大型水工構(gòu)筑物結(jié)露問題與消除方法

1 問題提出

我國是一個(gè)貧水國，為了防止長期大規(guī)模超采地下水，引起地層壓密產(chǎn)生地面下沉現(xiàn)象，城市在建設(shè)水廠時(shí)，主要選擇地面水(水庫水)為水源。在處理地面水的工藝設(shè)計(jì)中多采用：原水－混合－絮凝－沉淀－過濾－碳吸附－消毒－配水流程。在我國南方，這些工藝水處理設(shè)施均敞露放置室外，而在北方地區(qū)，為了冬季防凍，這些設(shè)施一般放置在加蓋的建筑物內(nèi)。北京市一座日處理量150萬噸超大型自來水水廠，為了減少占地面積，把整個(gè)處理工藝及其設(shè)施集中布置在一座建筑面積為15000m³大型網(wǎng)架廠房彩板屋頂內(nèi)。

該水廠為了控制水中的總藻量，使用密云水庫潮白河庫區(qū)深層水，水庫的取水點(diǎn)設(shè)在深度40米處，原水水溫常年保持在1～10℃。

當(dāng)該工程正式通水投入運(yùn)行時(shí)，正值夏季高溫高濕天氣，室外的空氣通過門、窗縫隙進(jìn)入室內(nèi)，遇到低溫的水面和管道壁面馬上結(jié)露并產(chǎn)生大量霧氣迷漫整個(gè)室內(nèi)空間，用“伸手不見五指”來形容一點(diǎn)不過分，廠房內(nèi)能見度不超過1m，這種現(xiàn)象持續(xù)了整個(gè)夏季。夏季過后，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)許多設(shè)施表面出現(xiàn)霉變，有些管道及電力線橋架銹蝕等。降低了電氣設(shè)備的可靠性，給安全生產(chǎn)造成威脅。

2 設(shè)計(jì)方案和設(shè)備的選定

在工藝水處理池進(jìn)行處理的過程中，房間內(nèi)的大面積低溫水面和管壁等像一個(gè)大型的輻射供冷地板，水面和管壁表面通過輻射換熱和自然對(duì)流換熱的形式將室內(nèi)空氣的熱量吸附。此時(shí)，室內(nèi)空氣溫度和含濕量較高，空氣露點(diǎn)也較高。水面和管壁降溫較快而室內(nèi)空氣降溫較慢，且室內(nèi)空氣露點(diǎn)在無除濕設(shè)備時(shí)維持不變。當(dāng)水面、池面和管壁溫度降到室內(nèi)空氣露點(diǎn)以下時(shí)，其表面就會(huì)結(jié)露，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生霧氣。故在外界空氣焓值高于大型綜合池空氣焓值時(shí)，必須減少室外空氣的進(jìn)入量，同時(shí)要考慮對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行除濕。

除濕方法主要有通風(fēng)除濕、冷卻除濕、液體除濕機(jī)、轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)和吸濕劑除濕等。

2.1 設(shè)計(jì)方案的選擇

當(dāng)外界空氣焓值低于或等于廠房內(nèi)空氣焓值時(shí)，首先優(yōu)選通風(fēng)除濕，該方法簡單易行，但當(dāng)外界空氣焓值高于廠房內(nèi)空氣焓值時(shí)，必須要減少室內(nèi)外空氣流通量，采用除濕設(shè)備，使廠房內(nèi)的相對(duì)濕度控制在50％左右。

2.2 通風(fēng)除濕

由于綜合池結(jié)露位置在水面、池面和管壁表面，而此時(shí)室內(nèi)空氣的溫度依然較高，空氣濕度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到飽和狀態(tài)，如果能對(duì)管廊和池面進(jìn)行置換送風(fēng)，不斷輸送低露點(diǎn)空氣，使池面附近空氣露點(diǎn)低于池面溫度，則解決了結(jié)露問題。因此，將置換通風(fēng)應(yīng)用于有大面積水面的綜合池的大型廠房中可以取得較好的除濕效果，且置換通風(fēng)的高換氣效率也使室內(nèi)環(huán)境的空氣品質(zhì)提高，同時(shí)使運(yùn)行能耗降低。

2.3 除濕設(shè)備的選擇

除濕設(shè)備的除濕方法從原理上可以概括為兩類，第一類是冷凍除濕，第二類是化學(xué)除濕。常用有冷凍除濕機(jī)、液體除濕機(jī)、轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)，它們都可以用來除濕，但又有各自的特點(diǎn)，下面比較這三種除濕機(jī)的性能、空氣處理過程、適用場合等。具體比較見下表。

