来源：《制冷》2026年4月 文章编号:ISSN1005-9180(2026)02-0048-05

陈章¹，周建林¹，施华文²，朱旭东²

(1.江苏省交通工程建设局，南京，210000;2.镇江蓝舶科技股份有限公司，镇江，212000)

[摘要] 为克服转轮除湿在高温高湿工况下的除湿性能衰退，本文提出基于热泵预处理的复合除湿系统，充分利用热泵系统的蒸发冷和冷凝热，实现对转轮除湿机处理风和再生风的预冷和预热，有效提升除湿系统的除湿能力，同时降低再生功耗。本文通过复合除湿系统实验研究，对系统的除湿能力进行了研究分析。结果表明:在环境温度为34.0°C，相对湿度为59%时，处理风温度和绝对湿度分别下降了20.1%和8%。相对于传统转轮除湿系统，降低再生功耗28.6%。同时，在不同工况下，相较于传统转轮除湿系统，复合除湿系统除湿能力提升率的范围为73.9%~8.02%，节能率为28.8%~19.3%。研究结果为复合除湿系统的应用，提供了实验数据支撑

[关键词] 复合除湿;热泵机组;除湿能力;再生功耗;参数化分析

[中图分类号] TB61;TB64   [文献标志码] A   doi:10.3969/J.ISSN.1005-9180.2026.02.0010

Experimental Analysis of the Composite Dehumidification System Based on Heat Pump Pretreatment

CHEN Zhang¹, ZHOU Jianlin¹, SHI Huawen², ZHU Xudong²

(1. Jiangsu Provincial Transport Engineering Construction Bureau, Nanjing 210000, China;

2. Zhenjiang Lanbo Technology Co., Ltd., Zhenjiang 212000, China)

Abstract: To address the decline in dehumidification performance of rotary dehumidifiers under high-temperature andhigh-humidity conditions, this paper proposes a hybrid dehumidification system based on heat pump pre-treatment. Thesystem fully utilizes the evaporative cooling and condensing heat of the heat pump to pre-cool and pre-heat the airprocessed by the rotary dehumidifier and the regeneration air, effectively enhancing the dehumidification capacity of thesystem while reducing regeneration energy consumption. Through experimental research on the hybrid dehumidificationsystem, the dehumidification capacity of the system was studied and analyzed. The results show that when the ambientlemperature is 34.0 °C and the relative humidity is 59 %, the temperature and absolute humidity of the processed airdecreased by 20.1 % and 8 %, respectively. Compared to the traditional rotary dehumidification system, the regenerationenergy consumption was reduced by 28.6 %. Additionally, under different operating conditions, the range ofmprovement in dehumidification capacity of the hybrid dehumidificat

ion system compared to the traditional system wasbetween 73.9 % and 8.02 %, with energy-saving rales ranging from 28.8 % to 19.3 %. The research results provideexperimental data support for the application of the hybrid dehumidification system.

Key words: Hybrid Dehumidification; Heat Pump Unit; Dehumidification Capacity; Regeneration Energy Consumption;Parametric Analysis

桥梁主缆除湿系统是大跨度悬索桥中保护主缆结构免受湿气侵害、延长主缆使用寿命的关键技术手段。主缆作为悬索桥的主要承重构件，其结构安全性直接影响桥梁的整体稳定性。然而，主缆在长期服役过程中，容易受到外界环境中湿气和腐蚀性物质的侵蚀，导致钢丝锈蚀、强度下降，严重影响桥梁的安全性和耐久性”^[1]。

传统的桥梁主缆除湿和防腐方法主要包括密封保护、防腐涂层和被动除湿。这些方法在一定程度上延缓了主缆的腐蚀，但也存在一些不足之处。表1给出了传统桥梁主缆除湿和防腐方法特征，从表格中可以看出，传统除湿与防腐手段难以满足桥梁长期安全运行的需求。

表1传统桥梁主缆除湿和防腐方法特征^[2]

为更好的解决主缆防腐问题，学者们提出通过主动控制主缆内部湿度，防止主缆腐蚀的主动除湿系统，在密封的主缆内部或端部安装主动除湿设备，如除湿机或干燥剂，利用循环风机将干燥空气输送到缆内，同时排出湿气^[3]。这些装置可以根据湿度传感器的数据自动调节运行，以维持主缆内的低湿环境，从而有效延缓了钢丝的腐蚀进程，尤其是在潮湿气候条件下，主动除湿装置的作用尤为显著^[4]。

