制冷劑氣體進入水冷冷凝器和風冷冷凝器，將熱量傳給空氣和冷卻水，冷凝成常溫高壓制冷劑液體。冷凝后的制冷劑液體經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后進入蒸發(fā)器，吸收空氣中的熱量蒸發(fā)成低溫低壓的氣體，再進入壓縮機壓縮，如此往復循環(huán)。在送風系統(tǒng)中，濕空氣經(jīng)過過濾器被吸入后，在蒸發(fā)器內(nèi)被冷卻到機器露點溫度以下，析出冷凝水。然后在進入風冷冷凝器中吸收冷凝熱升溫，降低空氣的相對濕度。而電氣系統(tǒng)就是控制壓縮機與風機的開關(guān)。
本論文描寫的是一臺8kg/h柜式除濕機的設(shè)計。其設(shè)計內(nèi)容包括蒸發(fā)器和風冷冷凝器的設(shè)計、壓縮機的選型、水冷冷凝器的選型和風機的選型。本課題采用理論計算法，根據(jù)給定的條件計算出系統(tǒng)熱負荷，確定壓縮機。根據(jù)確定的制冷量，在取得最大除濕量的情況下確定最佳風量，從而得到實際除濕量為8.40kg/h。然后進行熱平衡計算和制冷循環(huán)計算確定各部分的熱負荷，并以此進行蒸發(fā)器和風冷冷凝器的結(jié)構(gòu)設(shè)計確定其結(jié)構(gòu)。最后對蒸發(fā)器和冷凝器進行傳熱計算和阻力壓降計算，并選擇合適的風機。
本論文中的除濕機設(shè)計著重考慮蒸發(fā)器和冷凝器的空氣側(cè)的強化傳熱。在蒸發(fā)器和冷凝器中采用整體套片式肋片，提高換熱器空氣側(cè)換熱系數(shù)，從而提高換熱器的整體換熱系數(shù)，降低換熱器的尺寸結(jié)構(gòu)?？紤]到水蒸氣在翅片上析出大量冷凝水，為便其順利留下，翅片采用親水膜處理。此外，在本論文中的除濕機系統(tǒng)中，在風冷冷凝器的進出口之間設(shè)計一個流量調(diào)節(jié)閥，當流量調(diào)節(jié)閥全開時，風冷冷凝器里沒有制冷劑流過，機組出風溫度可達到蒸發(fā)器出口溫度。也就是說，本論文中的除濕機系統(tǒng)沒有調(diào)溫盲區(qū)。
關(guān)鍵詞：除濕機 蒸發(fā)器 冷凝器 壓縮機
V
Abstract
The relative humidity of the air plays an important role in the production process of industrial products for agricultural products and the comfortable feeling in our daily life. A majority of areas in our country belong to subtropical climate. Especially, at Yangtze Valley and in south area of it, the relative humidity of the air is relatively high. Therefore, in these areas, the demand of dehumidifying technology is particularly outstanding. Dehumidifying technology mainly includes cooling dehumidifier, solid desiccant, and liquid desiccant, etc. By being used cooling dehumidification, chest-type dehumidifier has the advantages of simple structure, operation convenience, high reliability, and continuous dehumidification, etc. Currently, the technology is wildly applied to biology, environmental protection, metallurgy, chemical engineering, petrochemical industry, and aerospace, etc.
The working principle and the main components of the chest-type dehumidifier, and the status and improvement of cooling dehumidification at home and abroad are described in the thesis. Cooling dehumidification is applied to the chest-type dehumidifier. The principle of it is that by lowing the temperature below the apparatus dew-point temperature, moist air is precipitated condensed water, and then is pumped into condensers to reheat. The main components of chest-type dehumidifier are evaporator, air-cooled condenser, condenser with water cooling, compressor, expansion valve, fans and so on. By undertaking the part of task of condensing heat, the temperature of the air at the outlet of dehumidifier can be regulated through condenser with water cooling. The chest-type dehumidification in this thesis has three parts, which are refrigeration system, air supply system, and electrical system. In refrigeration system, the high temperature and high pressure refrigerant gas which is compressed by a compressor is pumped into condenser with water cooling and air-cooled condenser. The heat passed to air and cooling water and the gas is condensed into high-pressure liquid. Then the high-pressure liquid is pumped into the evaporator after being throttled by expansion valve. It evaporates into the low temperature and low pressure gas by absorbing the heat from air. Then it is sucked into the compressor for compression, and the cycle is repeated again and again. In the supply system, the wet air sucked into the evaporator after being filtered is cooled below the apparatus dew-point temperature, and precipitated condensed water. Then the low-temperature air is pumped into air-cooled condenser absorbing condensing heat to rise the temperature. The function of electrical system is to control the compressor and fans to start work at the same time.
The design of an 8kg/h chest-type dehumidifier is described in the paper. The main point is the designs of evaporator and air-cooled condenser and the selection of compressor, condenser with water cooling and fans. This topic research method is theoretical calculation. According to the condition of air given, after calculating the thermal load of the system and selecting the right compressor, we can calculate the optimum air flow rate based on the cooling capacity of compressor and get the actual amount of dehumidification–8.4kg/h. Then, by the heat balance calculation and the refrigeration of thermodynamic calculation, we can calculate the heat load of each part of system, and determined the structure of the evaporator and air-cooled condenser. Finally, we conduct the heat transfer calculation and the resistance calculation of the heat exchanger and select the right fans.
