崔少云，宋 媛，李志勇

（1.嘉興學(xué)院工程管理系，浙江 嘉興 314001；2.嘉興學(xué)院建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程系，浙江 嘉興 314001）

引言

濕度和人們的生產(chǎn)生活具有密切聯(lián)系。無論是生活時所處的環(huán)境，還是生產(chǎn)活動中所需要的條件，都是一個不可忽略的因素。如對于舒適性，夏季空調(diào)相對濕度宜維持在40%～80%、冬季采暖相對濕度宜維持在30%～60%[1]。此外還有其他領(lǐng)域?qū)穸鹊囊蟛煌?。?dāng)今社會，隨著人類社會的發(fā)展，人們對于環(huán)境中濕度的要求越來越高，而除濕技術(shù)也已經(jīng)在生活、生產(chǎn)中廣泛運(yùn)用。

除濕技術(shù)有很多種類，并且在不同的環(huán)境中除濕的要求也不同。曾等[2]介紹了舒適性空調(diào)、設(shè)備用氣等領(lǐng)域的除濕要求，并以露點(diǎn)為依據(jù)對除濕進(jìn)行了等級劃分。除了除濕要求不同之外，除濕系統(tǒng)所需要的裝備成本、能耗與后期維護(hù)等也各不相同。

綜上所述，目前的較多研究和應(yīng)用均涉及到除濕領(lǐng)域，所以本文以文獻(xiàn)綜述的方式對一些除濕技術(shù)進(jìn)行原理的介紹以及較為詳細(xì)的分類，并針對近來的除濕研究從優(yōu)缺點(diǎn)、全生命周期以及耦合系統(tǒng)等方面對其進(jìn)行簡略分析。

1 除濕技術(shù)

1.1 冷凝除濕

1.1.1 冷凝除濕原理

冷凝除濕是應(yīng)用較廣泛的除濕技術(shù)，利用了露點(diǎn)法的原理，將濕空氣接觸某物體表面，使其冷卻至露點(diǎn)溫度以下，凝結(jié)為液態(tài)水，然后再對空氣進(jìn)行加熱排出，從而降低空氣濕度。

1.1.2 冷凝除濕分類

根據(jù)冷凝除濕的原理，可分為壓縮除濕、熱電冷凝除濕和熱泵除濕。

壓縮除濕是通過對空氣加壓實(shí)現(xiàn)較高的露點(diǎn)，再用冷凍除濕的方式將溫度降至露點(diǎn)以下；熱電冷凝除濕屬于新型除濕技術(shù)，建立在熱電制冷的基礎(chǔ)上，主要是利用了塞貝克效應(yīng)和珀?duì)柼?yīng)，而關(guān)鍵是珀?duì)柼?yīng)；熱泵除濕是以熱泵技術(shù)為基礎(chǔ)的除濕方式，熱泵技術(shù)[3]本質(zhì)是運(yùn)輸熱量，以逆循環(huán)方式將熱量從低溫環(huán)境送至高溫環(huán)境，可以有效地利用低品位熱源。該除濕技術(shù)[4]可以多種熱源為能源，如空氣源、水源、地源等。熱泵除濕可按干燥器、熱泵工質(zhì)與物料接觸方式、干燥介質(zhì)的循環(huán)等分類。該技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于木材干燥、食品加工和物料的干燥過程等。

1.1.3 優(yōu)缺點(diǎn)及全生命周期分析

冷凝除濕是現(xiàn)在一種成熟、可靠的除濕技術(shù)，性能穩(wěn)定，可連續(xù)除濕。其中壓縮制冷除濕效率高，環(huán)境相對濕度下降快，不需要熱源，在除濕量較大時更為經(jīng)濟(jì)。但其對環(huán)境不友好，產(chǎn)生的氟利昂會破壞臭氧層，并且難以深度除濕。從其全生命周期分析，制冷除濕設(shè)備成本較高、耗能大，不宜在溫度過高或過低的場所使用，維護(hù)保養(yǎng)比較麻煩。

