除濕干燥中臨界除濕狀態(tài)的分析

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1、除濕干燥中臨界除濕狀態(tài)的分析張璧光(北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院)摘要：為提高除濕效率、減少除濕干燥純耗，該文闡述了木材除濕(熱泵)干燥系統(tǒng)中的空氣流程和狀態(tài)變化．從濕空氣熱力學(xué)分析的角度，提出一定制冷量和含濕量狀況下，濕空氣除濕效率為零的臨界焓值的概念；指出除濕效率大于零的必要條件及提高除濕效率的途徑；進(jìn)而由臨界焓值的概念在濕空氣的焓一濕量圖上繪出了不同露點(diǎn)溫度下的臨界干燥曲線，并劃分出除濕區(qū)，為預(yù)測除濕效率與除濕量以及除濕機(jī)的優(yōu)化控奠定了必要的理論基礎(chǔ)．熱泵除濕干燥由于可以回收干燥室排氣的部分潛熱和顯熱，是公認(rèn)的節(jié)能干燥技術(shù)¨，但如果使用不當(dāng)會降低除濕效率，甚至出現(xiàn)只降溫不除濕而浪費(fèi)

2、能量的現(xiàn)象關(guān)于如何提高除濕效率、減少除濕干燥能耗，已有一些學(xué)者作過理論分析和研究，但多數(shù)偏重于實(shí)驗(yàn)測試或定性分析，實(shí)際應(yīng)用中不容易操作．本文從濕空氣熱力學(xué)分析的角度提出了除濕機(jī)臨界干燥參數(shù)的概念，為提高除濕效率及除濕機(jī)的優(yōu)化控制奠定必要的理論基礎(chǔ)．1熱泵除濕干燥系統(tǒng)的空氣流程及狀態(tài)變化1．1熱泵除濕干燥的空氣流程熱泵除濕干燥系統(tǒng)包括除濕機(jī)和干燥室，其空氣流程如圖l所示．圖l中A為空氣流經(jīng)材堆前的狀態(tài)，流出材堆時(shí)由于吸收材堆的水分而變?yōu)闈穸却蟮目諝?；B、C分別為空氣流經(jīng)蒸發(fā)器前后的狀態(tài)；D8為脫濕后空氣經(jīng)冷凝器加熱后的干熱空氣，此熱空氣再流向材堆加熱干燥木材．這就完成了空氣在熱泵除濕機(jī)與干燥

3、室間的1次循環(huán)．1．2熱泵除濕干燥過程中空氣的狀態(tài)變化除濕(熱泵)干燥過程中，空氣在焓一濕圖中的狀態(tài)變化情況(圖2)．圖2中卜2線代表空氣流經(jīng)材堆的等焓吸濕過程，2點(diǎn)為濕空氣進(jìn)入蒸發(fā)器前的狀態(tài)；2—3—4線代表空氣流經(jīng)蒸發(fā)器的狀態(tài)變化，其中，2—3為空氣降溫到露點(diǎn)放出顯熱的過程，而3—4線表示濕空氣排水脫濕過程中，3、4點(diǎn)的含濕量之差，即(d，一d。)代表每千克空氣流過蒸發(fā)器排出的水分；4’為脫濕空氣與旁通空氣混合后的狀態(tài)點(diǎn)，4’一1線表示空氣流經(jīng)冷凝器的加熱過程．由圖2看出，在熱泵除濕機(jī)制冷量一定的情況下，如果2點(diǎn)離飽和線較遠(yuǎn)，2—3線較長，則3—4線縮短，濕空氣排水量減少，當(dāng)4點(diǎn)與3點(diǎn)

4、重合時(shí)，除濕效率為零．這種情況常發(fā)生在木材除濕干燥的后期，濕空氣的溫度高、濕度低的時(shí)候．82濕空氣除濕的臨界焓值及提高除濕量的途徑2．1除濕空氣的臨界焓值濕空氣通過蒸發(fā)器放出的熱量由下式確定：Qv=Gp(h1一h4)／3600(1)式中，Qv---為濕空氣通過蒸發(fā)器放出的熱量，一般情況下它等于除濕機(jī)的制冷量Q。(kw)；G---為流過蒸發(fā)器的額定風(fēng)量(m3／h)；ρ為濕空氣的密度(kg／m3)，此值變化不大；h2、h4分別為蒸發(fā)器前后干空氣的熱焓值(kJ／kg)．如果濕空氣離開蒸發(fā)器時(shí)，濕空氣剛好達(dá)到露點(diǎn)溫度td(即f4=td)，而空氣流過蒸發(fā)器的含濕量不變(d4=d2)，此時(shí)，蒸發(fā)器前空

5、氣的焓值h2用h。表示為：Ho=h4+△h式中，△h---為蒸發(fā)器前后焓的值差．8由濕空氣的性質(zhì)可知，當(dāng)制冷量和含濕量d不變時(shí)，凡焓值大于h。的濕空氣流經(jīng)蒸發(fā)器后，不能變?yōu)轱柡涂諝馀懦郑恢挥徐手礹2小于h。，濕空氣才能經(jīng)蒸發(fā)器析出水分．于是把除濕終態(tài)為露點(diǎn)溫度所對應(yīng)的初態(tài)焓值稱為臨界焓值，用h。，表示．因此使除濕效率大于零的必要條件是：h2

6、=62．1g／kg，h4=205kJ／kg，蒸發(fā)器前后的焓差為△h=15kJ／kg．根據(jù)濕空氣的知識查濕空氣的圖或表可知，在熱泵除濕機(jī)制冷量和空氣含濕量不變的情況下，要使除濕效率大于零，只有狀態(tài)2的空氣溫度t2<58℃，空氣濕度聲：φ2>50％才行．表1列出了部分一定條件下、不同空氣參數(shù)時(shí)的除濕量變化．表1不同空氣狀態(tài)通過蒸發(fā)器的除濕量82．3提高除濕效率的途徑1)降低蒸發(fā)器前空氣的焓值．由表l數(shù)據(jù)可看出，濕空氣溫度越低，相同含濕量的相對濕度越大．相應(yīng)的焓值越低，除濕量越大．當(dāng)溫度降到44℃，相對濕度接近100％時(shí)，此含濕量(d2=62．1g/kg)下，空氣的除濕量達(dá)最大值．2)減少流過蒸

7、發(fā)器的空氣流量．從式(1)可看出，在制冷量、空氣初始參數(shù)基本不變的情況下，可以通過適當(dāng)減少空氣流量、增大焓差來提高除濕量．例如t2=58℃、φ2=50％的濕空氣流經(jīng)蒸發(fā)器的除濕量為0，如果將流經(jīng)蒸發(fā)器的空氣流量減少一半，根據(jù)式(1)可知，焓差將增加一倍，△h=30kJ／kg，此時(shí)h4=190kJ／kg，d4=57．16g／kg，于是當(dāng)空氣流量減少一半后，單位除濕量由原來的0增至△d=4．94g／kg．由此可以看出，在木材