The problems of strengthening of air-side heat exchanger were considered seriously in the design of dehumidifier. To improve the air-side heat transfer coefficient, improve the whole heat transfer coefficient, and decrease the structure of heat exchanger, the whole set of fins are used in the evaporator and the air-cooled condenser. Considering that there will be a large amount of condensed water precipitated on the evaporator fins, the membrane treatment are carried on evaporator fins to facilitate the condensate flow out. What’s more, flow regulating valve is installed between the outlet and inlet of the air-cooled condenser. When flow regulating valve is fully opened, there is no refrigerant in evaporator and the temperature of air at the outlet of unit equals to that of evaporator. That is to say, there is no temperature adjustable blind area in the dehumidifier system.
Key words: dehumidifier evaporator condenser compressor
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT III
第一章 前言 1
第二章 除濕技術(shù)簡介 2
2.1 除濕技術(shù)的種類 2
2.2 冷凍除濕機簡介 2
2.3 冷凍除濕機的基本原理 2
2.4 冷凍除濕機種類 3
2.5 調(diào)溫型除濕機 4
2.5.1 基本原理 4
2.5.2 調(diào)溫盲區(qū) 4
2.5.3 消除調(diào)溫盲區(qū)解決方案 4
2.6 使用場所 5
2.7 技術(shù)現(xiàn)狀 5
2.8 市場前景 6
2.9 冷凍除濕機的特性 6
2.9.1 冷凍除濕機的優(yōu)點 6
2.9.2 冷凍除濕機的缺點 6
第三章 國內(nèi)外除濕技術(shù)的改進和本文的研究內(nèi)容 7
3.1 國內(nèi)外冷凍除濕機的一些技術(shù)改進與改革 7
3.2 本文研究的內(nèi)容及意義 8
第四章 設(shè)計計算說明書 10
4.1 原始數(shù)據(jù)參數(shù) 10
4.2 制冷循環(huán)計算 10
4.2.1 濕空氣的計算 10
4.2.2 壓縮機的選型 11
4.2.3 制冷循環(huán)系統(tǒng) 12
4.2.4 實際空氣狀態(tài)參數(shù)的計算 15
4.3 蒸發(fā)器的設(shè)計計算 16
4.3.1 確定蒸發(fā)器進口與出口空氣狀態(tài)參數(shù) 16
4.3.2 確定蒸發(fā)的結(jié)構(gòu)參數(shù) 16
4.4 水冷冷凝器的設(shè)計選型 28
4.4.1 制冷循環(huán)系統(tǒng)計算 28
4.4.2 水冷冷凝器的設(shè)計選型 29
4.5 風冷冷凝器的設(shè)計 30
4.5.1 風冷冷凝器的結(jié)構(gòu) 30
4.5.2 風冷冷凝器的設(shè)計計算 31
4.6 風機的選擇 38
4.6.1 風機參數(shù) 38
4.6.2 產(chǎn)品簡介 38
4.6.3 產(chǎn)品特點 39
4.6.4 適用場所 39
4.6.5 風機使用條件 39
4.6.6 風機結(jié)構(gòu)尺寸 39
4.6.7 風機的性能曲線與除濕機阻力曲線 40
4.6.8 風機的安裝與使用 41
4.6.9 風機的維護 42
4.7 調(diào)溫除濕機主要換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù) 42
結(jié)語 44
參考文獻 45
致謝 47
第一章 前言
空氣濕度是空氣調(diào)節(jié)的一個重要參數(shù)，具有舉足輕重的影響。第一，對于人們的生活環(huán)境，潮濕的室內(nèi)環(huán)境會影響人的熱舒適感,造成建筑圍護結(jié)構(gòu)、家具、地毯織物等霉爛,損壞電器物品,導致細菌生長繁殖,影響人的健康和帶來經(jīng)濟損失[1]。第二，在諸如精密儀器、計量儀器、電子產(chǎn)品生產(chǎn)等工業(yè)領(lǐng)域中,特別是不斷發(fā)展電子產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域，電子產(chǎn)品中的如電容器，電阻器等產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的必須要有個低濕的環(huán)境[2]。第三,我國是農(nóng)業(yè)大國，而倉庫空氣環(huán)境的干燥對于糧食產(chǎn)物的儲存和保管有著不可估量的影響[3]。