熱電冷凝除濕[5]相比于傳統(tǒng)的除濕技術(shù)，具有以下優(yōu)勢：設(shè)備體積小、穩(wěn)定性高；無需制冷劑和干燥劑，對環(huán)境友好；對環(huán)境要求低，即可在較為惡劣的環(huán)境中工作；熱電除濕裝置可以利用低品位能源。雖然熱電除濕技術(shù)運(yùn)用越來越廣泛，但仍存在眾多問題。從其全生命周期分析，該除濕技術(shù)裝置結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備成本較低，后期也不需要經(jīng)常維修。

熱泵干燥技術(shù)[6]具有以下優(yōu)勢：明顯的節(jié)能效果且十分高效；對環(huán)境友好無排放，可密閉不受外界環(huán)境影響；在工作時可獲得冷量，能夠加以利用；一種較為溫和的干燥方式，對干燥物基本無影響。但其設(shè)備需要高品位能源供應(yīng)。從其全生命周期分析，設(shè)備內(nèi)部裝置成本高，前期投入大，投入使用后維護(hù)保養(yǎng)要求高，需要有一定技術(shù)的維修人員定期維修，檢查工質(zhì)是否泄漏。

1.1.4 與其他技術(shù)的耦合

冉廣鵬等[7]提出將冷卻除濕與轉(zhuǎn)輪除濕結(jié)合的新風(fēng)除濕系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明新的除濕系統(tǒng)提高了除濕量；查小波等[8]提出基于蒸發(fā)冷卻技術(shù)的間接蒸發(fā)冷卻與冷凝除濕新風(fēng)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)具有較高的節(jié)能潛力；魏超等[9]就某地下水電站的潮濕和結(jié)露問題，提出了冷卻除濕和轉(zhuǎn)輪除濕綜合運(yùn)用的除濕改造方案，徹底解決了潮濕結(jié)露問題。

1.2 溶液吸收除濕

1.2.1 溶液吸收除濕原理

溶液吸收除濕的原理是除濕溶液表面飽和水蒸汽分壓力低于同溫度下水表面飽和空氣層水蒸汽分壓力，以此將空氣中的水分子轉(zhuǎn)移至溶液中，達(dá)到空氣除濕的效果。除濕溶液（除濕劑）一般有二甘醇、三甘醇和氯化鋰水溶液等[10]。

1.2.2 溶液除濕分類

溶液除濕系統(tǒng)一般由除濕器、再生器和循環(huán)泵構(gòu)成，其中根據(jù)是否對空氣和液體之間的熱質(zhì)交換過程進(jìn)行冷卻，可將除濕器分為絕熱型（即除濕器與外界熱傳遞很少，可忽略）和內(nèi)冷型（即除濕器工作時，被外加的冷源冷卻，內(nèi)冷型除濕器根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同，根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同，分為空氣冷卻型、水冷卻型和混合冷卻型[11]）。又可根據(jù)溶液再生形式的不同將再生器分為空氣式和沸騰式，以及新提出的電滲析溶液再生法[12]。

1.2.3 優(yōu)缺點(diǎn)及全生命周期分析

溶液除濕相對于傳統(tǒng)的冷卻除濕具有以下優(yōu)勢[10-12]：在利用太陽能、工業(yè)余熱等低品位熱源方面有一定優(yōu)勢，節(jié)能環(huán)保；能夠?qū)崿F(xiàn)對熱、濕負(fù)荷的獨(dú)立控制，系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活；除濕溶液除可以作為除濕劑除濕外，還可以消滅細(xì)菌和微生物等有害物，提高空氣品質(zhì)。由于該除濕方式的特殊性，所以受限于除濕溶液，而當(dāng)前對除濕溶液和除濕器的研究較少；經(jīng)過除濕溶液的空氣可能附帶液體。張[8]等列出理想除濕溶液應(yīng)具備的一些特性：表面蒸氣壓低，溶解度高，揮發(fā)性小，腐蝕性小，性質(zhì)穩(wěn)定，無毒等。從其全生命周期分析，溶液除濕設(shè)備成本較高，并且除濕溶液的再生耗能較大，由于其溶液多為腐蝕性液體，投入使用后一方面需要注意控制溶液的濃度，避免損壞循環(huán)泵或堵塞；另一方面需要定期補(bǔ)換除濕溶液，有較高的設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。