目前，转轮除湿系统时悬索桥主动防腐除湿的主要装置之一^[5]。尽管转轮除湿具有结构简单、除湿量大、无腐蚀性等优点。但同时存在如下缺点:1)高温高湿工况下，除湿能力衰退严重，热湿环境适应性差，难以满足长江流域夏季高温高湿环境; ^[6] 2)转轮除湿再生温度高，传统电加热再生过程功耗大，经济性差。上述缺点，限制了转轮除湿在桥梁主缆除湿中应用。因此，有必要对传统转轮除湿系统进行优化，包括采用双级除湿空调系统^[7]和除湿转轮和蒸发冷却相结合等提升转轮除湿在高温高湿工况下的除湿性能^[8]。其次，为降低转轮再生负荷，不同辅助再生热源，包括热泵、太阳能、超声波、废热和电渗透等方式被用于转轮除湿系统的再生过的优化，实现对再生负荷的降低^[9]。其中，热泵系统通过蒸发冷却能够实现对处理风进行预冷和除湿，同时利用冷凝热对再生风进行预热处理。因此，热泵与转轮除湿的结合降低了转轮除湿的再生负荷，还降低了转轮处理空气的温度和湿度，改善了转轮在高温高湿工况下的除湿性能^[10]。然而，将热泵与转轮除湿结合时，在系统运行过程中，涉及到蒸发冷、冷凝热和再生热等多个热源间的协同运行，才能确保系统运行处于最优工作。传统利用热泵循环蒸发冷，将处理风处理至露点温度，能够有效提升转轮的除湿量，但热泵系统需要较大的制冷量，导致热泵系统容量增大。同时，热泵冷凝过程释放的热量要大于蒸发过程吸收的热量，导致热泵冷凝热无法完全利用，造成浪费能^[11]。

针对上述问题，本文以热泵系统冷凝热充分利用为目标，提出基于热泵预处理的复合除湿系统，充分利用热泵系统的蒸发冷和冷凝热，通过对转轮除湿机处理风和再生风的预冷和预热，有效提升除湿系统的除湿能力，同时降低再生功耗。最终，通过本文的研究为热泵驱动的悬索桥主缆复合除湿系统的应用提供数据支撑。

2 复合除湿系统原理

2.1 系统原理

根据除湿复合需求，综合考虑蒸发器和冷凝器负荷的匹配，实现蒸发器冷量对处理风进行预冷，气冷器产热完全用于再生风进行预热，提升了热泵循环的利用效率。其中热泵模块的主要包括:I-压缩机、II-冷凝器、III-储液器、IV-膨胀阀和V-蒸发器，转轮模块主要包括:VI-除湿转轮、VII-转轮处理区、VIII-转轮再生区、IX辅助加热器。同时，处理风和再生风分别由风机X，XI提供驱动力。

图1热泵预处理复合除湿系统原理图

2.2空气处理过程

基于上述热泵预处理复合除湿系统的原理，进一步对复合除湿系统的空气处理过程进行阐述。如图2和3所示，对于处理风而言，进风(1点)经过热泵循环的蒸发器，降温除湿至2点，进一步进入转轮的处理区除湿至3点。对于再生风而言，进风(1点)经过热泵循环的冷凝器预热至4点，进一步经过辅助加热器至高温状态5点，之后进入转轮的再生区，驱动转轮除湿过程。其中，热泵循环中的蒸发器不仅降低了进风的温度，同时也降低了进风的湿度，从而提升转轮的除湿性能。同时，热泵循环中的冷凝器预热了再生风，从而降低了辅助电热器的功耗。由于热泵循环能够从蒸发侧吸收热量，通过压缩过程排至冷凝测，是的热泵的加热效率大于传统电加热。因此，通过热泵循环对再生进风进行预热能够有效降低再生加热负荷。

图2空气处理过程原理图

图3空气处理过程焓湿图

3实验系统介绍

3.1实验测试系统与主要设备

图4所示为复合除湿系统实验样机图，其主要包括蒸发器、转轮、再生风机、处理风机、冷凝器和压缩机等。其中，蒸发器和冷凝器分别位于处理进风和再生进风的入口处，同时压缩机位于再生进风的风道上，有利于充分利用压缩机的排气余热，提升再生进风的温度，降低辅助电加热的加热负荷。表1为设备的主要清单。

