空氣循環及熱控制對預制艙式二次組合設備艙內防凝露的影響分析

楊龍飛 楊 勇

（國電南瑞南京控制系統有限公司，江蘇 南京 211000）

0 引言

預制艙式二次組合設備因其功率密度大和施工周期短等優勢廣受變電、風電、光伏和儲能等行業的青睞。隨著電網的不斷發展，越來越多的預制艙式二次組合設備需要在地理環境更復雜、自然環境更復雜的地區長期運行。近年來，各地運維反饋的艙內凝露事件總量逐年增多，凝露會影響艙內電氣設備的可靠運行，造成安全隱患，更會影響到艙內設備和艙本身的使用壽命，甚至導致設備無法正常使用。所以，預制艙內的凝露問題越來越受到業內人士的重視。

一直以來，廣西壯族自治區各級政府不折不扣地貫徹落實中央強農惠農富農政策，始終把“三農”工作作為重中之重來抓，統籌城鄉發展，深入推進農業供給側結構性改革，在“三農”工作方面取得了一系列的成績——農業綜合實力大幅提升，農業基礎保障能力不斷增強，農村居民收入和生活水平顯著提高，農業生態和農村人居環境建設成效顯著等，這些都為實施鄉村振興戰略奠定了良好基礎。

1 凝露機理

凝露是指當空氣中的水汽達到飽和程度時，在溫度相對較低的物體上凝結的一種現象。這是因為氣溫的高低影響空氣最多能容納的水汽量的多少。當水汽飽和或接近飽和的熱空氣遇到相對較冷的物體時，由于熱交換作用空氣的溫度下降，空氣中能容納的水汽量也就減少，多余的水汽就會以凝結的方式形成水滴，附著在物體表面[1]。所以，凝露是空氣中的水汽在濕度和溫度達到一定關系時的一種特殊現象。

2 濕度對凝露的影響

濕度分為絕對濕度和相對濕度。

絕對濕度：是指每立方米的空氣中含有水汽的質量，常用單位是g/m3。

目前我國對這部分資源并沒有進行有效利用，除一部分用于生產甲殼素和少量通過蛋白酶水解回收蛋白質外，大部分被直接干燥后作為飼料，甚至成為垃圾。傳統的提取甲殼素的方法，是利用酸堿法從蝦殼中提取，去除甲殼中的色素、蛋白質和碳酸鈣等成分后獲得。提取甲殼素的方法還有酶解法和微生物發酵法；蝦殼蛋白的提取思路為利用蛋白酶水解、純化得到，此外也有用微生物發酵法來獲取蛋白。酸堿法提取雖然成本較低，但會產生大量的酸堿廢水，對環境污染嚴重，且目標物降解比較嚴重；相對而言，生物法利用蝦殼及蝦頭廢棄物條件溫和，避免了環境中的酸堿污染，不易導致甲殼素水解，可獲得高分子甲殼素，同時可以回收利用蛋白質和碳酸鈣等成分。

如圖3所示，最大水汽量隨溫度的升高呈凹的增長趨勢，圖3結合式（3）可知，溫度較低的空氣，即使相對濕度較高，其所含的水汽量的絕對值D1也不高。例如當空氣溫度為0 ℃且相對濕度為100%時，從表1可知，其水汽量D1=4.8 g/m3。而當空氣溫度為20 ℃，即使相對濕度較低，為40%，由式（3）可得：水汽量D1=17.1×0.4=6.84 g/m3。也就是說，20 ℃“相對干燥”的空氣若快速降溫至0 ℃，也會從空氣中冷析出“水滴”來。生活中人們常見的例子：夏天從冰箱里拿出的可樂，一段時間后其表面會出現大量的水滴，也是基于此種關系。

