冷凍除濕系統原理及適用性

摘要：空調常被人誤認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境。許多空調系統面對最近氣候干球溫度與濕球溫度的增加，已發生能力不足的現象。

回顧1990年之最大空調設計干濕球溫度為26.5℃db與19.25℃wb(等于11 g/kg絕對濕度)。當時這個數據廣為顧問公司與工業界所引用。但到了1995年，此數據已增加到28℃db與21.25℃wb(13 g/kg)。在1998年干球設計溫度又再增加，因為那年夏天，英國出現30℃以上的高溫，因此設計值增為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)，這設計值已涵蓋了大部分工業制程用途的范圍。

當然并非每個工程師都使用此設計規格，但可以確認的是，夏季高溫與潮濕已與我們同在，而且可以預測未來亦是如此。

潛在的問題 ：過高的干球溫度表示冷卻設備可能會有能力不足的現象而影響到人員的舒適感。設備維護人員也會關心如此高的干球溫度是否會超過冷凝器的最大設計值。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，若冷卻設備是處在良好的狀態，應該不會對廠內制程造成太大的影響。但過高的濕度就不是這么回事了。

高絕對濕度會以各種不同的方法在許多典型的制程或產品中造成問題。困難的是去發現與確認問題的根源(濕度)。

· 由于高潛熱負載造成冷卻設備過載
· 包裝區的濕度過高會造成設備異常
· 原料會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生褐斑
· 冷凍庫的結冰速度增快，造成產品中心溫度漂移
· 蒸發盤管結冰過多造成冷藏溫度漂移
· 在食物準備區的冷凝水，形成健康與安全的風險
· 在冷卻隧道中冷凝水將未包裝的產品破壞

解決方法：
　　
一般人都有聽過除濕這兩個字，但卻少有人熟悉估算主機尺寸的復雜細節。然而，基本的除濕理論是簡單而易懂的。一旦了解之后，我們就可以仔細的確認除濕的種類以符合特定的應用需求。

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

上述第二項以壓力為基礎的除濕相關資料，可以參考壓縮空氣的相關技術資料。
　　
工業界常用的除濕方法為：

· 以冷卻為基礎的方法，包括冷凍除濕系統與冰水系統
· 化學除濕(吸濕劑)，包括固體除濕、蜂巢旋轉輪等
· 一般而言，除濕劑系統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，當空氣被冷卻到露點溫度以下，水氣會凝結在距離最近的表面，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，溫度愈低，空氣愈干燥。主要的商用與家用空調系統即是利用此原理除濕。冷媒系統先將空氣冷卻，同時將冷凝的水份排出，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)。當空氣由25℃冷卻至14℃，空氣呈現飽和狀態，相對濕度為100%，此時仍無除濕現象。若再進一步冷卻空氣，濕氣就會開始凝結出來，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

直膨冷卻
　　
直膨系統是讓冷媒氣體膨脹后進入冷卻管排中，以低溫的管排表面積移除空氣中的水份。家用空調機與商用天花板空調機大多為直膨系統，有時簡稱為DX主機。

液體冷卻
　　
低溫液體冷卻系統使用冷媒冷卻流體，低溫流體再流經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。在小型空調的應用中，此方式較復雜且成本較高。因此液體冷卻系統常用于大型系統，其安裝成本與運轉效率都比DX系統高。

除濕與再熱系統
　　
除濕再熱系統可以使用DX或低溫液體系統來冷卻空氣，但在空氣返回空間之前要加以回熱，家用除濕機即是這種系統，另外商用與工業用途也常使用，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境除濕。

冷卻除濕有一個限制，就是濕氣有可能被凍結在管排上，這會造成兩個問題。第一是，濕氣被凍結所產生的霜，會在熱交換器表面形成熱阻抗，使得設備的能力下降。第二是，霜會阻塞管排造成風量減小，最后會將管排完全阻塞而無法除濕。若系統在0℃的環境除濕時，必須要有除霜系統，以融化管排上的凍結水。除霜時，除濕與冷卻的功能是暫停的。

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

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