除此之外，中國大部分地區(qū)屬于亞熱帶氣候，特別是長江流域及以南地區(qū)，夏季多雨，冬季潮濕，對除濕技術(shù)的需求尤為突出。
隨著人類在生活水平提高的同時，對環(huán)境的要求越來越高，而對綠色節(jié)能環(huán)保的日益重視，也極大地推動了空氣除濕技術(shù)的發(fā)展[4]。而在空調(diào)領(lǐng)域,對于濕度控制技術(shù)的研究遠滯后于對于溫度控制技術(shù)的研究。目前 溫濕度獨立控制系統(tǒng)成為當今空調(diào)領(lǐng)域的研究熱點,空調(diào)系統(tǒng)的除濕技術(shù),尤其是新風的除濕技術(shù)越來越受到重視。
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第二章 除濕技術(shù)簡介
2.1 除濕技術(shù)的種類
1、 冷凝除濕：使用制冷式冷源制冷除濕，利用冷源降低濕空氣的溫度，析出濕空氣中的水分；再對空氣升溫，降低其相對濕度。
2、 固體吸附式除濕：將固體吸附劑（如硅膠、分子篩、活性氧化鋁、沸石等）作為固定層填充于塔（筒）內(nèi)進行空氣除濕，此方法為間歇除濕。
3、 熱泵除濕：通過壓縮機做功使蒸發(fā)器回收的低品位熱在冷凝器中溫度升高而成為高品位的熱用于除濕。
4、 氫泵除濕（電化學除濕）：在陽極處電解水蒸汽，降低陽極處水蒸氣的含量，及降低陽極處空氣含濕量。
5、 液體除濕[6]：使用LiCl, CaCl2等溶液作為吸收劑，吸收空氣中的水蒸氣。
6、 膜除濕：在膜的兩端形成濃度，以水蒸氣分壓力為驅(qū)動力，利用膜的選擇透過性對空氣進行除濕。
7、 HVAC除濕：用加熱辦法使空氣相對濕度降低。該方法投資少、運行費用低，但只能降低空氣的相對濕度，不能降低其含濕量[5]。
2.2 冷凍除濕機簡介
冷凍除濕機[7-8]除濕原理就是利用制冷系統(tǒng)來降低空氣溫度至露點溫度以下，降低空氣的含濕量，再通過再熱器將空氣升溫變成干燥的空氣。除濕機中制冷系統(tǒng)與空調(diào)中的制冷系統(tǒng)相同，其結(jié)構(gòu)都是由壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器和節(jié)流閥組成。
2.3 冷凍除濕機的基本原理
除濕機主要有制冷系統(tǒng)、送風系統(tǒng)[9]和電氣控制系統(tǒng)三大系統(tǒng)組成。
制冷系統(tǒng)：包括壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器。由壓縮機1壓縮出來的高溫高壓制冷劑氣體進入再熱器6（作冷凝器用），將熱量傳給冷干空氣后，冷凝成常溫高壓液體；經(jīng)膨脹閥4節(jié)流后進入蒸發(fā)器2，吸收通過蒸發(fā)器2的空氣中的熱量，變成低溫低壓氣體；低溫低壓的制冷劑氣體又被吸入壓縮機進行壓縮，如此往復循環(huán)。
送風系統(tǒng)：包括通風機、過濾器、蒸發(fā)器和冷凝器。濕空氣經(jīng)過過濾器3被吸入后，在蒸發(fā)器2被冷卻到露點溫度以下，析出凝結(jié)水，絕對含濕量下降；再進入再熱器6，吸收制冷劑的熱量而升溫，相對濕度降低，再由送風機5送入房間。
電氣控制系統(tǒng)[10]：家用和小型除濕機采用單項(220V/50Hz)電源,較大型的工業(yè)空氣除濕機用三相(380V/50Hz)電源。電路由壓縮機、通風機和加熱器控制三部分組成。
2.4 冷凍除濕機種類
1、 一般型除濕機：制冷劑的冷凝熱全部由流經(jīng)再熱器的冷空氣帶走，出風溫度不能調(diào)節(jié)，只用于升溫除濕的除濕機。
2、 降溫型除濕機：制冷劑的冷凝熱大部分由水冷或風冷冷凝器帶走，只有小部分的冷凝熱用于加熱經(jīng)過蒸發(fā)器的空氣，可用于降溫除濕的除濕機。
3、 調(diào)溫型除濕機：制冷劑的冷凝熱可以全部或部分由水冷或風冷冷凝器帶走，剩下的冷凝熱用于加熱經(jīng)過蒸發(fā)器的空氣，其出風溫度可以調(diào)節(jié)。
4、 多功能型除濕機：集升溫除濕（一般型）、降溫除濕、調(diào)溫除濕于一體的多功能除濕機[3]。
2.5 調(diào)溫型除濕機
2.5.1 基本原理
一方面，如圖2.2所示，經(jīng)壓縮機排出的高溫高壓制冷劑氣體首先經(jīng)過水冷冷凝器冷凝換熱，換熱后的制冷劑再經(jīng)過風冷冷凝器冷凝成液體后依次經(jīng)過貯液罐、干燥過濾器；然后經(jīng)過膨脹閥節(jié)流，并流入蒸發(fā)器蒸發(fā)，吸收外部空氣熱量，變成低壓制冷劑蒸汽；再被壓縮機吸入壓縮，從而完成1個制冷循環(huán)[11]。