實際應用中，絕對濕度和相對濕度要分開討論。當水汽含量不變時，相對濕度與氣溫呈負相關。因為水汽含量不變，實際水汽壓也不變，當氣溫高時，飽和水汽壓高，空氣中的飽和水汽質量D2升高，由式（3）可知，相對濕度RH減小。當相對濕度達到和接近100%時，即表示該溫度下空氣中的水汽量處于飽和狀態，此為發生凝露現象前的臨界狀態。由式（3）可知，假如進一步下降空氣溫度從而減小D2，或者增加空氣中的水汽質量從而增大D1，都會使相對濕度RH突破100%，多余水汽就會從空氣中冷凝析出形成“凝露”。

3 案例分析

故按上文所述，優化后的空氣循環策略如表2所示。

綜上所述，預制艙內空氣或進入艙內的空氣遇到低溫物體導致空氣溫度下降過快且溫差大或艙內空氣因各種原因導致其相對濕度較高，是導致凝露產生的重要因素。因此預制艙式二次組合設備防凝露的關鍵在于以下4點：1）增強預制艙式二次組合設備頂蓋內壁整體的保溫性能，尤其注意邊角處或不易進行保溫處理的地方。2）根據預制艙現場實際運行情況，在艙內保溫薄弱處加裝加熱器，通過熱控制補償的方式，提高預制艙內部整體的保溫能力，保證預制艙內部各處溫度變化緩慢且穩定。3）根據現場預制艙內外環境中的實際溫濕度關系，優化空氣循環策略，更有針對性地使用工業風機對預制艙進行換氣，從而降低艙內的相對濕度。4）盡量避免溫暖且潮濕的空氣進入預制艙內部，必要時可使用工業空調的微正壓功能進行空氣循環。

1.2 統計學處理 采用SPSS 19.0對數據進行描述和統計分析。計數資料統計描述采用百分比/構成比，不同特征之間率的比較采用χ2 檢驗。檢驗水準(α)為0.05。

圖1 艙內頂部鋼結構凝露

標準氣壓下，空氣中水汽的最大容量（飽和濕度）與溫度的關系如表1、圖3所示。

圖2 艙內壁接縫處凝露

4 具體方案及應用效果

2）回南天艙內壁凝露現象分析：回南天是一種氣溫迅速回暖且濕度猛烈回升的自然現象，即天氣返潮，是華南地區或山區的一種常見且比較特別的天氣，通常表現為空氣十分潮濕，墻壁和地板上布滿水珠?；啬咸斓目諝庀鄬穸瘸３＝咏柡?，且由于熱慣性，艙內壁表面的溫度往往低于空氣溫度，當溫暖潮濕的空氣進入艙內遇到預制艙內壁后，空氣中的水汽首先會凝結在艙內壁表面形成露滴[4]，如圖2所示。

表1 最大水汽量與溫度關系表

圖3 最大水汽量與溫度

相對濕度：是指空氣中的水汽距離飽和狀態的程度。溫度一定的條件下，空氣中所能容納的水汽量是有限的，當水汽含量達到上限時，空氣就達到“飽和”，因此相對濕度即為絕對濕度與飽和濕度的比值，如式（3）所示。相對濕度可以直觀地反映空氣中水汽距離飽和的程度且容易被測量，所以日常生活中所說的“濕度”指的是“相對濕度”，用RH%表示。

1）寒冷冬天艙內頂部凝露現象分析：預制艙式二次組合設備頂蓋多采用鋼結構[2]，鋼的比熱容低且導熱性能良好，冬季艙外環境溫度較低時，頂蓋鋼結構保溫薄弱處會始終處于低溫的狀態。艙內環境溫度則不僅受設備運行發熱影響，且為保證艙內工作人員工作環境舒適，冬天艙內溫度一般控制在20 ℃以上，遠遠高于艙外溫度。此時若艙內人員活動頻繁或因其他原因導致艙內相對濕度偏高，溫暖且潮濕的熱空氣遇到較冷的頂蓋鋼結構，極容易產生凝露[3]，如圖1所示。