图4实验系统样机

3.2测量仪器

表2为样机测试过程中的主要测试仪器及其测量精度，其中温湿度采用固定传感点测试，而风速通过热线风速仪，测试进口处多个点位进行平均。

表2主要测试仪器

3.3性能指标

为有效反应本文所提复合除湿系统的性能，本文采用的主要除湿性能指标包括以下三个，分别是除湿量D、除湿率ε_d和除湿能耗比SMER，分别由公式(1)、(2)和(3)计算。

式中，d₁和d₂分别为处理风的进风和出风含湿量，g·kg^?1; ε_d为除湿率，%; SMER综合反映了除湿量与除湿能耗的相对大小，SMER越大，除湿能效越高，g(kW·kg) ^?1，其中W为除湿机功率，kW。

 同时，为对比复合除湿系统与传统除湿系统的除湿和功耗，本文分别定了除湿能力提升率DR和节能率WR，如公式(4)和(5)所示，反应复合除湿系统的性能提升值。

式中，D_c和D_fh分别为传统除湿系统和所提复合除湿系统的除湿量，g·kg^?1，W_c和W_fh分别为传统和所提复合除湿系统的功耗，kW。其中，传统除湿系统的除湿量和功耗计算方法参考作者前期工作^[11]。

4 主要结论

4.1 典型工况下除湿

为揭示热泵循环在复合除湿系统中的作用，表1给出了复合除湿系统在额定工况下的系统各点空气状态。由表1可得，经过热泵蒸发端预冷的处理风，其温度和绝对湿度分别下降了20.1%和8%。同时，经过热泵冷凝段余热的再生风，其温度升高了27°C，相当于总再生加热负荷的28.6%。结果表明，复合除湿系统能够有效利用热泵的蒸发冷和冷凝热，从而提升复合除湿系统的除湿效率和降低除湿系统的再生功耗。

表3典型空气状态点

4.2进风参数对除湿系统的影响

为了进一步探究进风参数对复合除湿系统的影响，本文进一步探讨了进风温度和湿度对除湿量、除湿能耗比和除湿率的影响，如图5(a)，(b)和(c)所示。图5(a)所示为进风温度从31°C到35°C，相对湿度从50%到60%时，复合除湿系统的除湿量的变化。其中，除湿量最大值出现在进风温度为34.6°C，相对湿度为58.6%的工况下，在生温度为127°C，且除湿量为13.3 g·kg^-1。同时，除湿量最小值出现在进风温度为35.0°C，相对湿度为51.1%的工况下，再生温度为131°C，且除湿量为10.6 g·kg^-1。结果表明，对于复合除湿系统而言，其在进风湿度相对较高的情况下，系统除湿量更大，除湿量变化最大可提升25.2%。图5(b)所示为相同工况下，复合除湿系统除湿能耗比的变化。对于除湿能耗比而言，其呈现出与除湿量相似的趋势，即在除湿能耗比最大值和最小值出现在上述相同工况下，且分别为1.51 g·(kW·kg)^-1和1.23 g·(kW·kg)^-1。同时，结果也表明，在获得较大除湿能力的前提下，除湿功耗也有所增加，其主要原因在于再生温度由127°C提升至131 °C。

图5(c)显示为相同工况下，复合除湿系统除湿率的变化。对于除湿率而言，除湿率的最大值为0.676，最小值为0.602。且进风参数对复合系统除湿率的影响规律不明显，其主要原因在于进风状态的改变。

此外，图5(a)和(b)显示，相对湿度对除湿量和除湿功耗的影响明显大于温度的变化，原因在于相对湿度的变化会导致空气中绝对湿度的明显升高，而湿空气中水蒸气的潜热量远大于显热量。因此相对湿度的变化对复合除湿系统性能的影响更为明显。

图5进风参数对复合除湿系统性能影响

4.3 除湿能力提升率与节能率分析

进一步对比分析了复合除湿系统相对于传统转轮除湿系统的除湿能力提升率和节能率，如图6(a)和(b)所示。图6(a)显示为相同工况下，相对于传统除湿系统，复合除湿系统除湿能力的提升。其中，除湿能力提升率最大值出现在。进风温度为35.4°C，相对湿度为51.8%的工况下，在生温度为123.8°C，且除湿量为73.9%。同时，除湿量最小值出现在进风温度为31.5°C，相且对湿度为60.5%的工况下，再生温度为128°C，除湿量为8.02%。结果表明，进风温度越高，复合除湿系统的除湿能力提升潜力越大。图6(b)显示为相同工况下，相对于传统除湿系统，复合除湿系统除湿功耗的降低。其中，系统节能率最大值出现在进风温度为34.2°C，相对湿度为52.9%的工况下，在生温度为131.9°C，且节能率为28.8%。同时，系统节能率最小值出现在进风温度为34.4°C，相对湿度为55.8%的工况下，再生温度为128.7°C，且节能率为19.3%。