另一方面，濕空氣通過蒸發(fā)器冷卻，溫度降低至露點溫度以下，析出凝結(jié)水，使空氣含濕量降低。冷卻干燥后的濕空氣經(jīng)風冷冷凝器換熱升溫，相對濕度降低，并通過離心風機排出。當需要調(diào)溫時，冷卻水帶走一部分冷凝負荷，被冷卻除濕后的空氣經(jīng)過風冷冷凝器帶走剩余的冷凝負荷，根據(jù)回風溫度調(diào)節(jié)冷卻水流量，以調(diào)節(jié)風冷冷凝器所承擔的冷凝負荷來達到調(diào)溫目的。
2.5.2 調(diào)溫盲區(qū)
調(diào)溫盲區(qū)[12]，一般指普通調(diào)溫除濕機在降溫除濕工況與調(diào)溫除濕工況出風溫度之間的溫差。而降溫除濕工況的出風溫度即為蒸發(fā)器的出風溫度，也即風冷冷凝器的進風溫度，所以調(diào)溫盲區(qū)是風冷冷凝器進風干球溫度與出風干球溫度的差值，也等于機組的出風溫度與蒸發(fā)器出風溫度的差值。
2.5.3 消除調(diào)溫盲區(qū)解決方案
如圖2.3所示，在風冷冷凝器的進出口之間設(shè)計1個流量調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥的開度調(diào)節(jié)制冷劑進入風冷冷凝器的流量，因而可以控制風冷冷凝器需要負擔的冷凝熱負荷，控制出風溫度流量調(diào)節(jié)閥的開度由出風設(shè)定溫度調(diào)節(jié)。當流量調(diào)節(jié)閥全開時，風冷冷凝器里沒有制冷劑流過，機組出風溫度可達到蒸發(fā)器出口溫度[13]。
2.6 使用場所
空氣除濕是一門涉及多個學科的綜合性技術(shù)，目前已被廣泛應用于儀器儀表、生物、環(huán)保、紡織、冶金、化工、石化、原子能、航空、航天等領(lǐng)域，并將日益在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、醫(yī)療、商業(yè)和日常生活中發(fā)揮巨大的作用[5]。例如目前除濕技術(shù)應用于提高掘進工程環(huán)境的舒適性[14]。
2.7 技術(shù)現(xiàn)狀
目前升溫除濕只適用于對室溫無要求的場合；通風除濕只適用于室外空氣較干燥的地區(qū)；液體吸濕劑除濕的系統(tǒng)，設(shè)備復雜，投資高，液體溶液還會腐蝕金屬；固體吸濕劑的除濕性能不太穩(wěn)定，并隨時間的延長而性能下降，而且須再生，耗能較高；膜法除濕因其核心部件除濕膜技術(shù)還不夠成熟，在現(xiàn)階段還存在透濕率低、強度差、成本高的缺點，發(fā)展受到了限制。而空調(diào)系統(tǒng)中的冷卻除濕技術(shù),由于應用廣泛、無須增加復雜的整套獨立的除濕設(shè)備，具有與空調(diào)系統(tǒng)緊密結(jié)合、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，成為當前商用空調(diào)研發(fā)制造企業(yè)尤為關(guān)注的除濕技術(shù)熱點[4]。
2.8 市場前景
除濕機作為一個某些場所必用品和提高人類生活質(zhì)量不可缺少的產(chǎn)品，其市場前景是非常大的。一方面，由于制冷技術(shù)的發(fā)展, 設(shè)備制造工藝日臻完善，冷卻除濕設(shè)備應用越加廣泛，除濕性能穩(wěn)定且能耗少[15]；另一方面，我國長江柳綠夏季氣候特點以高溫高濕為主，屬于夏熱冬冷地區(qū)。該地區(qū)夏季建筑熱環(huán)境質(zhì)量較差,空調(diào)使用量居全國前列,空調(diào)能耗也高于全國其他地區(qū)。為了提高人體皮膚蒸發(fā)散熱量和防止細菌的滋生，空氣的除濕需求就顯得尤為重要[16-17]。因此，我國的除濕機市場極為廣闊。
2.9 冷凍除濕機的特性
2.9.1 冷凍除濕機的優(yōu)點
(1) 結(jié)構(gòu)簡單，維修簡便。冷凍除濕機系統(tǒng)由壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹閥和風機組成，結(jié)構(gòu)簡單維修方便。
(2) 運行方便。只需接上相應電源和處理風管道即運行。
(3) 性能穩(wěn)定，使用可靠性高。運動部件少，性能可靠、穩(wěn)定。
(4) 能夠連續(xù)除濕。與固體吸附式除濕和液體吸收式除濕相比，無需對除濕材料再生[18]。
2.9.2 冷凍除濕機的缺點
(1) 對處理空氣的進風溫度有要求。普通型除濕機的進風溫度在18~32℃左右，低溫型除濕機的進風溫度在5~32℃左右。
(2) 進風溫度過低會結(jié)霜。對于低溫型除濕機，當進風溫度低于18℃時，還要間斷性的融霜，影響冷凍除濕機的除濕效率。
(3) 對出口處空氣含濕量有要求。冷凍除濕機適合處理出風含濕量不小于6.5ｇ/㎏干的空氣，對于出風含濕量更低的空氣，用冷凍除濕機來處理，可靠性差[19]。
第三章 國內(nèi)外除濕技術(shù)的改進和本文的研究內(nèi)容
3.1 國內(nèi)外冷凍除濕機的一些技術(shù)改進與改革
1、冷卻除濕與吸附除濕相結(jié)合[20-22]：將具有冷熱交換的冷卻除濕循環(huán)系統(tǒng), 與轉(zhuǎn)輪除濕相結(jié)合, 利用制冷系統(tǒng)的吸熱降溫與放熱作為轉(zhuǎn)輪的前期除濕與加熱再生空氣?？蛇_到節(jié)能和增大除濕能力的效果。這種組合系統(tǒng)即可充分利用內(nèi)部熱能, 又兼有轉(zhuǎn)輪除濕的優(yōu)點。
