李雁

　　【摘要】 水工藝處理構(gòu)筑物在北方地區(qū)為了防凍全部放置在加房的建筑物內(nèi)。當(dāng)處理的原水溫度過低時(shí)，它極易受室外溫濕度的影響，產(chǎn)生結(jié)露。這就引出了一個新的課題——除濕設(shè)計(jì)。
　　【關(guān)鍵詞】 構(gòu)筑物 原水 溫度 濕度 材料

1 引言

　　水工藝的處理過程是在不同功能的水處理池內(nèi)完成的。在北方地區(qū)為了防凍，將這些敞露的水處理池全部放置在加房的構(gòu)筑物內(nèi)，而當(dāng)處理低溫原水時(shí)，它極易受室外溫濕度的影響，產(chǎn)生結(jié)露。這就引出了一個新的課題——除濕設(shè)計(jì)。
　　當(dāng)在加房的構(gòu)筑物內(nèi)處理溫度過低的原水時(shí)，低溫水面、池壁、管道會直接和間接地傳導(dǎo)，引起整個室內(nèi)環(huán)境溫度的下降，如果室外溫升高、濕度加大，當(dāng)達(dá)到其露點(diǎn)溫度時(shí)，即相對濕度幾乎達(dá)到100％，建筑物內(nèi)的水面、池壁與管壁表面產(chǎn)生大量結(jié)露大量凝結(jié)水并引起嚴(yán)重的霧氣。
　　水工藝處理構(gòu)筑物內(nèi)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，會給運(yùn)行和設(shè)備帶來許多的危害。由于空氣的潮濕，生產(chǎn)環(huán)境極端惡劣，地面積水，墻壁結(jié)露發(fā)霉。特別是電氣設(shè)備、電纜橋架、管道等表面腐蝕、生銹，并引起電路系統(tǒng)短路。
　　北京市第九水廠二期工程一開始投入運(yùn)行正值夏季，高溫高濕的室外環(huán)境引起構(gòu)筑物內(nèi)整個空間出現(xiàn)低溫高濕的結(jié)露現(xiàn)象，這在國內(nèi)尚屬首次。經(jīng)過我院設(shè)計(jì)和二年的實(shí)踐解決了這個難題。本文著重就這類水工藝處理構(gòu)筑物的除濕設(shè)計(jì)加以介紹與總結(jié)。

2 工程簡介

　　北京市第九水廠是北京市第一座超大型地面水水廠，是我國水處理設(shè)施完善、自動化水平較高的現(xiàn)代化大型水廠。該工程分兩期建設(shè)，第二期為了減少用地，水處理工藝過程中的混合、絮凝反應(yīng)、沉淀、過濾、炭吸附等處理池集中于一體，并全部放置在加房的集團(tuán)式凈化主體構(gòu)筑物內(nèi)（下文中稱為綜合池），該構(gòu)筑物的建筑面積約為15000m²，高度約為9m。在構(gòu)筑物內(nèi)各種水處理池全部敞露，水面面積占建筑面積62％。除處理水池外設(shè)備間和廊道內(nèi)布置有Φ700～Φ1000裸露的工藝沖洗水管，長度約為1120m。
該水廠從二期開始從密云水庫潮白河庫區(qū)取水，為了保證原水的質(zhì)量，取水深度設(shè)在40米。經(jīng)過歷年的監(jiān)測密云、懷柔水庫水每年12月至翌年3月，水溫都在5℃以下，1～2月份，水溫在3℃。由于深層取水，原水水溫常年保持在1～12℃。原水從密云水庫潮河庫區(qū)經(jīng)74.5公里的輸水管道自流到水廠內(nèi)。
　　在設(shè)計(jì)過程中，因首次采用直接輸送方式，并沒有考慮到在密云水庫深層獲取的原水溫度是那么低，以致會帶來嚴(yán)重不良后果。該工程1995年7月正式通水投入使用，夏季室外高溫高濕的空氣通過門、窗縫隙進(jìn)入室內(nèi)，遇到低溫的水面和管道，馬上在水面上產(chǎn)生大量霧氣并迷漫整個室內(nèi)空間使得人進(jìn)入房間后看不到5米以外的物體，更為嚴(yán)重的是工藝沖洗水管管外壁、電纜橋架、池壁及屋面網(wǎng)架上結(jié)滿了露水，嚴(yán)重地影響了設(shè)備的使用壽命，并影響了工作人員的巡視。

