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大型水工構(gòu)筑物結(jié)露問(wèn)題與消除方法

大型水工構(gòu)筑物結(jié)露問(wèn)題與消除方法

作者:CEO 時(shí)間:2022-10-10

信息摘要:1問(wèn)題提出我國(guó)是一個(gè)貧水國(guó),為了防止長(zhǎng)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(kù)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(guò)濾-碳吸附-消毒-配水流程。

大型水工構(gòu)筑物結(jié)露問(wèn)題與消除方法

(大型水工構(gòu)筑物結(jié)露問(wèn)題與消除方法)

  1問(wèn)題提出

  我國(guó)是一個(gè)貧水國(guó),為了防止長(zhǎng)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(kù)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(guò)濾-碳吸附-消毒-配水流程。在我國(guó)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(wàn)噸超大型自來(lái)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m3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(kù)潮白河庫(kù)區(qū)深層水,水庫(kù)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(guò)門(mén)、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(jiàn)五指”來(lái)形容一點(diǎn)不過(guò)分,廠房?jī)?nèi)能見(jiàn)度不超過(guò)1m,這種現(xiàn)象持續(xù)了整個(gè)夏季。夏季過(guò)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(guò)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(guò)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(wú)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?jī)?nèi)空氣焓值時(shí),首先優(yōu)選通風(fēng)除濕,該方法簡(jiǎn)單易行,但當(dāng)外界空氣焓值高于廠房?jī)?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?jī)?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(wèn)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(lái)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(guò)程、適用場(chǎng)合等。具體比較見(jiàn)下表。

  除濕機(jī)綜合性能比較表

  三甘醇液體除濕機(jī)

  冷凍除濕機(jī)

  轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)

  除濕機(jī)型號(hào)

  SC-05

  ASM-8480T

  SM-01

  生產(chǎn)廠家

  江西

  浙江

  江蘇

  機(jī)組估價(jià)(萬(wàn)元)

  17.0

  4.5

  10.0

  處理風(fēng)量(m3/h)

  5000

  5500

  5000

  再生風(fēng)量(m3/h)

  1650

  --

  1700

  進(jìn)風(fēng)工況

  30℃、80%(19.4g/kg干)

  處理空氣出風(fēng)參數(shù)

  15℃、60%(6.2g/kg干)

  45℃、25%(15.2g/kg干)

  60℃、10%(7.0g/kg干)

  再生空氣出風(fēng)參數(shù)

  65℃、58g/kg干

  --

  70℃、35g/kg干

  除濕量(kg/h)

  80.0

  20

  42.0

  輸入功率(kW)

  10.3+50

  9.9

  9+54

  單位功率除濕量(kg/kW·h)

  1.33

  2.5

  0.67

  冷凍水耗量(t/h)

  17.0

  --

  --

  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)90kg/h。

  由于以上三種方法的除濕原理不同,對(duì)空氣的處理過(guò)程和適用場(chǎng)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(guò)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(guò)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(lái),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(guò)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(guò)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(guò)程也分步完成,除濕、降溫由不同的裝置來(lái)完成。

  通過(guò)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(lái)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(lái)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(méi)有要求的場(chǎng)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(lái)處理。液體除濕機(jī)使用在地下場(chǎng)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(lái)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?jī)?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(guò)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(guò)程為C→L→A。升溫除濕適合于ε<0的場(chǎng)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(lái)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(lái)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?jī)?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?jī)?nèi)的濕負(fù)荷。

  廠房?jī)?nèi)設(shè)計(jì)濕負(fù)荷由兩部分組成:一是房間通過(guò)通風(fēng)換氣和門(mén)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?jī)?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?jī)?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=Sω⑵

  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(guò)程的核算

  當(dāng)選用升溫型除濕機(jī)時(shí),空氣調(diào)節(jié)過(guò)程如下:該過(guò)程在i-d圖上表示見(jiàn)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(guò)一年的跟蹤調(diào)查,實(shí)踐證明,這種綜合除濕方法在廠房?jī)?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(wú)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(guó)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(guó)建筑工業(yè)出版社.1985.

  [3]朱志平.國(guó)內(nèi)除濕機(jī)現(xiàn)狀與思考

  

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