2、蒸發(fā)器與冷凝器之間增設(shè)換熱器[23-26]：在傳統(tǒng)除濕機原理的基礎(chǔ)上，在蒸發(fā)器與冷凝器之間增設(shè)了換熱器。被風機吸入的濕空氣首先通過空氣換熱器與來自蒸發(fā)器的低溫干空氣進行熱交換，其溫度被降低,相應的低溫干空氣的溫度也同時被升高（該過程是等量熱交換)。溫度被降低后的濕空氣繼續(xù)向前流動到蒸發(fā)器進行2次降溫使其達到濕空氣的露點溫度以下將其水分析出。由于在此過程中濕空氣不是直接送到蒸發(fā)器降溫除濕，而是先通過空氣換熱器與來自蒸發(fā)器的低溫干空氣進行熱交換。因此，到達蒸發(fā)器的濕空氣將比直接送到蒸發(fā)器的濕空氣的溫度低。因而減輕了蒸發(fā)器的負擔，提高了除濕效率。
3、采用室外雙冷凝器系統(tǒng)的節(jié)能型恒溫除濕機[27-28]: 利用空調(diào)機制冷除濕降溫和除濕機除濕升溫的特性，采用室外雙冷凝器系統(tǒng)，并將系統(tǒng)部件合理匹配。室內(nèi)冷凝器與室外冷凝器同時工作?？諝馔ㄟ^蒸發(fā)器制冷除濕，再經(jīng)過室內(nèi)冷凝器吸收熱量溫度升高。調(diào)節(jié)進入室內(nèi)冷凝器的制冷劑流量來控制其負荷，使空氣經(jīng)過室內(nèi)冷凝器所吸收的熱量正好等于升溫到出風溫度所需的加熱量，從而使溫度和濕度保持在一定的范圍內(nèi)。
4、采用熱旁通技術(shù)[29]:在普通的全新風調(diào)溫除濕機的壓縮機排氣管上分出一根旁通管連接到蒸發(fā) 器分液管前端, 旁通管路上安裝有電磁閥和能量調(diào)節(jié)閥。利用將未冷凝的高壓制冷劑氣體與蒸發(fā)器內(nèi)節(jié)流后的制冷劑混合, 再進入蒸發(fā)器, 使得蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑溫度和壓力產(chǎn)生變化, 以達到控制蒸發(fā)器后出風露點溫度的特點。這樣的應用可以彌補壓縮機的低負荷調(diào)節(jié)的缺陷。
5、采用熱管技術(shù)[30-31]:將熱管的冷凝段放在蒸發(fā)器后面，蒸發(fā)段放在進風口前面。將蒸發(fā)器出口空氣的冷量通過熱管這一載體轉(zhuǎn)移到回風口出，從而降低蒸發(fā)器進口空氣的干球溫度，相應提高相對濕度。這樣的應用將會使除濕機的性能提高，同時提高了機組運行可靠性。
6、全新風無級調(diào)載除濕機[32]:通過控制除濕機的出風露點溫度、蒸發(fā)器面積以及出風溫度來實現(xiàn)無級調(diào)控除濕機出風狀態(tài)。全新風無級調(diào)載除濕機在新風工況為 15~ 35℃范圍內(nèi)能夠精確且有效控制出風溫度及出風露點溫度, 具有明顯的除濕效果；全新風無級調(diào)載除濕機能夠明顯降低運行費用, 有明顯的節(jié)能效果。
7、在常規(guī)冷卻系統(tǒng)加入乙二醇[2,33]: 冷凍極限除濕空調(diào)系統(tǒng)在常規(guī)的冷卻除濕系統(tǒng)中加入了25％重量比以上的乙二醇這在理論上可保證冷凍水冰點為-10.7℃。在初投資和運行費用方面要低于達到相同效果的轉(zhuǎn)輪除濕和復合除濕，具有節(jié)能的作用。
8、使用通風量調(diào)節(jié)控制裝置[34]:在冷卻除濕機的蒸發(fā)器和冷凝器之間設(shè)計一個由三塊擋板組成并由曲柄機構(gòu)驅(qū)動的擋板機構(gòu)。通過改變擋板的相對位置，調(diào)節(jié)內(nèi)通風口與外通風口的開度，控制通過蒸發(fā)器的濕空氣流量，使除濕效率達到最佳狀態(tài)；同時，也為冷凝器散熱提供了所需通風量，從而保證了制冷系統(tǒng)的正常工作。該調(diào)節(jié)控制裝置在準確及時地控制除濕過程的前提下，簡化了除濕控制的方法，可快速、準確地調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)的工作狀態(tài)，從而有效地降低空氣的相對濕度。
9、將冷凝水用于新風預冷[35]:水箱通過將工程內(nèi)部產(chǎn)生的冷凝水手機并存儲起來，咋愛通過水泵，經(jīng)空氣-水表面式換熱器將新風預冷，從而達到回收利用冷凝水冷量的目的。該技術(shù)一般用于國防地下工程。
3.2 本文研究的內(nèi)容及意義
本文主要描述的是關(guān)于8kg/h柜式除濕機的設(shè)計。其中包括蒸發(fā)器和風冷冷凝器的設(shè)計，壓縮機、水冷冷凝器和風機的選型。本文中的除濕機使用的是運用最為廣泛的冷凍除濕技術(shù)。原理是將濕空氣降溫到露點溫度以下，析出冷凝水；再到冷凝器里再熱升溫，降低相對濕度，從而達到除濕的目的。
本文的設(shè)計思路是通過給定的條件計算系統(tǒng)熱負荷并選擇合適的壓縮機，從而得到確定的制冷量，并根據(jù)確定的制冷量求得最佳風量。其次根據(jù)熱平衡計算和制冷循環(huán)計算確定系統(tǒng)主要部件的額熱負荷，并據(jù)此進行傳熱計算和結(jié)構(gòu)計算。最后，根據(jù)阻力計算選擇合適的風機。
隨著人們對生活品質(zhì)的要求的不斷提高，除濕技術(shù)越來越多的受到重視，除濕機的市場前景也將會相當廣闊。通過本文的敘述，將會加深大家對除濕機工作原理和設(shè)計思路的理解。