3 除濕技術(shù)路線構(gòu)思

　　除濕方法有多種多樣，采用何種技術(shù)路線與方法能有效地解決在大面積大空間水工處理構(gòu)筑物內(nèi)產(chǎn)生的低溫高濕工況國內(nèi)乃至國際均沒有先例。
　　若采用通風(fēng)除濕是最經(jīng)濟(jì)、簡單快捷辦法，可北京地區(qū)夏季室外通風(fēng)溫度為30℃，最熱月平均室外計(jì)算相對濕度78％，在排除大量濕空氣的同時(shí)，要有室外空氣不斷補(bǔ)人，空氣進(jìn)入房間馬上達(dá)到露點(diǎn)溫度，要達(dá)到除濕目的，需要用不小于2次／時(shí)換氣次數(shù)通風(fēng)換氣，通風(fēng)量太大很難防止室外灰塵和污染物滲入房間，也就很難達(dá)到較高的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，此方案不宜使用。采用遠(yuǎn)紅外線除濕，其服務(wù)范圍太小，且能耗大，不能大面積實(shí)施。而按干式除濕原理生產(chǎn)的蜂窩式轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)比較適合大面積大空間水工藝處理構(gòu)筑物的低溫高濕狀態(tài)，但該設(shè)備較復(fù)雜，體積大，且需要加熱裝置利用蒸汽使其再生，而已建成的水工處理構(gòu)筑物內(nèi)高低錯落，走道板沒有考慮怎么大荷載，為了除濕還要增加一套加熱設(shè)備，實(shí)現(xiàn)起來難度很大。
　　在此項(xiàng)工程中，按照集團(tuán)式凈化主體構(gòu)筑物現(xiàn)有的情況，我們要解決此項(xiàng)工程低溫高濕工況的除濕問題，必須正確的選擇除濕技術(shù)路線，經(jīng)過多方案比較與計(jì)算分析，本著首先從隔絕冷源，封閉隔斷空氣入手，再利用升溫除濕和冷凍除濕相結(jié)合的原理，達(dá)到除濕目的，即綜合除濕技術(shù)路線這個方案的事實(shí)證明這個除濕技術(shù)路線是正確的。
　　除濕路線框圖

　　

　　除濕方案比較表(僅設(shè)備及安裝部分)

方案名稱 通風(fēng)除濕 遠(yuǎn)紅外線除濕 蜂窩式轉(zhuǎn)輪除濕 綜合除濕 實(shí)施條件 不能采用 服務(wù)范圍小 實(shí)施困難 簡單易實(shí)現(xiàn) 目標(biāo)投資比 － － 約350萬元 約250萬元

　　選用綜合除濕方案有以下幾點(diǎn)理由：
　?、?簡單易實(shí)現(xiàn)
　　在已經(jīng)建成的集團(tuán)式凈化主體構(gòu)筑物內(nèi)用鋁合金玻璃隔斷隔斷對外通道，對工藝沖洗管道進(jìn)行保冷處理，施工比較便利。利用構(gòu)筑物內(nèi)現(xiàn)有散熱設(shè)備和供熱系統(tǒng)，在夏季為了除濕，鍋爐房起用一臺運(yùn)行來保證室溫，雖然繁瑣，耗費(fèi)人力和燃料，但馬上就能實(shí)現(xiàn)。
　?、?不用對結(jié)構(gòu)改造和加固
　　冷凍式除濕機(jī)體積小，重量輕，可以分散布置，比較容易運(yùn)到室內(nèi)安裝，應(yīng)分散布置不會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生集中荷載。
　?、?設(shè)備少，維修工作量小
　　在整個除濕過程中，涉及到設(shè)備的只有20臺除濕機(jī)，每臺除濕機(jī)都可以根據(jù)其服務(wù)范圍濕度變化自動開、停機(jī)。

