地下建筑专用全新风无级调载除湿机研制（一）

地下建筑专用全新风无级调载除湿机研制（一）

1.1 普通除湿机的适用场合

常用的普通型调温除湿机带有风冷和水冷两个串联的冷凝器。该机除了可用于降低所服务区域空气湿度外，还可利用风冷和水冷冷凝器换热量比例的变化兼控出风温度。可以直接放在室内使用，也可以安装在通风系统中用于处理回风和少量的。它的运行特点是必须通过回风使室内空气反复循环经过除湿机才能逐渐消除室内余湿。可以说普通除湿机用于地下建筑时主要是用来克服洞库的内部湿负荷的，它的适用场合是有限的。

1.2 地下洞库的环境特点

夏季地下洞库受岩石温度较低的影响，室内的壁面温度也较低，由于地下水的渗透作用，室内壁面有持续散湿现象，空气相对湿度高。夏季室外含湿量大，露点温度很高，如果除湿机不能把露点温度控制得足够低，进入地下洞库室内就会结露，使环境条件恶化，造成各种设备因受潮而损坏。为了防止出现这种情况，应当采取减少比例，多用回风的办法。但国防工程的地下建筑中有大量的存有特殊材料的洞库因涉及到有害物质和有害气体的散发问题，不能采用回风方式，通风系统只能设计成全的方式。这就给除湿机的使用提出了特殊的要求。

1.3 地下洞库中全系统送风状态的确定

我国华东、华中及华南大部分地区夏季空调室外计算温度都很高。郑州t_g=35.6℃，t_s=27.4℃；长沙t_g=35.8℃，t_s=27.7℃；福州t_g=35.2℃，t_s=28℃。在这些地区的地下建筑通风系统设计中,根据工艺需要的温湿度条件及洞库壁温和洞库内空气的热湿比，一般规定全系统的送风状态为t_g=20℃，φ=60%。露点温度约为12.7℃。平时洞库内没有工艺余热时，可将送风状态点沿等d线上移，把送风温度提高到30℃左右,以克服洞库壁传热负荷。送风露点温度可以随洞库壁温和室温升高而改变,但不得高于壁温,只有控制住露点温度,才能保证进入洞库与洞库壁面接触后不会结露,同时与洞库壁面散湿混合后仍能保持合适的相对湿度。以上过程用焓湿图表示，可参见图1。在图1中，设夏季室外平均状态点为W，t_wg=35℃、φ＝60％，除湿机的机器露点为L，t_L=12.7℃，送风状态点为O或O’，t_og=20℃,t_os=15.1℃；t_o’g=30℃,t_o’s=18.5℃,室内状态为N，t_Ng=22℃，φ=70%。从图1中可查得处理到机器露点的焓差△h=54kJ/kg_干空气，湿差△d=12.5g/kg_干空气。

1.4 普通除湿机的串联用法

普通除湿机的标准进风状态是t_g=27℃，t_s=21.2℃。其所配压缩机的制冷量只能保证达到在额定风量下产品规定的除湿量之需要。如果某全系统确定进风量为L=6000m³/h，用图1中查得的数据可以算出该全系统所需要的制冷量Q和除湿量W分别为

Q=LρΔh/3600=108kW （1）

W=LρΔd/1000=90kg/h （2）

式中空气密度ρ=1.2kg/m³。

图2 3台普通型除湿机串联运行方式

而额定风量为6000m³/h的普通除湿机名义制冷量只有36kW，除湿量只有25kg/h，只及所需制冷量和除湿量的三分之一（设计中一般不考虑实际空调工况下压缩机的制冷量变化）。为了保证全系统的需要，设计中只好采用如图2所示的三台普通调温除湿机串联运行的方式，力图保证夏季进入地下建筑洞库后达到规定的露点温度，避免结露现象。

1.5 除湿机串联运行带来的问题

虽然从理论上说除湿机串联运行可以解决处理时制冷量不够的问题，但长期的运行实践证明，除湿机串联运行是一种很无奈的设计选择，它会带来许多无法解决的技术和经济问题。

1.5.1 串联工作的除湿机不能在平等的进风状态下工作，处在串联下游的除湿机进风温度很低，蒸发器工作效率低，从而导致整机工作状态差，运行不稳定，常出现因蒸发器结霜而导致故障停机现象。

