168液体除湿空调除湿量与空气带液量的实验研究

1液体除湿空调除湿量与空气带液量的实验研究广东省建筑设计研究院王顺林摘要：本文通过对液体除湿空调除湿量与空气带液量的实验研究，发现在空气流量（溶液流量）不变的情形下，空气除湿量与空气中Li+浓度均随溶液流量（空气流量）的增大而增大；空气中Li+浓度浓度的变化趋势与除湿量保持良好的一致，但是其最大值未超过70μg/m³，初步断定对人体健康不会造成危害。关键词：液体除湿除湿量空气带液量1引言与传统空调相比，溶液除湿空调不仅可以避免冷热抵消现象、盘管表面细菌滋生问题，而且还在提高制冷机效率、充分使用清洁能源、净化空气等方面具有显著的优势，因而具有广阔的应用前景。但是，溶液除湿空调又存在着空气带液问题，使得进入室内的除湿空气中含有除湿溶液离子成分，威胁着人体的健康，制约了其进一步发展。在除湿实验中，除湿量是用来衡量液体除湿器性能的重要参数，除湿量越大，表明空气被吸收的水蒸气量越大，溶液与空气的热质交换越充分。而在这种较充分的热质交换过程中，空气带液量是否也会变大，是否对人体健康产生影响？为此，本文以浓度为30%的氯化锂溶液为除湿剂，填料塔为除湿器，通过实验研究，溶液流量与空气流量的改变对液体除湿空调除湿量和空气带液量的影响。2实验装置系统实验装置系统主要由填料塔、离心风机、溶液系统、冷却系统组成，如图1所示。填料塔采用直径为250mmPVC的塑料管加工而成，塔高2.5m，内部装填厚为100mm的250Y型不锈钢波纹孔板填料10块。为使LiCl溶液均匀分布在填料层上，液体分布装置采用盘径为80mm的盘式液体分布器，其上开有直径为6mm的小孔9个。为减少空气带液量，使实验结果具有可比较性，实验中选择了常用的丝网除雾器装于填料塔的空气出口处，其除雾效率可达90%。溶液系统由扬程为6.5米、流量为600L/h的溶液泵，稀、浓溶液槽及相应的管道和阀门组成。稀溶液槽上设有溶质投放口以保持LiCl溶液的浓度恒定，底部装有功率为2Kw的电加热器，用来在对稀溶液再生时进行加热。浓溶液槽内安装有冷却盘管用来消除除湿过程中产生的热量，控制入口溶液的温度，冷却水由冷却系统的低温恒温槽提供。为防止LiCl2溶液的腐蚀，所有管道、阀门、溶液槽均采用PVC塑料。3实验测试系统3.1空气、溶液参数的检测空气需要检测的参数为空气含湿量和流量。含湿量可通过检测除湿器进出口空气的温湿度查焓湿图间接得到。空气的进出口的干球温度和溶液的进出口温度均采用热电阻来测量，现场通过昆仑工控XSL型智能巡回检测仪采集数据输入计算机；空气湿球温度的检测与干球温度所不同的是在热电阻上包裹湿纱布并保持其充分湿润来进行检测读数；空气体积流量是通过比托测压管和微压计来进行测量。溶液需检测的参数为溶液浓度和溶液流量。溶液浓度采用称重法测量的，先测量一定体积的待测溶液的质量与温度，计算出当时的溶液密度，然后根据溶液温度、密度查LiCl溶液物性表得到溶液的浓度。溶液体积流量采用玻璃转子流量计来测量；3.2空气中Li+浓度的监测检测除湿空气的带液量，主要是检测对人体健康有威胁的除湿空气的离子成分，本文检测Li+浓度。先用去离子水吸收法采样[1]，再用采用火焰发射光谱法来分析检测[2][3]。以多孔玻板吸收管为收集器，10ml去离子水为吸收液，在出风口处对空气进行采样，采样器流量控制为0.6L/min，采样时间为3h。采样结束后，利用美国热电原子吸收分光光度计，以火焰发射光谱法对样品进行仪器分析，具体做法是：首先，绘制标准曲线。取5只具塞比色管，分别加入0.0、1.0、2.0、4.0、5.0ml锂标准溶液(1μg/ml)，各加入盐酸溶液（0.12mol/L）至10ml，配成0.0、0.1、0.2、0.4、0.5μg/ml的锂标准溶液。将原子吸收分光光度计（用发射模式）调节至最佳工作条件，在670.8nm波长下分别测定标准系列，1-风机；2-填料塔；3-流量计；4-微压计；5-多孔玻板吸收管；6-空气采样器；7-电加热器；8-稀溶液槽；9-浓溶液槽；10-冷却盘管；11-溶液泵；12-冷却泵；13-低温恒温槽图1空气带液量检测的实验系统图3以发射光强度均值对锂浓度（μg/ml）绘制标准曲线。然后，进行样品测定。用测定标准系列的操作条件测定样品溶液和空白对照溶液，测的样品发射光强度值减去空白发射光强度值后，由标准曲线得到锂离子浓度（μg/ml）。最后，根据公式(1)、(2)将样品的Li+浓度(μg/ml)换算到采样空气中所含有Li+浓度(μg/m3)。010VcC（1）000273pptTVVt（2）式中：C-空气中Li+浓度，μg/m³；c-样品中Li+浓度，μg/ml；0V-标准状况下的空气采样体积m³；tV-采样体积，由采样流量乘以采样时间而得，L；0T-标准状态下的绝对温度，K；0p-标准状态下的大气压力，KPa；t-采样时的空气温度，℃。