夏 青，黄 翔，殷清海

（西安工程大学环境与化学工程学院，陕西西安 710048）

1 前言

蒸发冷却技术就是利用水蒸发吸热的原理，获得冷风或冷水的技术。当蒸发冷却空调技术存在如温降有限，无法实现除湿功能及体积大等若干问题时［1］，把蒸发冷却空调技术与机械制冷、除湿技术相结合，可以有效的克服蒸发冷却空调技术存在的一些弊端。空气中相对湿度的大小不但影响着人类的生活环境，而且对工业生产及科研设备的运行都有重要的影响。尤其在我国福建等一些高湿度地区，如何保证一些场所所需要的低湿度、低温度环境，对改善人居环境、保障设备运行、提高生产效率都具有非常重要的意义。湿空气和吸湿剂之间的热湿传递过程在蒸发冷却空调技术中有着广泛的应用，用吸湿剂处理过程是空气和吸湿剂接触时，利用吸湿剂能从空气中吸收水汽的能力来达到空气减湿的效果。近年来，随着除湿技术的不断发展，一些采用蒸发冷却空调技术与除湿方式的处理装置已经在建筑中得到了很好的实践效果，在蒸发冷却空调技术中有着广泛的应用［2］。

提到吸湿剂的类型时，我们经常会想到“固体吸湿剂”、“液体吸湿剂”。固体吸湿剂即是利用吸附原理，吸附湿空气中的水分，达到空气除湿的目的;液体吸湿剂即是利用吸收原理，通过浓溶液吸收湿空气中的水分，达到空气除湿的效果。我们知道，自然界中物质的相态可分为气相、液相和固相三大类。既然有“固体吸湿剂”和“液体吸湿剂”，自然而然也存在着“气体吸湿剂”。因此在本文中，我们提出一种新型的吸湿剂，即“气体吸湿剂”的概念。所谓气体吸湿剂是一种特殊的、气态的干燥剂，比如说极为干燥的空气—压缩空气，这种干燥的空气通过与湿空气混合，达到被处理空气除湿的效果。本文对此术语进行了初步的探讨。

2 固体吸湿剂

所谓固体吸湿剂，就是能从空气中吸附水蒸气的一种固体物质，亦称固体干燥剂。利用表面积很大的多孔物质，在表面吸附和毛细管凝结下吸收空气的水分。由于固体吸湿剂表面的水蒸汽分压力低于空气中水蒸汽分压力，从而吸收空气中的水分，达到空气除湿的目的。在空调工程中，最常用的固体吸湿剂是硅胶和氯化钙。在焓湿图上，使用固体吸湿剂的空气处理过程为等焓升温。当固体吸湿剂和湿空气接触时，固体吸湿剂吸收湿空气中的水分，同时放出汽化潜热，使空气升温，而空气减湿前后的焓值不变。

固体吸湿剂在蒸发冷却空调技术中的典型应用是用在转轮中，转轮除湿机利用固体吸湿剂吸收空气中的水分来达到空气除湿的目的。转轮除湿机的关键部件是转轮，它由特殊复合耐热材料制成的波纹状介质所构成，波纹状介质中载有固体吸湿剂［3］。使用固体吸湿剂的优点是设备比较简单，投资和运行成本较低。而缺点是固体吸湿剂吸湿到一定程度后，需要再生，除湿的性能也不稳定，适合使用在除湿量较小的场所［4］。

3 液体吸湿剂

所谓液体吸湿剂，就是能从空气中吸收水蒸气的一种液体物质，亦称液体干燥剂。液体吸湿剂除湿就是利用液体吸湿剂具有很强的吸湿和容湿能力直接处理空气，当液体吸湿剂与湿空气直接接触时，推动力为空气中水蒸气的分压力与液体吸湿剂表面的饱和蒸汽压之差，从而实现空气除湿的效果。在除湿过程中，液体吸湿剂会放出热量，此热量是空气中水分由气态变为液态时释放出来的热量，湿空气的含湿量下降，液体吸湿剂吸收空气中的水分变成稀溶液［5～7］。在焓湿图上，根据液体吸湿剂的浓度和温度不同，可以实现等焓减湿过程和等温减湿过程。

在空调工程中，使用的液体吸湿剂有氯化钙、氯化锂、溴化锂等。氯化钙吸湿剂的吸湿性能最差，而且有较强的腐蚀性;氯化锂和溴化锂吸湿剂都具有较强的吸湿能力，在国内外使用较多［8］。使用液体吸湿剂除湿的主要优点是可以实现空气的大幅度减湿，使空气达到很低的含湿量;而缺点则是液体吸湿剂除湿过程需要一套盐水溶液的再生设备，系统复杂，初投资高，适用于含湿量要求很低的场所。

