冷冻除湿系统原理及适用性

冷冻除湿系统原理及适用性

摘要：空调常被人误认为只是简单的温度控制，这观念在今天已不能满足不断变迁中的环境。许多空调系统面对最近气候干球温度与湿球温度的增加，已发生能力不足的现象。

回顾1990年之最大空调设计干湿球温度为26.5℃db与19.25℃wb(等于11 g/kg绝对湿度)。当时这个数据广为顾问公司与工业界所引用。但到了1995年，此数据已增加到28℃db与21.25℃wb(13 g/kg)。在1998年干球设计温度又再增加，因为那年夏天，英国出现30℃以上的高温，因此设计值增为30℃db与21.25℃wb(13g/kg)。

在2000年，一些顾问公司更使用35℃db与25℃wb(15g/kg)，这设计值已涵盖了大部分工业制程用途的范围。

当然并非每个工程师都使用此设计规格，但可以确认的是，夏季高温与潮湿已与我们同在，而且可以预测未来亦是如此。

潜在的问题 ：过高的干球温度表示冷却设备可能会有能力不足的现象而影响到人员的舒适感。设备维护人员也会关心如此高的干球温度是否会超过冷凝器的最大设计值。此问题可以藉由冷凝器前加装一冷却板，将过多的显热移除解决。一般而言，若冷却设备是处在良好的状态，应该不会对厂内制程造成太大的影响。但过高的湿度就不是这么回事了。

高绝对湿度会以各种不同的方法在许多典型的制程或产品中造成问题。困难的是去发现与确认问题的根源(湿度)。

· 由于高潜热负载造成冷却设备过载
· 包装区的湿度过高会造成设备异常
· 原料会在潮湿的仓库中损坏
· 成品的包装因吸湿后变得很软
· 白色的货物在未防湿的仓库中产生褐斑
· 冷冻库的结冰速度增快，造成产品中心温度漂移
· 蒸发盘管结冰过多造成冷藏温度漂移
· 在食物准备区的冷凝水，形成健康与安全的风险
· 在冷却隧道中冷凝水将未包装的产品破坏

解决方法：
　　
一般人都有听过除湿这两个字，但却少有人熟悉估算主机尺寸的复杂细节。然而，基本的除湿理论是简单而易懂的。一旦了解之后，我们就可以仔细的确认除湿的种类以符合特定的应用需求。

有三种由空气中除湿的方法：

· 冷却空气使其中的水蒸气冷凝
· 藉由增加空气全压使其中的水蒸气冷凝
· 使用吸湿剂利用蒸气压差把空气中的湿气吸出

上述第二项以压力为基础的除湿相关资料，可以参考压缩空气的相关技术资料。
　　
工业界常用的除湿方法为：

· 以冷却为基础的方法，包括冷冻除湿系统与冰水系统
· 化学除湿(吸湿剂)，包括固体除湿、蜂巢旋转轮等
· 一般而言，除湿剂系统常使用冷冻除湿的方式

冷却除湿（冷冻除湿）
　　
大部份的人都熟悉冷凝的原理，当空气被冷却到露点温度以下，水气会凝结在距离最近的表面，这就是除湿降温的过程。除湿的量与空气被冷却的程度有关，温度愈低，空气愈干燥。主要的商用与家用空调系统即是利用此原理除湿。冷媒系统先将空气冷却，同时将冷凝的水份排出，再将干空气送至空间中。

冷却空气的除湿过程可以由空气线图来说明(图略)。当空气由25℃冷却至14℃，空气呈现饱和状态，相对湿度为100%，此时仍无除湿现象。若再进一步冷却空气，湿气就会开始凝结出来，空气就被除湿了，若由14℃冷却到10℃，则每公斤空气可以移除2.4克的水气。

冷却除湿可以有千种以上的硬件组合(图略)，但可归纳为下列三种：

· 直膨冷却
· 低温液体冷却
· 除湿再热系统

直膨冷却
　　
直膨系统是让冷媒气体膨胀后进入冷却管排中，以低温的管排表面积移除空气中的水份。家用空调机与商用天花板空调机大多为直膨系统，有时简称为DX主机。

液体冷却
　　
低温液体冷却系统使用冷媒冷却流体，低温流体再流经冷却管排来冷却空气加以除湿。液体可以用水、乙二醇或其它不冻液。在小型空调的应用中，此方式较复杂且成本较高。因此液体冷却系统常用于大型系统，其安装成本与运转效率都比DX系统高。

除湿与再热系统
　　
除湿再热系统可以使用DX或低温液体系统来冷却空气，但在空气返回空间之前要加以回热，家用除湿机即是这种系统，另外商用与工业用途也常使用，例如游泳池、木材干燥等。一般而言，它是用在高温与高湿的环境除湿。

冷却除湿有一个限制，就是湿气有可能被冻结在管排上，这会造成两个问题。第一是，湿气被冻结所产生的霜，会在热交换器表面形成热阻抗，使得设备的能力下降。第二是，霜会阻塞管排造成风量减小，最后会将管排完全阻塞而无法除湿。若系统在0℃的环境除湿时，必须要有除霜系统，以融化管排上的冻结水。除霜时，除湿与冷却的功能是暂停的。

工程师要了解，在高温的环境下除湿，却又要将空气除湿至5℃露点温度(5.4g/kg)以下时，必须要有一些预防措施。

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