大力發展船舶修造業，進一步提高廣西船舶工業的發展水平，增強船舶工業對廣西船用品市場的支撐能力。廣西船舶修造業的快速發展，將產生巨大的集聚效應，吸引國內外船舶配套設備生產廠和供應商到來集散，進而帶動船用品市場等配套業的發展，從而強化廣西航運服務業整體功能。

結合電網公司現場預制艙式二次組合設備近幾年的運行反饋，在寒冷的冬天或空氣濕度較大的回南天這兩種典型的環境條件下，容易在艙內頂部或內壁形成凝露。

表2 預制艙式二次組合設備空氣循環策略表

基于上文所述，預制艙式二次組合設備空氣循環策略及熱控制具體方法如下：

飽和濕度：是指溫度一定的條件下，每立方米空氣中所能包括的最大（飽和）水汽質量，常用單位是g/m3。

1）冬季優先使用工業風機對艙內進行空氣循環換氣，且時間以中午時段為最佳，如表2中場景5所示。因為冬季艙內溫度一般會高于艙外自然環境溫度，所以無論何時換氣，都會導致冷空氣進入。雖然艙內溫度降低，空氣的飽和水汽量D2減小，但由圖3可知，冷空氣中是實際水汽量D1減小的比例更多。由式（3）可知，艙內的相對濕度RH反而會下降。此外再結合加熱器使艙內溫度升高，從而可進一步降低艙內的相對濕度RH。冬季中午氣溫相對較高且RH相對較低，中午進行空氣循環不僅可以有效降低艙內相對濕度RH，還能減少艙內熱量的散失，所以為優選。

殺菌后的黃刺玫果功能性飲料,采用Labonce-120PS型藥物穩定性試驗箱進行加速實驗,即在溫度40℃±2℃,光照4500±Lux的條件下,連續觀察12個月。分別在1個月、2個月、4個月、6個月、8個月、12個月末觀察一次,觀察其色澤、氣味、口感及其穩定性變化情況,連續觀測12個月以測定其保質期。

2）回南天則應盡量避免艙內外的主動空氣循環，且還要盡量減少濕熱空氣被動進入艙內。因為回南天氣的特點就是在特定時段艙外自然環境溫度和濕度會突然上升，此時間段由于熱慣性，艙內溫度和濕度會相對較低，如表2中場景9所示。此時應盡量避免艙外空氣進入艙內，如因設備運行需要不得不換氣通風時，可以使用工業空調[2]的微正壓功能進行空氣循環。目前較先進的工業空調均可選配微正壓功能，該功能優點是：在保證溫度調節功能的同時，不僅可以有效降低預制艙內空氣的濕度（其原理與除濕裝置類似[5]），還可以在艙內形成微弱的正壓環境，有效防止外部濕熱空氣進入預制艙內。缺點是：在保證相同溫控效果的條件下，工業空調的能耗上升約20%。所以有條件地使用工業空調的微正壓功能對降低預制艙式二次組合設備運行能耗有明顯的幫助。

由現場反饋得知，本文提出的空氣循環策略和熱控制方法，可以有效杜絕寒冷冬天艙內頂部和回南天艙內壁凝露現象的發生，且對降低預制艙式二次組合設備運行能耗有明顯的幫助。

5 結束語

本文分析了相對濕度對凝露形成的具體影響，結合實際案例，對預制艙式二次組合設備內部凝露的產生及預防措施進行了分析和探討。運行結果表明，文中提出的空氣循環策略及熱控制方案有較強的工程可行性，不僅可以保證現場運維人員的工作環境，還可以有效降低預制艙式二次組合設備的運行能耗，既保證了預制艙內部電氣設備可以在良好且穩定的環境下運行，還徹底消除了預制艙內部產生凝露的安全隱患，提高了設備的運行穩定性，因而對極寒、高溫和高濕地區的其他站用設備的防潮設計具有一定的借鑒意義。