4 气体吸湿剂

所谓气体吸湿剂，就是通过与湿空气混合，能从湿空气中稀释水蒸气的一种特殊的、气态的干燥的空气，亦称气体干燥剂。气体吸湿剂除湿就是利用两种湿度不同的空气 （干燥空气和湿空气）混合发生热质交换的过程，从而实现湿空气稀释除湿的效果。气体吸湿剂不需要再生，除湿性能稳定，是一种低成本、绿色吸湿剂，以下主要介绍两种常见的气体吸湿剂—压缩空气和干空气。

4.1 压缩空气

目前压缩空气已广泛应用于石油、制氧、航空等工业领域，另外压缩空气作为一种干燥空气的介质，即“气体吸湿剂”，可以与蒸发冷却技术结合应用于空调中，如一些矿井空调［9］，而近些年来，越来越多的应用于纺织厂空调中。

高压喷气以压缩空气为冷媒，通过高压喷嘴将压缩空气射出，压缩空气和湿空气接触，经过绝热膨胀吸收空气中的热量，同时干燥的压缩空气和湿空气又通过卷吸、掺混等作用吸收湿空气中的水分，达到空气减湿的效果［10］。

以高压喷气和直接蒸发冷却系统为例，来说明“气体吸湿剂”压缩空气的运行原理［11］。如图1所示为高压喷气+直接蒸发冷却空气处理过程的焓湿图。Y点表示干燥空气的状态点，Wx点表示潮湿的室外空气状态点，虚线指的是压缩空气与潮湿的室外空气Wx混合的过程，当干燥的压缩空气和潮湿的室外空气混合时，室外空气的状态点达到混合点Cx2，然后送入直接蒸发冷却段。由此可知潮湿的室外空气经过和压缩空气混合，其温度和湿度都有所降低，在此，压缩空气充当了“气体吸湿剂”的角色，可以对被处理的室外空气降温干燥。

直接蒸发冷却的空气处理过程是等焓加湿降温过程，其效率公式:

图1 高压喷气+直接蒸发冷却空气处理过程

由公式中可以看出当直接蒸发冷却器 （段）进风干球温度tgw和直接蒸发冷却效率ηDEC不变时，室外空气越干燥，则直接蒸发冷却器 （段）进口空气湿球温度tsw越低，所以送风温度越接近于被处理空气的湿球温度，降温效果越好。因此室外空气的状态直接影响直接蒸发冷却的效率，所以利用气体吸湿剂压缩空气使得室外空气越干燥，干湿球温差越大，直接蒸发冷却效率越高。如保持直接蒸发冷却效率为95%不变，高压喷气+直接蒸发冷却空调能使室外新风降低到22.6℃，而室外空气不经过和压缩空气混合，直接进入直接蒸发冷却空调则能使室外新风降低到26.2℃。通过压缩空气和室外空气进行混合，降低进入直接蒸发冷却空调中的空气湿度和温度，使其充分和水进行热湿交换，在这里湿度的降低是主要的原因，因为越干燥的空气能容纳的水蒸气越多，热湿交换越充分，以西安地区室外气象参数为例计算，2m3/min的压缩空气就能使5000m3/h室外空气降低1.6℃，相对湿度降低10.9%，湿球温度降低3.8℃。表1所示，是西安某纺织厂测得的空气处理的各状态点，我们可以看出，室外空气Wx状态点的含湿量为18.4g/kg，通过与压缩空气Y混合，室外空气的状态点Wx被处理到混合状态点Cx2，含湿量和温度都有所降低。可见将高压喷气与直接蒸发冷却相结合，能有效的提高直接蒸发冷却空调的效率，扩大其使用范围。

表1 西安某纺织厂空气处理的各状态点的参数

4.2 干空气

我们知道，湿空气是由干空气与水蒸气所组成。湿空气中水蒸气的含量虽然很少，但是水蒸气含量的变化却对空气的干燥和潮湿程度产生非常重要的影响。一般绝对干燥的空气在自然界中几乎是很少见的，但是在我国西北等干燥地区却蕴含着这样一种非常干燥的空气，由此可知“干空气”自身即是一种天然的“气体吸湿剂”。这种干空气经过大自然的天然除湿后变得极为干燥，可以直接送入建筑物消除室内的湿负荷。

