冷凍除濕系統(tǒng)原理及適用性

摘要：空調(diào)常被人誤認(rèn)為只是簡單的溫度控制，這觀念在今天已不能滿足不斷變遷中的環(huán)境。許多空調(diào)系統(tǒng)面對(duì)最近氣候干球溫度與濕球溫度的增加，已發(fā)生能力不足的現(xiàn)象。

回顧1990年之最大空調(diào)設(shè)計(jì)干濕球溫度為26.5℃db與19.25℃wb(等于11 g/kg絕對(duì)濕度)。當(dāng)時(shí)這個(gè)數(shù)據(jù)廣為顧問公司與工業(yè)界所引用。但到了1995年，此數(shù)據(jù)已增加到28℃db與21.25℃wb(13 g/kg)。在1998年干球設(shè)計(jì)溫度又再增加，因?yàn)槟悄晗奶?，英國出現(xiàn)30℃以上的高溫，因此設(shè)計(jì)值增為30℃db與21.25℃wb(13g/kg)。

在2000年，一些顧問公司更使用35℃db與25℃wb(15g/kg)，這設(shè)計(jì)值已涵蓋了大部分工業(yè)制程用途的范圍。

當(dāng)然并非每個(gè)工程師都使用此設(shè)計(jì)規(guī)格，但可以確認(rèn)的是，夏季高溫與潮濕已與我們同在，而且可以預(yù)測未來亦是如此。

潛在的問題 ：過高的干球溫度表示冷卻設(shè)備可能會(huì)有能力不足的現(xiàn)象而影響到人員的舒適感。設(shè)備維護(hù)人員也會(huì)關(guān)心如此高的干球溫度是否會(huì)超過冷凝器的最大設(shè)計(jì)值。此問題可以藉由冷凝器前加裝一冷卻板，將過多的顯熱移除解決。一般而言，若冷卻設(shè)備是處在良好的狀態(tài)，應(yīng)該不會(huì)對(duì)廠內(nèi)制程造成太大的影響。但過高的濕度就不是這么回事了。

高絕對(duì)濕度會(huì)以各種不同的方法在許多典型的制程或產(chǎn)品中造成問題。困難的是去發(fā)現(xiàn)與確認(rèn)問題的根源(濕度)。

· 由于高潛熱負(fù)載造成冷卻設(shè)備過載
· 包裝區(qū)的濕度過高會(huì)造成設(shè)備異常
· 原料會(huì)在潮濕的倉庫中損壞
· 成品的包裝因吸濕后變得很軟
· 白色的貨物在未防濕的倉庫中產(chǎn)生褐斑
· 冷凍庫的結(jié)冰速度增快，造成產(chǎn)品中心溫度漂移
· 蒸發(fā)盤管結(jié)冰過多造成冷藏溫度漂移
· 在食物準(zhǔn)備區(qū)的冷凝水，形成健康與安全的風(fēng)險(xiǎn)
· 在冷卻隧道中冷凝水將未包裝的產(chǎn)品破壞

解決方法：
　　
一般人都有聽過除濕這兩個(gè)字，但卻少有人熟悉估算主機(jī)尺寸的復(fù)雜細(xì)節(jié)。然而，基本的除濕理論是簡單而易懂的。一旦了解之后，我們就可以仔細(xì)的確認(rèn)除濕的種類以符合特定的應(yīng)用需求。

有三種由空氣中除濕的方法：

· 冷卻空氣使其中的水蒸氣冷凝
· 藉由增加空氣全壓使其中的水蒸氣冷凝
· 使用吸濕劑利用蒸氣壓差把空氣中的濕氣吸出

上述第二項(xiàng)以壓力為基礎(chǔ)的除濕相關(guān)資料，可以參考?jí)嚎s空氣的相關(guān)技術(shù)資料。
　　
工業(yè)界常用的除濕方法為：

· 以冷卻為基礎(chǔ)的方法，包括冷凍除濕系統(tǒng)與冰水系統(tǒng)
· 化學(xué)除濕(吸濕劑)，包括固體除濕、蜂巢旋轉(zhuǎn)輪等
· 一般而言，除濕劑系統(tǒng)常使用冷凍除濕的方式

冷卻除濕（冷凍除濕）
　　
大部份的人都熟悉冷凝的原理，當(dāng)空氣被冷卻到露點(diǎn)溫度以下，水氣會(huì)凝結(jié)在距離最近的表面，這就是除濕降溫的過程。除濕的量與空氣被冷卻的程度有關(guān)，溫度愈低，空氣愈干燥。主要的商用與家用空調(diào)系統(tǒng)即是利用此原理除濕。冷媒系統(tǒng)先將空氣冷卻，同時(shí)將冷凝的水份排出，再將干空氣送至空間中。

冷卻空氣的除濕過程可以由空氣線圖來說明(圖略)。當(dāng)空氣由25℃冷卻至14℃，空氣呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，相對(duì)濕度為100%，此時(shí)仍無除濕現(xiàn)象。若再進(jìn)一步冷卻空氣，濕氣就會(huì)開始凝結(jié)出來，空氣就被除濕了，若由14℃冷卻到10℃，則每公斤空氣可以移除2.4克的水氣。

冷卻除濕可以有千種以上的硬件組合(圖略)，但可歸納為下列三種：

· 直膨冷卻
· 低溫液體冷卻
· 除濕再熱系統(tǒng)

直膨冷卻
　　
直膨系統(tǒng)是讓冷媒氣體膨脹后進(jìn)入冷卻管排中，以低溫的管排表面積移除空氣中的水份。家用空調(diào)機(jī)與商用天花板空調(diào)機(jī)大多為直膨系統(tǒng)，有時(shí)簡稱為DX主機(jī)。

液體冷卻
　　
低溫液體冷卻系統(tǒng)使用冷媒冷卻流體，低溫流體再流經(jīng)冷卻管排來冷卻空氣加以除濕。液體可以用水、乙二醇或其它不凍液。在小型空調(diào)的應(yīng)用中，此方式較復(fù)雜且成本較高。因此液體冷卻系統(tǒng)常用于大型系統(tǒng)，其安裝成本與運(yùn)轉(zhuǎn)效率都比DX系統(tǒng)高。

除濕與再熱系統(tǒng)
　　
除濕再熱系統(tǒng)可以使用DX或低溫液體系統(tǒng)來冷卻空氣，但在空氣返回空間之前要加以回?zé)?，家?a title="除濕機(jī)" href="/index.php?s=tag&name=chushiji" target="_blank">除濕機(jī)即是這種系統(tǒng)，另外商用與工業(yè)用途也常使用，例如游泳池、木材干燥等。一般而言，它是用在高溫與高濕的環(huán)境除濕。

冷卻除濕有一個(gè)限制，就是濕氣有可能被凍結(jié)在管排上，這會(huì)造成兩個(gè)問題。第一是，濕氣被凍結(jié)所產(chǎn)生的霜，會(huì)在熱交換器表面形成熱阻抗，使得設(shè)備的能力下降。第二是，霜會(huì)阻塞管排造成風(fēng)量減小，最后會(huì)將管排完全阻塞而無法除濕。若系統(tǒng)在0℃的環(huán)境除濕時(shí)，必須要有除霜系統(tǒng)，以融化管排上的凍結(jié)水。除霜時(shí)，除濕與冷卻的功能是暫停的。

工程師要了解，在高溫的環(huán)境下除濕，卻又要將空氣除濕至5℃露點(diǎn)溫度(5.4g/kg)以下時(shí)，必須要有一些預(yù)防措施。

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