图6除湿能力提升率和节能率

4.4系统参数化分析

为进一步分析不同进风参数对复合除湿系统的影响程度，本文进一步分析了进风参数与系统性能间的相关性。如表3所示，其中进风温度与节能率呈现明显正相关，其相关性系数达到0.87，进风温度与除湿能力提升率呈现负相关，且相关性系数为-0.462。进风湿度与除湿量和除湿能耗比呈正相关，其相关性系数分别为0.49和0.537，相对湿度与节能率呈现强负相关，相关系数为-0.828。同时，除湿率与进风温度和进风湿度间的相关性较弱。上述结果表明，系统除湿率受进风状态影响较小，而系统节能率受进风状态影响大。对于其他参数而言，除湿量和除湿能耗比受进风湿度影响较大，且呈现相关。除湿能力提升率受进风温度影响较大，且呈现负相关。

表4 进风参数与系统性能间的相关性系数

5 总结

本文构建了基于热泵预处理的复合除湿系统，通过实验分析了进风状态对复合除湿系统性能的影响，进一步分析了复合除湿系统的除湿能力提升和节能率。最后，通过系统参数化分析，分析不同进风参数对复合除湿系统的影响程度。主要结论如下:

(1)额定工况下，复合除湿系统能够有效利用热泵的蒸发冷和冷凝热，处理风温度和绝对湿度分别下降了20.1%和8%，提高了转轮的除湿效率，同时降低除湿系统的再生功耗约28.6%。

(2)对于复合除湿系统而言，其在进风湿度相对较高的情况下，系统除湿量更大，相较于低进风湿度工况下，除湿量变化最大可提升25.2%。

(3)相较于传统转轮除湿系统，复合除湿系统除湿能力提升率的范围为73.9~8.02%，节能率为28.8~19.3%。

(4)通过参数化分析可得，进风温度与除湿量呈现强正相关，其相关性系数为0.87，进风温度与除湿能力提升率呈现负相关，相关性系数为-0.462。相对湿度与除湿量和除湿能耗比呈现正相关，相关性系数分别为0.490和0.537。同时相对湿度与节能率呈现强负相关，相关系数为-0.828。

参考文献:

[1]叶觉明，欧阳恺.悬索桥主缆除湿防腐蚀技术应用和探讨[J] .腐蚀与防护，2004,25(12):4.DO1:CNKI:SUN:FSYF.0.2004-12-008.

[2]臧正保.悬索桥主缆除湿系统自主研发关键技术的研究与应用[J].科教导刊(中旬刊),2014,(16):55-56.D0I:10.16400/j.cnki.kjdkz.2014.08.008.

[3]陈巍等.悬索桥主缆内部通干空气除湿系统送气压力损失[J].东南大学学报:自然科学版，2021,51(2):227-234. D0I:10.3969/j.issn.1001-0505.2021.02.006.

[4] Zhang M, Huang S, Li P, et al. Application of dehumidification as anti-corrosion technology on suspension bridges: A review [ J]. Applied Thermal Engineering, 2021, 199: 117549.

[5]曹洪武等.悬索桥主缆防腐技术的发展与展望[J].公路,2021,66 (01):189 -193.

[6] Enteria N, Mizutani K. The role of the thermally activated desiccant cooling technologies in the issue of energy and environment [ J] . Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2011, 15 (4): 2095 - 2122.

[7]葛天舒.转轮式两级除湿空调理论与实验研究[D].上海交通大学，2008.

[8] La D, Dai Y J, Li Y, et al. Technical development of rotary desiccant dehumidification and air conditioning: Areview[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2010, 14 (1): 130 - 147.

[9] Misha S, Mat S, Ruslan M H, et al. Review of solid/liquid desiccant in the drying applications and its regeneration methods [ J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2012, 16(7): 4686 - 4707.

[10] Xue D, Liu J, Song Y, et al. Performance Analysis of a Hybrid Dehumidification System Adapted for Suspension Bridge Corrosion Protection: A Numerical Study [ J].

Applied Sciences, 2023, 13 (7):4219.

[11]薛鼎等.悬索桥主缆用复合除湿系统性能分析[J].低温与超导，2023,51(5):1-7.D0I:10.16711/i.1001-7100.2023.05.001.