第四章 設(shè)計計算說明書
4.1 原始數(shù)據(jù)參數(shù)
已知環(huán)境條件：
干球溫度：27℃
額定風量：按相關(guān)產(chǎn)品確定
濕球溫度：21.2℃
除濕量：8kg/h
制冷劑：R22
4.2 制冷循環(huán)計算
4.2.1 濕空氣的計算
查焓濕圖的空氣狀態(tài)（1點）參數(shù)：
干球溫度：27℃
含濕量：d=13.4g/kg
濕球溫度：21.2℃
比容：ν=0.858m3/kg
露點溫度：18.61℃
焓值：h=61.4kJ/kg
相對濕度：φ=60%
查產(chǎn)品樣本，選定額定風量。
蘇州可林艾爾：
型號
除濕量（kg/h）
額定風量（m3/h）
CFTZF7
7
2000
CFTZF10
10
2500
初步選取額定風量為2200m3/h
處理后空氣的除濕量：
d2與φ=95%在標準大氣壓下濕空氣焓濕圖的交點為2點，查焓濕圖可以得到2點的焓值為42.5kJ/kg，t2為15.68℃。
蒸發(fā)器熱負荷：
4.2.2 壓縮機的選型
根據(jù)制冷量選擇壓縮機
品牌：美國谷輪壓縮機
型號：ZF15K4E-TED
制冷量：14.1kW
蒸發(fā)溫度：5℃
水冷冷凝溫度：45℃
風冷冷凝溫度：45℃
輸入功率：4.44kW
壓縮機參數(shù)如下表（表4-1）：
表4-1 壓縮機參數(shù)
型號
ZF15K4E-TED
輸入電流
7.69A
COP
3.18
排量(m3/hr）
14.5
長度/寬度/高度(mm)
241/244/442
凈重(kg)
39
接管尺寸(英寸)
吸氣閥螺紋接口
角閥排氣管
11/4
1
油充注量(L)
1.9
安裝底腳尺寸(mm)
190×190
底腳孔徑(mm)
8.5
功率級噪聲(dBA)
76
4.2.3 制冷循環(huán)系統(tǒng)
4.2.3.1 制冷循環(huán)系統(tǒng)的基本流程
調(diào)溫除濕機的制冷循環(huán)系統(tǒng)主要由壓縮機、蒸發(fā)器、兩個冷凝器（一個水冷冷凝器、一個風冷冷凝器）和風機等部件組成。其中水冷冷凝器主要是用來調(diào)節(jié)除濕機的出風溫度的。具體流程如圖4.2所示。
4.2.3.2 單級壓縮制冷循環(huán)的設(shè)計計算
圖4.3 R22壓焓圖
初步確定制冷劑的蒸發(fā)溫度為5℃，冷凝溫度為45℃。
查R22壓焓圖（圖4.3），得制冷劑各點的溫度、壓力、焓值，詳細見表4-2。
表4-2 制冷循環(huán)各點制冷劑狀態(tài)參數(shù)
狀態(tài)點
參數(shù)
單位
R22
備注
1
℃
5
等溫線t1與等壓線p0的交點就是吸氣狀態(tài)1點
584
406.71
0.041
1.7436
2
℃
62
等焓線h2與等壓線p2的交點就是壓縮過程線終點2
1730
434
3
℃
45
在3點，制冷劑蒸汽開始凝結(jié)
1730
417
4
℃
45
t4為飽和液體溫度
1730
256.37
5
℃
5
t5為蒸發(fā)器入口溫度
584
256.37
根據(jù) 以上數(shù)據(jù)，我們可以進一步計算出單級壓縮制冷循環(huán)的熱力性能的其他各項指標，詳細參數(shù)列與表4-3中。
表4-3 制冷循環(huán)熱力性能指標
序號
項目
符號
單位
計算過程
結(jié)果
1
單位制冷量
150.34
2
單位容積制冷量
3666.83
3
制冷劑流量
0.094
4
壓縮機單位功耗
27.29
5
壓縮機理論功耗
2.57
6
冷凝器單位散熱量
177.63
7
冷凝器總散熱量
16.7
8
制冷系數(shù)
5.51
4.2.4 實際空氣狀態(tài)參數(shù)的計算
4.2.4.1 確定最佳風量
根據(jù)選取的壓縮機的制冷量為14.1kW，即蒸發(fā)器的實際負荷為14.1kW。
假設(shè)G=1900m3/h
查焓濕圖得：d2=9.75g/kg
再假定風量為2000 m3/h 、2100m3/h、2200 m3/h，依次計算除濕機的實際除濕量，所得結(jié)果列在表4-4中。
表4-4 風量與除濕量的關(guān)系
風量(m3/h)
1900
2000
2100
2200
實際除濕量(kg/h)
8.32
8.40
8.366
8.157
由上表結(jié)果分析可知，當風量為2000m3/h時，該除濕機可達到最大除濕量。
4.2.4.2 空氣實際狀態(tài)參數(shù)和實際除濕量的計算
計算2點的實際焓值：
與φ=95%在標準大氣壓下濕空氣焓濕圖的交點為20點，查焓濕圖可以得到20點實際干球溫度為14.9℃，濕球溫度為14.14℃，含濕量為9.9g/kg。
故，實際除濕量為：
4.3 蒸發(fā)器的設(shè)計計算
4.3.1 確定蒸發(fā)器進口與出口空氣狀態(tài)參數(shù)
蒸發(fā)器入口空氣狀態(tài)參數(shù)：
干球溫度：27℃；含濕量;d=13.4g/kg；焓值：h=61.4kJ/kg。
蒸發(fā)器出口空氣狀態(tài)參數(shù)：
干球溫度：14.9℃ ；含濕量：d=9.9 g/kg ；焓值：h=40.25 kJ/kg。
4.3.2 確定蒸發(fā)的結(jié)構(gòu)參數(shù)