空气的干湿程度不同，其容纳水汽的能力也不同。由于干空气可以容纳较多水汽，因此，我们可以利用这种天然的气体吸湿剂，通过稀释建筑物室内的湿空气，从而消除室内的湿负荷，达到除湿的目的。从这个层次上讲，干空气扮演了“气体吸湿剂”的角色。

另外，未饱和干空气中蕴含的能量可以用于空调制冷，即利用干空气能，来达到空调制冷的效果。所以从这个意义上来说，“干空气能”又起到了降温的作用。这是由于干空气可以容纳较多水汽，而水蒸发成气体会吸收大量的热量，因此在蒸发过程中就产生了制冷效应。空气越干燥，水的蒸发能力越强，吸收的热量越多，即干空气中可利用的能量就越大，产生的制冷量越大。通过干空气水汽分压与饱和空气水汽分压之差的驱动势而对湿空气降温，这个过程其实是干空气蕴含的能量转化为热能的一种方式。干空气由于其水蒸气处在不饱和状态而具备了对外做功的能力，当其达到了饱和状态时，就停止了对外做功的能力，这种蕴含在未饱和干空气中的能量就是“干空气能”。蒸发冷却空调就是利用“干空气能”来达到建筑物降温的目的。

与太阳能、风能等环保能源一样，干空气能也可作为一种能源，并成为制冷空调的新动力。“干空气能”蒸发冷却空调技术的工作原理是，干空气可以容纳较多的水汽，以水为制冷剂，干空气在吸收水汽由于变湿的过程中为空调提供制冷动力，而水在由液态变为气态的过程中可吸收热量，从而达到降温的效果［12］。干空气能制冷空调产品适合于中国目前的经济发展状况和消费者对于空调产品的综合要求，拥有更广阔的市场空间和市场前景。

我国西北等干燥地区蕴藏着丰富的“干空气能”。目前，“干空气能”蒸发冷却空调技术在西北等干旱、半干旱地区已得到广泛的推广应用。因此，对于这些干燥地区而言，由于大自然已将室外湿空气进行了很好的除湿，因此，我们应充分利用干空气气体吸湿剂，直接消除室内的湿负荷，大大降低人工制冷除湿的能耗，同时充分利用“干空气能”，达到尽量采用蒸发冷却天然冷源降温的目的，从而实现建筑低能耗、低碳、健康的目的。

5 结束语

固体吸湿剂和液体吸湿剂是我们经常提到的吸湿剂，而“气体吸湿剂”作为一种新的概念被提及。气体吸湿剂是一种特殊的、气态的干燥的空气，可以和蒸发冷却技术结合用在空调中，不但可以提高蒸发冷却空调的效率，而且扩大了使用范围，在蒸发冷却空调技术中起着重要的作用。本文主要通过探讨气体吸湿剂:压缩空气和干空气，进一步说明了“气体吸湿剂”的概念。因此，今后当我们再谈及吸湿剂的种类时，希望大家不仅能想到固体吸湿剂和液体吸湿剂，也能自然联想到一种新的吸湿剂—— “气体吸湿剂”。

［1］夏青，黄翔，殷清海.蒸发冷却空调术语的分类探讨［J］．制冷空调与电力机械，2011，32（4）:30－33

［2］黄翔.蒸发冷却空调理论与应用 ［M］．北京:中国建筑工业出版社，2010

［3］王倩，孙晓秋.蒸发冷却技术在我国非干燥地区的应用研究 ［J］．节能，2004（7）:8－10

［4］黄翔.空调工程 ［M］．北京:机械工业出版社，2006

［5］徐学利，张立志，朱冬生.液体除湿研究与进展［J］．暖通空调，2004，34（7）:22－26

［6］程立娜，王效民.空调除湿方式的初步分析 ［J］．山西建筑，2008，34（30）:198－199

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［8］易晓勤，刘晓华.两种液体吸湿剂的除湿性能比较［J］．中国科技论文在线，2009，4（7）:522－526

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［10］李成成，黄翔.高压喷气蒸发冷却技术在工业厂房通风降温的初探［D］．2011全国通风技术学术年会论文集，2011:112－115

［11］吴生，黄翔，李成成，等.高压喷气+直接蒸发冷却在工业厂房的应用 ［J］．流体机械，2012，40（5）:76－79

［12］约翰·瓦特（John R.Watt，P.E），威尔·布朗（Will K.Brown，P.E）（美）.蒸发冷却空调技术手册［M］．黄翔，武俊梅等，译.北京:机械工业出版社，2008