從上表中比較可以看出，三甘醇液體除濕機(jī)的除濕量最大，但是單位功率除濕量最小，價(jià)格最高，還需要另外配置冷源和熱源。冷凍除濕機(jī)的價(jià)格最低，單位功率除濕量最大，使用最方便，不需另外配置冷源和熱源。轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的價(jià)格比較高，單位功率除濕量居中。如果改用蒸汽加熱再生空氣，同規(guī)格除濕機(jī)需蒸汽（0.4Mpa）90 kg/h。

由于以上三種方法的除濕原理不同，對(duì)空氣的處理過程和適用場合也不一樣。現(xiàn)在假設(shè)把空氣從32℃、65%處理到某一范圍，三種方法的空氣處理過程如圖1所示。

液體除濕機(jī)直接把空氣處理到所需要的人體舒適區(qū)，濕度處理、溫度處理在同一個(gè)過程由同一個(gè)設(shè)備同時(shí)完成。液體除濕機(jī)以濕度處理為主，溫度處理為輔。

冷凍除濕機(jī)先把空氣溫度降低到露點(diǎn)溫度以下，處理空氣中的水汽在蒸發(fā)器表面凝結(jié)成小水滴，從處理空氣中分離出來，含濕量隨著露點(diǎn)溫度的降低而減小，直至含濕量達(dá)到要求。然后再對(duì)所處理的空氣進(jìn)行等濕加熱，直至溫度也達(dá)到要求。處理過程分步完成，降溫之后再升溫。升溫靠制冷系統(tǒng)的冷凝熱，不再增加耗電。

轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)先吸收處理空氣的水汽，降低處理空氣的含濕量，使其達(dá)到要求，但是經(jīng)過轉(zhuǎn)輪處理后的空氣溫度升高較多，需再加一個(gè)后冷卻裝置，對(duì)轉(zhuǎn)輪處理后的空氣進(jìn)行降溫。處理過程也分步完成，除濕、降溫由不同的裝置來完成。

通過以上綜合比較，冷凍除濕機(jī)價(jià)格低、能耗低，適合處理出風(fēng)含濕量大于6.5g/kg_干的空氣。轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)用電加熱再生空氣時(shí)能耗大，在能使用冷凍除濕機(jī)的情況下，盡量不使用轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)，如果轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)改用蒸汽來加熱再生空氣，將節(jié)約80%左右的電能；轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)不但可以用于處理出風(fēng)含濕量大于6.5g/kg_干的空氣，而且也可以用來處理出風(fēng)含濕量小于6.5g/kg_干的低濕空氣，但是出風(fēng)溫度較高，適合于對(duì)出風(fēng)含濕量有要求而對(duì)出風(fēng)溫度沒有要求的場合。對(duì)于有低溫低濕要求的空氣應(yīng)采用聯(lián)合式除濕機(jī)來處理。液體除濕機(jī)使用在地下場所較為經(jīng)濟(jì)，對(duì)所處理的空氣有一定的潔凈度要求；除濕量大，但液體除濕機(jī)價(jià)格較高。

大型綜合池的廠房雖然因來水溫度低，使得室內(nèi)出現(xiàn)低溫高濕的環(huán)境，比較適合使用轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)，但考慮其初投資較大，需要再生熱源，且廠房內(nèi)部高低錯(cuò)落，池面大，走道板窄，又有大量管廊，布置設(shè)備和管道比較困難。我們選擇使用了價(jià)格便宜；體積小；除濕效率高；不需要另外配置冷源和熱源，也不需要再生裝置，只要接上相應(yīng)的電源和處理風(fēng)管道即可運(yùn)行的冷凍除濕機(jī)，并且把它分布在需要降低濕度的不同地點(diǎn)。

在選型時(shí)考慮到冷凍除濕機(jī)對(duì)進(jìn)風(fēng)溫度有一定的要求，普通型除濕機(jī)的進(jìn)風(fēng)溫度在18～32℃左右，低溫型除濕機(jī)的進(jìn)風(fēng)溫度在5～32℃左右；對(duì)于低溫型除濕機(jī)，當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度低于18℃時(shí)，還要間斷性地融霜，影響除濕效率的缺點(diǎn)，選用了升溫型除濕機(jī)。

升溫型除濕機(jī)即讓制冷系統(tǒng)的冷凝熱全部經(jīng)過風(fēng)冷冷凝器傳給經(jīng)蒸發(fā)器除濕后的空氣，處理空氣被加熱升溫，出風(fēng)溫度比進(jìn)風(fēng)高15℃左右。空氣處理過程為C→L→A。升溫除濕適合于ε＜0的場合。把圖3中的風(fēng)冷冷凝器和蒸發(fā)器串聯(lián)在同一個(gè)風(fēng)系統(tǒng)中，就是升溫型除濕機(jī)原理圖。