采用連續(xù)整體式鋁套片，紫銅管為Φ12×0.6 mm 正三角形排列，管間距S1=25mm，S2=21mm，鋁箔片厚δf=0.2mm，片距Sf=3mm，翅片高h=9mm，鋁片導熱λ=204W/(m·K)。取空氣流動方向排數(shù)為5排，取迎面風速2.5m/s。具體結(jié)構(gòu)參見下圖（圖4.5）
圖4.5 蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖
其設(shè)計計算的具體內(nèi)容及結(jié)果如下表（表4-5）：
表4-5 蒸發(fā)器設(shè)計計算
序號
項目
符號
單位
計算過程
結(jié)果
備注
幾何參數(shù)計算
1
套片后管外徑
12.4
2
管內(nèi)徑
10.8
3
當量直徑
4.58
4
沿氣流方向的套片長度
108.27
5
每米管長翅片的外表面積
0.28
6
每米管長基管外表面積
0.036
7
每米管長總外表面積
0.317
8
每米管長內(nèi)表面積
0.339
9
肋化系數(shù)
9.341
10
肋通系數(shù)
0.013
11
凈面比
0.4704
12
最窄面空氣流速
5.315
管外空氣側(cè)參數(shù)計算
1
平均溫度
℃
20.95
2
密度
查表
1.201
3
比熱
查表
1.005
4
普朗特數(shù)
查表
0.7028
5
運動粘度
查表
15.15×10-6
6
動力粘度
18.2×10-6
7
傳熱系數(shù)
查表
0.02598
8
雷諾數(shù)
1606.88
9
4排管平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)
0.0114
10
實際干表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)
92.329
蒸發(fā)器內(nèi)空氣相關(guān)計算
1
空氣進口焓
已知
61.8
2
空氣進口濕度
已知
13.4
3
空氣出口焓
已知
40.25
4
空氣出口濕度
已知
9.9
5
析濕系數(shù)
1.739
6
循環(huán)空氣的質(zhì)量流量
2400
7
循環(huán)空氣的體積流量
1998.33
8
翅片參數(shù)
2.016
9
翅片參數(shù)
2.142
10
翅片參數(shù)
88.72
11
肋片折合高度
8.97
12
翅片效率
0.83
13
當量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)
136.62
管內(nèi)制冷劑計算
1
單位制冷量
已知
150.34
2
飽和液體比定壓熱容
查表
1.1836
3
飽和蒸氣比定壓熱容
查表
0.7611
4
飽和液體密度
查表
1264.32
5
飽和蒸氣密度
查表
24.79
6
氣化熱
查表
200.95
7
飽和壓力
查表
0.58
8
表面張力
查表
0.011
9
液體動力粘度
查表
2.045×10-4
10
蒸氣動力粘度
查表
1.158×10-4
11
液體熱導率
查表
9.25×10-2
12
蒸氣熱導率
查表
9.75×10-3
13
液體普朗特數(shù)
查表
2.6173
14
蒸氣普朗特數(shù)
查表
0.9037
15
蒸發(fā)器進口制冷劑干度
0.252
16
蒸發(fā)器出口制冷劑干度
已知
1
17
蒸發(fā)器制冷劑平均干度
0.626
18
總質(zhì)量流量
337.63
19
管內(nèi)熱流密度
選取
9200
參考《制冷技術(shù)與裝置設(shè)計》
20
管內(nèi)質(zhì)量流速
選取
140
參考《制冷技術(shù)與裝置設(shè)計》
21
總流通面積
6.70×10-4
22
每根管子的有效面積
9.156×10-5
23
蒸發(fā)器的分路數(shù)
根
8
取整
24
每一分路中制冷劑質(zhì)量流量
0.0117
25
每一分路實際流速
128.04
26
沸騰特征數(shù)
3.576×10-4
27
對流特征數(shù)
0.0928
28
液相弗勞德數(shù)
0.0928
29
液相雷諾數(shù)
2529
30
液相單獨流過管內(nèi)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)
152.76
31
管內(nèi)沸騰的兩相表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)
2790
32
對數(shù)平均溫差
℃
15.15
33
傳熱系數(shù)
64.65
34
外熱流密度
979.70
35
內(nèi)熱流密度
9151.37
36
核算誤差
0.5314
<2.5,符合要求
蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)尺寸計算
1
所需內(nèi)部傳熱面積
1.541
2
所需外部傳熱面積
14.39
3
所需換熱管總長
45.43
4
所需迎風面積
0.222
5
蒸發(fā)器寬度
選取
0.625
6
蒸發(fā)器高
選取
0.39
7
翅片數(shù)
個
208
取整
8
每排管子數(shù)
根
16
取整
9
實際迎風面積
0.25
10
所需換熱管管數(shù)
根
80
取整
11
所需排數(shù)
根
5
12
熱管總長