4 方案實(shí)施

　　該項(xiàng)目分四個步驟進(jìn)行實(shí)施。
4.1 除濕設(shè)備選擇
　　除濕設(shè)備在除濕設(shè)計(jì)中起著決定因素，下述三項(xiàng)措施均為其服務(wù)。冷凍式除濕機(jī)只適合于空氣的露點(diǎn)溫度高于4℃的場合，當(dāng)進(jìn)風(fēng)參數(shù)干球溫度27℃，濕球溫度21.2℃時(shí)，其除濕效果最佳。
　　凈化主體構(gòu)筑物混合、絮凝反應(yīng)、沉淀、過濾、炭吸附池走道板分裝16臺，濾池管廊每條安裝2臺，兩個系列和八條管廊共放置20臺除濕量為20Kg／h。
4.2 保冷措施
　　濾池管廊和設(shè)備間內(nèi)各種規(guī)格的工藝沖洗管道和處理水池池外壁做保冷材料。
　　近年來，保溫材料的品種增多，選擇范圍很大。根據(jù)技術(shù)要求，現(xiàn)場條件，經(jīng)濟(jì)造價(jià)等多方面綜合比較，在本工程中選用了阻燃型高壓聚乙烯泡沫塑料（PEF）。該材料質(zhì)量輕、導(dǎo)熱系數(shù)小，尺寸穩(wěn)定，整體性強(qiáng)，防水性能佳，施工方便。
　　按照《設(shè)備及管道保冷技術(shù)通則GB11790－89》有關(guān)規(guī)定進(jìn)行保冷厚度計(jì)算確定。
　　當(dāng)公稱直徑小于和等于1000mm的管道和設(shè)備保冷層厚度計(jì)算公式：
　　D₁／D₀l_n（D₁／D₀）＝2λ／（α_s·D₀）·（T_f－T_s）／（T_s－T_a）
　　δ＝（D₁－D₀）／2
　　當(dāng)公稱直徑大于1000mm 的管道和設(shè)備保冷層厚度計(jì)算公式：
　　δ＝λ／α_s·（T_f－T_s）／（T_s－T_a）
　　式中 δ——保冷層厚度，m。
　　α_s——保冷層外表面對周圍空氣的放熱系數(shù)，W／m²·K（Kcal／m²·h·℃）。
　　T_f——介質(zhì)溫度，K（℃）。
　　T_a——環(huán)境溫度，K（℃），采用夏季室外空調(diào)計(jì)算溫度，其相對濕度（Φ，％）采用最熱月月平均相對濕度。
　　T_s——保冷層外表面溫度，K（℃），保冷層外表面溫度（t_s）＝露點(diǎn)溫度（t_d）＋1～2℃。
　　λ——保冷層材料導(dǎo)熱系數(shù)，W／m·K（Kcal／m·h·℃）。
　　D₀——管道或圓筒設(shè)備的外徑，m。
　　D₁——管道或圓筒設(shè)備保冷層外徑，m。
　　計(jì)算數(shù)據(jù)取自《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ19－87》，工藝沖洗管道和處理水池池外壁采用高壓聚乙烯泡沫塑料做保冷，其材料層厚度為90毫米。由于經(jīng)濟(jì)因素，實(shí)施時(shí)厚度定為30毫米。
4.3 隔斷封閉
　　為了有效地隔斷室外空氣大量侵入，在濾池與人員流動較大的設(shè)備間處加設(shè)了封閉鋁合金中空玻璃隔斷，通往濾池只開一扇門，把處理水池區(qū)與工作區(qū)分開；濾池下部管廊兩端出入口原設(shè)計(jì)的彩板組角玻璃門內(nèi)側(cè)增加門斗。考慮到濾池與下部濾池管廊采光孔產(chǎn)生空氣對流，在采光孔處也加設(shè)了封閉鋁合金中空玻璃隔斷。
4.4 散熱設(shè)備
　　凈化主體構(gòu)筑物生產(chǎn)部利用已裝采暖設(shè)備在夏季進(jìn)行采暖，提高整個生產(chǎn)區(qū)的室溫以減少室內(nèi)高濕情況。
　　為了提高濾池管廊內(nèi)的溫度，濾池管廊加裝了采暖設(shè)備。

