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热湿处理设备的工作原理

发布时间:2022-05-13 10:30人气:

      热湿处理设备通常使用冷热媒介质(如水、蒸汽、盐水溶液、制冷剂等)与空气进行热湿交换。根据介质与空气热湿交换的方式,可以分成两大类:表面式热湿交换设备和接触式热湿交换设备。

1.表面式热湿交换设备

      表面式热湿交换设备的工作原理是工作介质与被处理空气不直接接触,两者之间的热交换是通过分隔表面进行的。由于分隔表面的存在,介质与空气之间只能进行热量传递,工程中也简称为表面式换热器。在对空气冷却时,冷媒介质的温度较低,使分隔表面的温度低于空气的露点温度,则空气中的水蒸汽会凝结成水,从而同时实现对空气的减湿处理,但凝结水并没有被工作介质吸收;在对空气进行加热时,只能传递显热,需要采用其他辅助手段来实现对空气湿度的调节。

 图2-21.jpg

图2-21 表面式换热器的示意图

      图2-21是几种表面式换热器的示意图。这些类型表面式换热器共同的特点是工作介质在管道(通常使用铜管)内流动,而被处理空气在管道外流动。为了提高换热面积和换热系数,在管道外设置了不同形式的肋片(也称翅片)。大多数空调场合都使用带肋片的盘管。盘管上肋片的间距越小,换热面积越大;肋片表面有开口或波纹,换热系数会提高,但这两种措施都会带来容易积灰和不易清洗的弊病。在容易积灰的场合也有采用光管形式的。

      表面式换热器的选择计算比较复杂,有关热工计算方法本教材不作介绍,需要时可参看本章所列的参考文献及其他设计手册、产品技术资料等。在实际工程选用时,通常有两种方法:一种是要将要求处理的风量、处理前后的空气状态点、工作介质种类及温度压力参数、尺寸大小等技术要求和参数提供给产品供应商,由供应商根据选型软件选定具体型号;另一种是由设计选用人员根据产品技术资料自行选择。

      表面式换热器结构简单、占用空间小;通常采用闭式系统,即工作介质封闭于循环系统内,与被处理空气及室外大气不接触,介质不易被污染和损耗,维护管理工作比较简单;适用介质种类较多(如水、蒸汽、制冷剂等),所以获得广泛的应用,小至家用、车用空调器,大至大型组合式空调箱,成为空气热湿处理设备的主流。

      表面式换热器的缺点是能够实现的空气处理过程比较少(仅等湿加热或冷却、减湿冷却),热湿交换效率略低于接触式,以及上文提到的容易积灰、滋生细菌、影响换热效果且不易清洗等。

2.接触式热湿交换设备

      接触式热湿交换设备的工作原理是工作介质与被处理空气直接接触进行热湿交换。所用工作介质通常就是水。空气与水直接接触时,根据水温的不同,可以实现多种热湿交换过程(见图2-22)。

 图2-22.jpg

图2-22 空气与水直接接触时的状态变化过程

      图2-22中A状态点的空气与不同温度的水接触时,可以实现减湿冷却( A-1,水温低于空气露点温度)、等湿冷却( A-2,水温等于空气露点温度)、加湿冷却( A-3、A-4、A-5,水温高于空气露点温度但低于空气干球温度)、等温加湿(A-6,水温等于空气干球温度)、加热加湿( A-7,水温高于空气干球温度)等过程。其中A-4过程水温等于空气的湿球温度,称为等焓冷却加湿过程,此过程不需要外界对水进行加热或冷却处理,对空气喷淋循环水即可实现。空调系统中采用的直接蒸发冷却可以看作此过程。

      为了提高空气与水的热湿交换效率,通常采用向空气中喷水的方法来增加水与空气的接触面积和接触强度,这样的设备称为喷淋室或喷水室(如图2-23)。

 图2-23.jpg

      1-前挡水板;2-喷嘴排管;3-后挡水板;4-底池;5-介质水供水管;6-滤水器;7-循环水管;8-三通阀;9-水泵;10-喷淋水管;11-补水管;12-浮球阀;13-溢水器;14-溢水管;15-泄水管;16-防水灯;17-检查门;18-外壳

图2-23 喷淋室示意图

      由图2-23可以看出,喷淋室与表面式换热器相比要复杂得多。喷淋室的优点是可以实现的热湿交换过程多,效率也比较高;同时具有一定的净化空气能力;金属耗量较少等。但由于采用了开式水系统,对水系统的维护要求高,工作量大;占用空间较大;水池及湿表面的存在还造成微生物孳生的隐患,所以除了在一些工艺性空调中有应用外,舒适性空调已很少应用。

3 其他热湿处理设备

      上述两类设备是空调系统中用以对空气进行热湿处理的主要设备,除此之外,还可采用其它对空气的温湿度进行调节的设备。

      1)电加热器

      电加热器是用电流通过电阻元件产生的热量来加热空气的设备。它具有结构紧凑、安装调节控制方便、控制精度好等优点,但将高品位能源转换为热能是不符合能量梯级利用和节能原则的,所以应主要用于温控要求高的系统的末级调温。但在实际工程和产品中应用得并不少,如用电低谷时段采用电加热的蓄热装置、热泵型机组冬季的辅助热源、电热型地暖系统、暖风机等。

      2)加湿设备

      由于表面式换热器不具备对空气加湿的功能,所以采用表面式换热器的空气处理设备应用于温湿度控制要求高的场合需要另外配置空气加湿设备。不同形式的空气加湿设备可以组装到空调箱中、送风管道中,也可以在需要加湿的房间内直接使用。

      空气加湿设备的工作原理有多种,加湿过程在焓湿图上的表示也不同,总体上可以分成三种工作原理:

      a.蒸汽加湿   

      用不同方法产生水蒸汽,将水蒸汽加入到空气中。例如干蒸汽加湿器、间接式蒸汽加湿器、电极式或电热式加湿器、红外线加湿器等。所有蒸汽加湿过程在焓湿图上均可近似表示为等温加湿过程。

      b.喷雾加湿   

      用不同方法将细小液滴加入到空气中,使其在空气中蒸发。例如超声波加湿器、高压喷雾加湿器、离心式加湿器等。所有喷雾加湿过程在焓湿图上均可近似表示为等焓加湿过程。

      c.蒸发加湿   

      让空气通过湿表面,水在空气中蒸发为水蒸汽。例如面板加湿器、湿膜加湿器等。在焓湿图上同样可近似表示为等焓加湿过程。

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