50
13
實際管內(nèi)換熱面積
1.6956
14
實際外部傳熱面積
15.84
15
沿空氣流向深度
0.1083
16
校核
1.1027
各部分都保持一定的裕度
1.1259
1.1027
管外空氣阻力計算
1
光管表面積
0.03768
2
光管管束最窄流通截面積
0.013
3
翅片表面積
0.2804
4
翅片管束最窄流通截面及
0.0073
5
無量綱縱向間距
1.8045
6
無量綱橫向間距
2.0833
7
修正系數(shù)
0.999
8
光管管束摩擦因數(shù)
0.22
0.3795
9
翅片表面摩擦因數(shù)
0.0286
10
實際迎面風速
2.22
11
實際最窄流通截面流速
4.72
12
管子表面引起的壓降
10.20
13
平直套片表面引起的壓降
10.12
14
蒸發(fā)器干工況下總阻力
20.32
15
修正系數(shù)
選取
1.3
16
蒸發(fā)器凝露工況下總阻力
26.42
管內(nèi)制冷劑流動阻力計算
1
R12管內(nèi)蒸氣流動阻力
11540.44
2
R22管內(nèi)蒸氣流動阻力
12117.46
3
由于在蒸發(fā)溫度5℃時，R22的飽和壓力為584.32KPa，流動阻力損失僅占飽和空氣壓力的2.1%，因此流動阻力引起的蒸發(fā)溫度變化可忽略不計。
4.4 水冷冷凝器的設(shè)計選型
4.4.1 制冷循環(huán)系統(tǒng)計算
表4-6 制冷循環(huán)系統(tǒng)參數(shù)
序號
項目
符號
單位
計算過程
結(jié)果
1
單位制冷量
q0
kw
150.34
2
單位容積制冷量
qv
kJ/m3
3666.83
3
制冷劑流量
qm
kJ/s
0.094
4
壓縮機單位功耗
W
kJ/kg
27.29
5
壓縮機理論功耗
N
kw
2.57
6
冷凝器單位散熱量
qk
kJ/kg
177.63
7
冷凝器總散熱量
Qk
kw
16.7
8
制冷系數(shù)
ε
5.51
4.4.2 水冷冷凝器的設(shè)計選型
水冷冷凝器設(shè)計選型如表4-7所示。
表4-7 水冷冷凝器選型計算
1
冷卻水進口溫度
按照經(jīng)驗取32℃
32
2
冷卻水出口溫度
按照經(jīng)驗取37℃
37
3
水冷冷凝器最大換熱量
16.7
根據(jù)本設(shè)計的需要，選用上海美樂柯WS型管殼式冷凝器，型號為WS-5。
冷凝器具體結(jié)構(gòu)尺寸見圖4.6和表4-8。
圖4.6 WS型管殼式冷凝器結(jié)構(gòu)示意圖
表4-8 WS型水冷冷凝器技術(shù)參數(shù)
4.5 風冷冷凝器的設(shè)計
4.5.1 風冷冷凝器的結(jié)構(gòu)
風冷冷凝器采用自然對流式空冷冷凝器，連續(xù)整體式鋁套片。紫銅管選用Φ12×0.6mm，正三角形排列，垂直于流動方向的管間距S1=25mm，鋁片厚δ=0.2mm?？紤]到冷凝器無蒸發(fā)器所要注意的結(jié)露現(xiàn)象，并且本著節(jié)省換熱空間的設(shè)計理念，取翅片距Sf=2.2mm，鋁片導熱系數(shù)λ=204W/(m·K)。其結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖4.7所示。
圖4.7 冷凝器結(jié)構(gòu)尺寸示意圖
4.5.2 風冷冷凝器的設(shè)計計算
其設(shè)計計算如下：
表4-9 風冷冷凝器的設(shè)計計算
序號
項目
符號
單位
計算過程
結(jié)果
備注
風冷冷凝器進出口參數(shù)
1
冷凝溫度
℃
已知
45
2
進口空氣溫度
℃
已知
14.9
3
空氣質(zhì)量流速
已知
2400
4
進出口空氣溫度
℃
假設(shè)
28
5
干空氣密度
查表
1.173
6
干空氣比熱
查表
1005
7
空氣的體積流量
2046
8
冷凝器負荷
已知
16700
9
干空氣出口溫度
℃
39.83
10
平均溫度
℃
27.36
11
對數(shù)平均溫差
℃
14.16
12
校核
%
2.33
風冷冷凝器結(jié)構(gòu)參數(shù)
1
紫銅管外徑
選取
12
2
紫銅管壁厚
選取
0.6
3
管間距
選取
25
21.65
4
鋁箔片厚度
選取
0.2
5
鋁箔片片距
選取
2.2
6
翅片高度
選取
6.5
7
鋁片導熱系數(shù)
選取
204
8
空氣流動方向排數(shù)
排
假設(shè)
8
9
迎面風速
選取
2.2
10
迎風面積
0.258
11
有效單根管長
選取
0.625
12
迎風面的高度
0.413
13
迎風面管根數(shù)
根
18
取整
14
實際迎風面積
0.281
15
實際迎面風速
2.02
16
套片后管外徑
12.4
17
管內(nèi)徑
10.8
18
當量直徑
3.45
19
沿氣流方向的套片長度
173.23
20
每米管長翅片的側(cè)外表面積
0.382
21
每米管長翅片間的管子表面積
0.035
22
每米管長翅片總外表面積
0.418
23
每米管長內(nèi)表面積
0.0339
24
每米管長平均表面積
0.0358
25
翅片寬度
0.173
26
肋化系數(shù)
12.32
27
肋通系數(shù)
16.71
28
凈面比
0.458
29
最窄面空氣流速
4.41
冷凝器傳熱系數(shù)計算