3 室內(nèi)設(shè)計(jì)濕負(fù)荷的確定

房間內(nèi)的總濕負(fù)荷包括：通風(fēng)換氣帶來濕量、池面散濕、池壁和管壁的產(chǎn)濕等。

3.1 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

為防止結(jié)露保證設(shè)備的使用壽命，夏季池面溫度最好高于16℃，現(xiàn)按來水溫度取值10～12℃，設(shè)將設(shè)計(jì)室內(nèi)露點(diǎn)控制在14℃。室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度可參照普通空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)，定為23℃，而相對(duì)濕度應(yīng)根據(jù)對(duì)應(yīng)的控制露點(diǎn)確定，約為50％。

初始狀態(tài)的室內(nèi)空氣露點(diǎn)，可根據(jù)北京城市氣象資料推算的最熱月平均露點(diǎn)取值。

3.2 廠房內(nèi)設(shè)計(jì)濕負(fù)荷的計(jì)算

根據(jù)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)，可以計(jì)算出不同條件下廠房內(nèi)的濕負(fù)荷。

廠房內(nèi)設(shè)計(jì)濕負(fù)荷由兩部分組成：一是房間通過通風(fēng)換氣和門窗縫隙滲透得到的濕負(fù)荷，一是水面、池壁和管壁的散濕量。

通風(fēng)量一般按夏季最大散濕量計(jì)算，其計(jì)算公式如下：

Q=1000W/ρ(dg-ds) ⑴

式中Q為按散濕量計(jì)算的通風(fēng)量，m³/h；

W為廠房內(nèi)空氣散濕量，可以計(jì)算或查有關(guān)手冊(cè)求得，kg/h；

dg為廠房內(nèi)空氣含濕量，g/kg；

ds為送風(fēng)的空氣含濕量，g/kg；

ρ為空氣密度kg/m³。

水面、池壁和管壁的散濕量是按散濕量計(jì)算選擇：

W=Sω ⑵

式中S為散濕表面積，m²；ω為單位面積散濕量，g/(m².h)。

4 除濕機(jī)組處理過程的核算

當(dāng)選用升溫型除濕機(jī)時(shí)，空氣調(diào)節(jié)過程如下：該過程在i-d圖上表示見圖

根據(jù)文獻(xiàn)[4]，對(duì)應(yīng)于風(fēng)量7590m3/h的除濕機(jī)型號(hào)為CF32型，其制冷量為56.9kW，

根據(jù)文獻(xiàn)[1]推薦，取蒸發(fā)器出口處（即L點(diǎn)）相對(duì)濕度為95%，則L2點(diǎn)參數(shù)為：tL2=13.9℃，dL2=9.7g/kg_干

根據(jù)文獻(xiàn)[2]推薦，取冷凝器負(fù)荷系數(shù)ψ=1.25，則冷凝負(fù)荷 Q2=1.25×56.9=71.1kW，送風(fēng)點(diǎn)O2的參數(shù)為：

tO2=39.8℃ , dO2=9.8g/kg_干

計(jì)算表明升溫型除濕機(jī)只能消除室內(nèi)余濕量，另外不但不能消除余熱，反而增加了室內(nèi)的余熱量，會(huì)使室內(nèi)的溫度升高，只能滿足濕度的要求，不能達(dá)到溫度的要求。

5 結(jié)論

該水廠有大型綜合池的廠房在設(shè)備安裝好后，經(jīng)過一年的跟蹤調(diào)查，實(shí)踐證明，這種綜合除濕方法在廠房內(nèi)低溫高濕的環(huán)境下應(yīng)用是完全成功的。

5.1 在低溫高濕的環(huán)境下選擇使用冷凍除濕機(jī)時(shí)，必須考慮該機(jī)組的特點(diǎn)，選用了升溫型冷凍除濕機(jī)是一種最佳方案。具有其它機(jī)組所無以倫比的優(yōu)勢(shì)，既達(dá)到節(jié)能，又降低了設(shè)備的一次性投資和運(yùn)行管理費(fèi)用。

5.2 置換通風(fēng)應(yīng)用于大型綜合池的廠房除濕在原理上是可行的，而且能夠減少除濕負(fù)荷，改善室內(nèi)空氣環(huán)境，同時(shí)可以與除濕技術(shù)結(jié)合，成為一套完整的系統(tǒng)體系，值得進(jìn)行深入探討。

參考文獻(xiàn)

[1] 電子工業(yè)部第十設(shè)計(jì)研究院.空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)手冊(cè).中國建筑工業(yè)出版社.1995.11

[2] 彥啟森,主編.空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù)(第2版).北京:中國建筑工業(yè)出版社.1985.

[3] 朱志平.國內(nèi)除濕機(jī)現(xiàn)狀與思考