內(nèi)冷型除濕器[8]降低了溶液的溫度，保持了其除濕能力。不同的冷卻介質(zhì)的除濕器有著不同的特點(diǎn)，如空氣介質(zhì)除濕器，可帶走部分汽化潛熱，提高傳質(zhì)過程；水冷介質(zhì)除濕器[13]所需溶液除濕流量小，蓄能能力強(qiáng)，但比表面積小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

絕熱型除濕器[13]單位體積的換熱面積（比表面積）大，能處理流量較大的濕空氣，并且結(jié)構(gòu)簡單緊湊，但絕熱型除濕器與外界熱的傳遞少，除濕過程產(chǎn)生的熱量被空氣和溶液吸收，導(dǎo)致溶液除濕效果下降。雖可通過加大除濕溶液流量來增強(qiáng)除濕效果，但溶液除濕能力仍會有所下降，并且導(dǎo)致溶液耗費(fèi)。

1.2.4 與其他技術(shù)的耦合

劉松松針對傳統(tǒng)空調(diào)采用冷卻除濕的方法，存在再熱損耗、熱濕比適應(yīng)性差等問題，提出熱泵預(yù)熱型溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)耦合傳統(tǒng)的熱泵系統(tǒng)和溶液系統(tǒng)，解耦處理熱濕負(fù)荷[14]。折曉會提出了一種溶液除濕蒸發(fā)過冷復(fù)合制冷系統(tǒng)，主要包括蒸汽壓縮制冷循環(huán)、溶液除濕再生循環(huán)和間接蒸發(fā)冷卻循環(huán)。旨在解決制冷劑過冷方法存在的不足，以及冷凝熱的利用需要較高的冷凝溫度（60℃以上）,降低了系統(tǒng)性能等問題[15]。

1.3 吸附與轉(zhuǎn)輪除濕

1.3.1 吸附與轉(zhuǎn)輪除濕（吸附和吸收）原理

吸附除濕是利用固體吸附劑吸附空氣中的水蒸汽來除濕的，常見的固體吸附劑有活性炭、硅膠、溴化鋰和氧化鈣等。活性炭這類固體吸附劑具有大量孔隙，與空氣接觸面積大，除濕過程為物理作用；而氧化鈣這類固體吸收劑，吸收水分后變成帶有結(jié)晶水的水化物，除濕過程為物理化學(xué)過程。

1.3.2 吸附與轉(zhuǎn)輪除濕分類

吸附轉(zhuǎn)輪除濕裝置一般分為除濕區(qū)和再生區(qū)。吸附轉(zhuǎn)輪除濕根據(jù)除濕區(qū)吸附裝置分為固定床式和旋轉(zhuǎn)式，而旋轉(zhuǎn)式一般為蜂窩狀式轉(zhuǎn)輪。

固定床式系統(tǒng)[16]一般采用間歇式的工作方式，可通過切換實(shí)現(xiàn)兩個固定床交替除濕和再生的過程，從而使系統(tǒng)連續(xù)除濕。旋轉(zhuǎn)式除濕器一般以蜂窩狀式轉(zhuǎn)輪[17]作為主體，該結(jié)構(gòu)用載有固體吸附劑的特殊復(fù)合耐熱材料制成。內(nèi)用隔板分別為270°和90°的兩個扇區(qū)，前者除濕，后者再生。

1.3.3 優(yōu)缺點(diǎn)及全生命周期分析

當(dāng)前的轉(zhuǎn)輪除濕技術(shù)已較為成熟，并廣泛應(yīng)用于醫(yī)療制藥、食品加工等行業(yè)。與傳統(tǒng)的壓縮冷凝除濕相比具有以下優(yōu)勢[18]：采用轉(zhuǎn)輪除濕技術(shù)可節(jié)約總的電力消耗，已實(shí)現(xiàn)節(jié)能；低能消耗，所需要的熱源溫度要求低，能夠利用太陽能、余熱等低品位能源；能夠較好地控制周圍環(huán)境的相對濕度低達(dá)±1%；除濕所用吸附吸收劑無污染，對環(huán)境友好。但也存在很多不足，如吸附吸收劑除濕能力差，能源利用效率較低，在相對濕度較高時需要增加加熱器避免吸附劑過飽和等。從其全生命周期分析，該設(shè)備結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本費(fèi)用較高，使用后耗能較低，后期維護(hù)較為簡單。