5 測試結(jié)果

　　該水廠二期工程凈化主體構(gòu)筑物除濕在去年采用了四項(xiàng)措施，對池壁、管道進(jìn)行保溫；封閉對外的門以隔斷空氣交換；利用原有采暖系統(tǒng)對室內(nèi)升溫；設(shè)置冷凍除濕機(jī)以降低室內(nèi)濕度。這些措施在96年夏季出現(xiàn)霧氣后只完成了前三項(xiàng)，雖取得了初步成效，但沒有經(jīng)過春夏秋各季的考驗(yàn)及系統(tǒng)的測試，也沒有獲取各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。該水廠擴(kuò)建工程（三期）所采用凈化主體構(gòu)筑物基本同二期，為了更好、更經(jīng)濟(jì)地處理解決北方地區(qū)應(yīng)低溫取水使加房后的水工處理構(gòu)筑物在夏季產(chǎn)生霧氣的現(xiàn)象，為了給今后設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，97年4月，我們著手對凈化主體構(gòu)筑物做除濕試驗(yàn)。
　　除濕試驗(yàn)分四種情況組合，第一種，利用現(xiàn)做好封閉隔斷，在不做任何升溫、除濕處理措施的情況下測試室內(nèi)溫度和濕度，并觀察管壁、池壁的結(jié)露情況；第二種，利用現(xiàn)做好封閉隔斷，開啟除濕機(jī)測試室內(nèi)溫度和濕度，并觀察管壁、池壁的結(jié)露情況及室內(nèi)變化情況；第三種，廠內(nèi)自建鍋爐房投入運(yùn)行，凈化主體構(gòu)筑物利用現(xiàn)有采暖系統(tǒng)對室內(nèi)升溫。在升溫過程中測試室內(nèi)溫度、濕度的變化，并觀察管壁、池壁的結(jié)露情況。當(dāng)升溫穩(wěn)定后，把封閉隔斷打開測試室內(nèi)溫度和濕度，觀察結(jié)露情況；第四種，凈化主體構(gòu)筑物利用現(xiàn)有采暖系統(tǒng)對室內(nèi)升溫，開啟除濕機(jī)在房間封閉狀態(tài)測試室內(nèi)溫度和濕度，并觀察結(jié)露情況，把封閉隔斷打開測試室內(nèi)溫度、濕度，并觀察管壁、池壁的結(jié)露情況。上述四種情況分編成兩組，第一、二種分為一組，第三、四種分為另一組。
　　剛開始試驗(yàn)時(shí)，在不做任何升溫、除濕處理措施的情況下測試室內(nèi)溫度和濕度，其溫度保持在20℃，濕度在45％，管壁、池壁沒有結(jié)露情況。到了6月底，室外溫度提高并出現(xiàn)多云天氣，構(gòu)筑物內(nèi)整個空間出現(xiàn)了霧氣，保溫外表面也產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，當(dāng)開啟除濕機(jī)，設(shè)備運(yùn)行大約30分鐘后，其周圍的霧氣減少。除濕設(shè)備連續(xù)工作，構(gòu)筑物內(nèi)的霧氣完全控制了，其溫度又保持在20℃，濕度在45％。部分?jǐn)?shù)據(jù)整理見下附表。

日期 室外環(huán)境及水溫 開機(jī)前室內(nèi)環(huán)境 開機(jī)后室內(nèi)環(huán)境 1997 溫度℃ 降水概率％ 水溫℃ 溫度℃ 濕度％ 效果 溫度℃ 濕度％ 效果 5.5 24 20 10 15 44 良好 － － － 5.13 20 70 9 16 82 多霧 17 50 良好 6.4 25 40 13 16 64 少霧 17 44 良好 6.23 35 20 16 22 73 中霧 23 48 良好 7.3 28 90 16.5 20 83 多霧 24 48 良好 7.24 35 50 16 22 70 中霧 24 46 良好 8.5 34 50 14 21 76 多霧 23 52 良好 8.30 30 20 15 21 73 中霧 22 50 良好

　　冷凍除濕機(jī)的使用，其封閉隔斷打開了，室內(nèi)的溫、濕度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)。
　　二年的實(shí)踐證明，對于水工藝構(gòu)筑物內(nèi)產(chǎn)生的低溫高濕的綜合除濕方法是完全成功的。

6 結(jié)束語

　　① 該水廠二期工程的凈化主體構(gòu)筑物除濕采用了對池壁、管道進(jìn)行保溫；封閉對外的門以隔斷空氣交換；利用原有采暖系統(tǒng)對室內(nèi)升溫；設(shè)置冷凍除濕機(jī)以降低室內(nèi)濕度四項(xiàng)措施。實(shí)踐證明這些措施對整個空間出現(xiàn)低溫高濕工況治理是行之有效的。
　?、?在水處理工藝構(gòu)筑物內(nèi)出現(xiàn)低溫高濕工況，只要采用了對池壁、管道進(jìn)行保溫和設(shè)置冷凍除濕機(jī)以降低室內(nèi)濕度二項(xiàng)措施，就可以整個空間出現(xiàn)低溫高濕工況進(jìn)行治理。
　?、?冷凍除濕機(jī)降低室內(nèi)濕度，一般情況是受溫、濕度條件的限制。在低溫工況下使用的冷凍除濕機(jī)必須是一體機(jī)，在降溫的同時(shí)利用冷凝器對其出風(fēng)升溫，以達(dá)到送風(fēng)溫度平衡。該問題本文不做細(xì)述，可做專題另行論述。