1.5.2 处在串联上游的除湿机必须以水冷方式工作。只有最后一台机才可以用风冷方式工作，而地下洞库内平时温度是偏低的，是需要热量来降低相对湿度的。但是只能看着大量的冷凝热量被冷却水带入下水道，既流失了大量的能量，又耗费了地下洞库内十分珍贵的水源。

1.5.3 串联运行的除湿机由于工作状态不同，操控困难，操作手对于最终的露点控制效果心中无数，更谈不上随着负荷的变化及时调整开启台数，宁可多开，不敢少开，盲目性很大。

1.5.4 串联运行的除湿机占地面积大，送风阻力大，送风机功耗大。为了提高送风温度还要设置较大功率的电加热器。另外设计中还必须考虑较大的冷却水库容及相应的水源设备，电站容量也会因此而增加。辅助工程量方面的代价是很高的。

1.6 小结

综上所述，可以认为普通除湿机不能满足地下建筑通风系统的全工作方式的需要。应当开发能满足这种需要的专用型全除湿机，这对于提高地下建筑的环境质量，节省工程造价，实现节能运行有着十分重要的意义。

2 全除湿机设计中要解决的关键问题

2.1 解决大制冷量和大换热量问题

普通除湿机规格很多，当然也有大制冷量的机型。但是因为换热器传热结构方面的原因，大制冷量的除湿机只能在额定的大风量下工作，全除湿机虽需较大的制冷量，但其额定风量只有同样制冷量的普通除湿机的几分之一，所以是不能简单地用普通大规格除湿机来代替的。全除湿机采用了大制冷量压缩机后，必须对蒸发器和风冷冷凝器的传热结构重新设计，以保证在额定风量下有理想的换热量。同时还要解决好在负荷大幅度变动情况下怎样保持换热器内制冷剂压力稳定问题。最后还要考虑最大限度地利用好风冷工况下的冷凝热量，使除湿机出风温度上限得到大大扩展，仅在需要调温运行时或冷凝压力较高时才合理地使用一些冷却水，做到既节能又省水。

2.2 解决恒露点送风控制问题

地下建筑洞库内温度较低，且一年四季变化不大。但室外空气温度变化是很大的。全除湿机根据夏季负荷选择了大制冷量的压缩机，这在过渡季节使用显然是不合算的。既便是在夏季，一天中负荷也是逐时变化的，并不是一直处在最高点。为了节能，应当以满足地下洞库内相对湿度为基本条件，使全除湿机以恒定的露点温度送风。当室外温度下降，负荷减少时，恒露点控制系统能迅速地跟随负荷的变化发出指令，使压缩机自动调载减少输入功率，从而减少制冷量，保持出风露点温度不变，实现自动节能运行。

2.3 解决压缩机的自动调载问题

压缩机的自动调载是全除湿机最具节能意义的重要特点，实现自动调载的办法有三种，比较如下：

2.3.1 多机头分级调载

如果压缩机总功率为35kW，可以采用5kW、10kW、20kW三台全封闭压缩机组合，实现每级为5kW的七级调载。这种方式的缺点是结构复杂，调节级差大，露点控制精度低。

2.3.2 变频调载

采用变频器可以使压缩机实现无级调载，但由于压缩机不适宜在低转数下工作，所以用变频器调载的范围是很有限的，不能满足全除湿机在低负荷下的节能运行需要。而直接采用变频压缩机则受到单机功率较小和品种规格较少的限制，不易实现最佳选配。

2.3.3 小型螺杆式压缩机无级调载

目前螺杆式压缩机最小的型号已有功率为25kW的，完全进入了全除湿机适合选用的范围。采用现代技术制造的螺杆式压缩机工艺精良，运行稳定可靠，更可贵的是其具有独特的滑阀调载功能，可很方便地使能量在25%～100%范围内无级调节。虽然价格稍贵，重量也稍大，但其优异的性能和所能带来的节能效益足以弥补这些不利因素。与前两种调载方式比较，螺杆式压缩机完全满足了全除湿机的需要，具有最佳性价比，是最好的选择。

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