固定床式吸附除濕系統(tǒng)具有處理風(fēng)量大、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。李維等[19]人以硅膠為吸附劑，對固定床式除濕性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。固定床的床結(jié)構(gòu)、吸附材料和濕空氣進(jìn)口溫度、含濕量都會影響系統(tǒng)的除濕性能。

蜂窩狀轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)[17]可以連續(xù)除濕，采用的固體吸附劑避免了帶液問題，但由于除濕過程為絕熱除濕，其除濕效果隨著吸附熱的產(chǎn)生而降低，再生溫度也隨吸附溫度升高而提升，需要輔助熱源實(shí)現(xiàn)再生。

1.3.4 與其他技術(shù)的耦合

劉異等提出高溫?zé)岜棉D(zhuǎn)輪除濕及輻射供冷復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)，高溫?zé)岜棉D(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)承擔(dān)全部潛熱和新風(fēng)復(fù)合，輻射板承擔(dān)顯熱復(fù)合，分析得出了其滿足高溫高濕地區(qū)的濕負(fù)荷處理要求[20]。李江波提出將熱管換熱器替代傳統(tǒng)的熱交換熱備，組成兩極轉(zhuǎn)輪除濕和熱管換熱器復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)，并研究了復(fù)合系統(tǒng)的地區(qū)適用性[21]。

1.4 膜除濕

1.4.1 膜除濕原理

膜除濕技術(shù)[22]是以膜分離技術(shù)為基礎(chǔ)的新型除濕技術(shù)，膜分離技術(shù)原理是一種利用膜材料的選擇透過性，使得濕空氣在通過膜表面時，水蒸氣透過膜進(jìn)入而其他氣體不能透過，實(shí)現(xiàn)了水蒸氣與干燥空氣分離。該技術(shù)以膜兩側(cè)水蒸氣壓力差為驅(qū)動力，在滲透側(cè)水分子容易聚積，使后續(xù)透過速率降低，導(dǎo)致除濕效率下降，通?？刹捎么祾?、抽真空等方法去解決。

1.4.2 膜除濕分類

除濕膜[22]是膜除濕技術(shù)最核心的部件，膜除濕技術(shù)通常以除濕膜為基礎(chǔ)進(jìn)行分類。根據(jù)膜的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，除濕膜可分為微孔膜、均質(zhì)膜和復(fù)合膜：

1）微孔膜的結(jié)構(gòu)比較疏松,孔徑范圍是3～100 nm，其除濕原理和傳統(tǒng)的過濾機(jī)理類似；

2）均質(zhì)膜的孔徑一般在1.5 nm 以下，結(jié)構(gòu)非常緊湊，又叫致密膜，其分離效率取決于組分在膜中的擴(kuò)散系數(shù)和溶解度；

3）復(fù)合膜是由支撐層和分離層構(gòu)成，支撐層通常由多孔材料制成，為除濕膜的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性提供保障，分離層很薄，且具有良好的選擇滲透性。

膜材料可分為高分子聚合膜、無機(jī)膜和液膜：

1）高分子聚合膜的特點(diǎn)主要是自帶的羥基或親水性基團(tuán)可與水分子之間形成氫鍵，水分子被吸附到膜表面，擴(kuò)散透過膜,并在膜的另一側(cè)脫附，而其他氣體成分卻不能被膜表面吸附，從而達(dá)到除濕的目的；

2）無機(jī)膜是以無機(jī)材料為分離介質(zhì)制成的具有分離功能的滲透膜，主要包括陶瓷膜、金屬膜等；

3）高分子聚合膜和無機(jī)膜的活性層均為固體，而液膜的活性層是液體。液膜的工作原理主要是溶解和擴(kuò)散[23]。除此之外，張琪根據(jù)除濕機(jī)理又將膜除濕技術(shù)分為親水膜除濕技術(shù)和疏水膜除濕技術(shù)[24]。

1.4.3 優(yōu)缺點(diǎn)及全生命周期分析

膜除濕技術(shù)[25]是一種新型的除濕技術(shù)，與傳統(tǒng)除濕技術(shù)相比，膜除濕技術(shù)不需要吸附除濕擠或干燥劑，不需要再生或再加熱，除濕過程連續(xù)，運(yùn)行安全可靠，除濕效率高，環(huán)保無污染，占地小且可隨意安裝。從其全生命周期分析，除濕膜的相對成本較高，膜除濕設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，成本低。投入使用后，運(yùn)行過程能耗低，后期容易維護(hù)并且費(fèi)用低。