4实验结果与讨论4.1溶液流量在空气流量定为2.1kg/(m²*s)，入口溶液的流量在0.8～3.2kg/(m²*s)变化时，对除湿器进出口温湿度进行检测得到除湿器除湿量的变化图如图2所示。由图可见，当溶液流量较低时，液膜在填料表面分布不均匀，系统除湿效果受到影响，除湿量较小。随着溶液流量的增加，液膜在填料表面分布均匀程度得到改善，除湿溶液与空气的接触面积增大，同时溶液吸收空气中的水蒸汽后浓度变化小，但能始终与空气保持较大的水蒸气压力差，有利于空气的除湿，除湿量不断增大。当溶液流量继续由2.4kg/(m²*s)增加到3.2kg/(m²*s)时，除湿量的增加幅度开始减少。这是因为当液膜完全覆盖填料表面后，再增加溶液的流量时，液膜厚度增加，液膜内部的扩散阻力增大，传质系数下降，所以溶液流量增大引起的除湿量的增加量逐渐越小。在不同溶液流量下，进行除湿量参数检测的同时，本文亦对除湿器出风口处的空气进图2除湿量随溶液流量的变化曲线图图3Li+浓度随溶液流量的变化曲线图4行了采样分析，得到除湿器出风口处的空气中Li+浓度随溶液流量的变化趋势，如图3所示。由图可见，随着溶液流量的增加，除湿器出风口处的Li+浓度呈上升趋势，这与除湿量的变化趋势是一致的。说明空气带液量随溶液流量的增大而增多。这是因为溶液流量的增大使得填料表面的液膜变厚，气流通道面积减小，空气流速增大，挟带液滴的能力增强，导致空气带液量增大。但图中Li+浓度未超出文献[1][4]所取的最高允许浓度0.07mg/m³(70μg/m³)，所以可以初步断定本实验工况的空气环境也不会对人体健康造成危害。4.2空气流量在溶液流量定为1.6kg/(m²*s)，入口空气的流量在1.6～2.3kg/(m²*s)变化时，对除湿器进出口温湿度进行检测得到除湿器除湿量的变化图如图4所示。由图4可见，除湿量随着空气流量的增多而增大。这是因为随着空气流量的增加，空气流过溶液表面的速度不断增大，与溶液不能达到充分的质量交换，在填料塔出口的含湿量增加，但却能保持比较大的传质压差，使得除湿量增大。和4.1情形一样，在不同空气流量下，除湿量检测实验的同时，对除湿器出风口处的空气进行采样分析，得到除湿器出口处的空气中Li+浓度，如图5所示。从图中可以看出，随着空气流量的增大，除湿器出风口处的Li+浓度呈递增趋势，说明空气带液量随空气流量的增大而增多，这也与除湿量的变化趋势保持一致。因为在除湿填料塔里，空气挟带液滴的起始条件是满足浮力和重力的平衡[5]：)(8348322aLdraadrgdvd（3）式中：-阻力系数；drd-液滴直径m；av-操作气速，m/s；L-液体密度，kg/m³；a-空气密度，kg/m³。由(3)式可知，当空气流速av越大时，能被空气卷起的液滴直径越大，图2除湿量随空气流量的变化曲线图图3Li+浓度随空气流量的变化曲线图5说明空气挟带液滴的能力越强，空气带液量越多，Li+浓度就越高。但图中Li+浓度最大值也未超出最高允许浓度70μg/m³，所以可以初步断定本实验工况的空气环境不会对人体健康造成危害。5结论与展望1)在空气流量（2.1kg/(m²*s)）不变的条件下，除湿器除湿量与带入室内的Li+浓度均随溶液流量（0.8～3.2kg/(m²*s)）的增大而增大；2)在溶液流量（1.6kg/(m²*s)）不变的条件下，除湿器除湿量与带入室内的Li+浓度均随空气流量（1.6～2.3kg/(m²*s)）的增加而增加；3)在本实验工况下，本次检测到的空气中Li+浓度变化趋势与空气除湿量保持良好的一致，但其最大值未超出最高允许浓度70μg/m³，初步断定该空气环境对人体健康不造成危害。但是，空气带液量问题是个复杂的新兴课题，涉及到多门学课，目前国家尚未有相应的空气监测标准，其监测方式及对人体健康的影响，还有待学者做更深层的研究。参考文献：[1]张伟荣、刘晓华等．溶液除湿方式对室内空气品质影响的初步研究[J]．暖通空调，2004，34（11）：114-117．[2]徐伯洪、闫惠芳主编．工作场所有害物质监测方法[M]．北京：中国人民公安大学出版社，2003：3-22、41、58．[3]李萍、姚丽珠．用原子吸收和火焰发射光谱法测定矿泉水中锂[J]．抚顺石油学院学报，2003，23（1）：26-28．[4]刘晓华等．温湿度独立控制空调系统[M]．北京：中国建筑工业出版社，2006：110-133．[5][德]莱恩哈特•毕力特著．填料塔[M]．北京：化学工业出版社，1998．作者简介：王顺林，男，1980-06-18，技术职称：工程师通讯地址：广州市流花路97号机电二所，510010；联系电话：[phone]，传真：[phone]；电子邮箱：[e-mail]