制備除濕膜的高分子聚合材料有丙烯酰胺、乙烯醇等聚合物。不同的高分子聚合材料制成的膜也有各自的特點(diǎn)，如聚丙烯酰胺-共-丙烯酸(PAMAC)復(fù)合膜的除濕效果與操作的條件有關(guān)，改變氣體的濕度、流速和溫度均對除濕效率產(chǎn)生影響，其具有較強(qiáng)的吸水性，在一定溫度下穩(wěn)定性強(qiáng)；聚乙烯醇(PVA) 制得的薄膜有較強(qiáng)的親水性、氣體分離性能好，并且物理和化學(xué)性質(zhì)都比較穩(wěn)定，還具有可降解的優(yōu)點(diǎn)。雖然存在眾多的優(yōu)點(diǎn)，但也有不足之處，如高分子聚合膜在長期工作之后，會出現(xiàn)滲透通量降低、機(jī)械強(qiáng)度會有一定下降等問題。

無機(jī)膜具有耐高溫、耐酸堿、耐有機(jī)溶劑、抗微生物入侵以及機(jī)械強(qiáng)度好等特點(diǎn)。

液膜很好地避免了固體膜選擇性低、通量小的問題。目前常用于液膜除濕的液體親水性物質(zhì)有室溫離子液體、三甘醇等。

1.4.4 與其他技術(shù)的耦合及展望

目前，對膜除濕與其他除濕技術(shù)相耦合還有待研究，膜除濕技術(shù)相對于其他除濕方式具有顯著的優(yōu)勢，將膜除濕技術(shù)與冷凍除濕技術(shù)、溶液除濕技術(shù)等其他除濕技術(shù)相耦合或可完成單獨(dú)系統(tǒng)無法完成的工作，未來可能成為膜除濕研究的又一個方向。

2 結(jié)論與展望

2.1 結(jié)論

1）除濕技術(shù)均存在自己的優(yōu)勢與不足，有待進(jìn)一步發(fā)展，而發(fā)展方向與其關(guān)鍵部件或關(guān)鍵材料等聯(lián)系密切。關(guān)鍵部件或材料的發(fā)展可能會給除濕技術(shù)帶來新的突破。

2）單一的除濕技術(shù)無法避免一些不可解決的問題，與其他技術(shù)的耦合有望解決這些問題，在經(jīng)濟(jì)或效率上更優(yōu)化。

2.2 展望

傳統(tǒng)的冷卻除濕系統(tǒng)還存在眾多問題：能耗高、效率低、對環(huán)境不友好等。未來熱電材料的發(fā)展、熱泵干燥器的發(fā)展，以及冷卻除濕與余熱利用裝置或與其他除濕技術(shù)的集成技術(shù)都會成為該除濕技術(shù)的發(fā)展方向。

溶液除濕系統(tǒng)不僅能夠除濕，還能夠消滅空氣中的細(xì)菌等，未來溶液除濕運(yùn)用范圍將會更加廣闊；除濕器和再生器作為溶液除濕系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，其制作工藝或傳熱傳質(zhì)面積的優(yōu)化等方面，是未來溶液除濕技術(shù)發(fā)展的重要方向；除此之外，除濕液的發(fā)展也將進(jìn)一步帶動該技術(shù)的發(fā)展。

固體轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)的環(huán)保適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)突出。除濕系統(tǒng)中吸附劑是關(guān)鍵材料，降低吸附劑再生溫度以及吸附劑的復(fù)合優(yōu)化可能是轉(zhuǎn)輪除濕發(fā)展的一個方向，未來轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)在機(jī)械設(shè)備、電子工業(yè)等領(lǐng)域會得到更廣泛的使用。

除濕膜作為該系統(tǒng)的重要部件，其制備材料、方法的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明以及對除濕膜的優(yōu)化改良都將推動該技術(shù)的發(fā)展。膜除濕技術(shù)在能耗低、操作簡易等方面優(yōu)勢突出，符合可持續(xù)發(fā)展的主題，應(yīng)對其推廣并加以發(fā)展。