王倩阐述膜除湿原理，介绍膜材料类型、形态。对膜除湿技术在压缩空气干燥领域、空调领域（全热回收、空气除湿）的应用进行了综述。
-），女，江西南昌人，教授，硕士，主要从事空调制冷方面的教学科研和工程设计工作。
膜分离技术是一种新型分离技术，是以选择性透过膜作为分离介质，在膜两侧驱动力（如压力差、浓度差、温度差）的作用下，原料侧的组分有选择性地透过膜，实现分离、提纯，具有操作方便、分离效率高、能耗低等优点，在水处理、有机溶剂混合物分离、气体分离等领域得到越来越广泛的应用H.空调系统的除湿能耗较大，膜除湿技术的应用有望降低空调系统的除湿能耗。本文对膜除湿技术在压缩空气干燥及空调领域的应用进行综述。
1膜除湿的原理对于特定的膜材料，水蒸气的透过速率比氮气、氧气等高至少两个数量级，膜除湿技术利用水蒸气的这一特性，使得湿空气在通过膜表面时，水蒸气透过膜进入渗透侧而其他气体不能透过，实现水蒸气与干燥空气分离。在渗透侧，若不能及时将渗透过来的水蒸气移走，由于膜材料的亲水性，水分子将很容易在渗透侧聚积，使后续透过速率降低，导致除湿性能急剧下降（即产生浓差极化现象），般可以采用吹扫、抽真空方法解决浓差极化问题0.吹扫方法可分为外吹扫、自吹扫。外吹扫是将处理后的部分干燥空气作为吹扫气，把渗透侧的水蒸气移走；自吹扫是通过调节膜的孔隙率，让小部分干燥空气也通过膜渗透到渗透侧，渗透的干燥空气作为吹扫气将渗透侧的水蒸气移走，保证渗透过程的连续进行。抽真空方法是指在渗透侧抽真空将水蒸气移走。当然，也可以采用吹扫和抽真空相结合的方法来解决浓差极化问题。以中空纤维管膜为例，各种解决浓差极化问题方法的原理见湿空气中空纤维管膜湿空气中空纤维管膜水蒸气J水蒸气吹扫气||吹扫气干燥空气|湿空气h空纤维管膜抽真空水蒸气抽真空水蒸气干燥空气毫无疑问，膜材料是膜除湿技术的核心，优良的膜材料应该具有分离因子高、抗腐蚀性能强、柔韧性好、机械强度高、使用寿命长、成本合理、便于工业化生产等特点。根据膜的物理结构和化学性质，可将膜分为微孔膜、均质膜、复合膜：①微孔膜是结构较疏松的膜，孔径范围为3100nm，其分离原理与传统过滤机理类似，即由待过滤原料粒径和膜孔径决定过滤效果，水分子的直径约。4nm，很容易透过微孔膜。②均质膜也称为致密膜，其孔径一般在1.5nm以下，结构非常紧密，其分离效果取决于组分在膜中的扩散系数、溶解度。均质膜又可分为对称膜、非对称膜两种：对称膜的截面结构一致；非对称膜则不同，一般下层为多孔底层，上层为致密皮层。③复合膜是在多孔支撑层上复合一层很薄（厚度约0.2pm）、致密、具有特种功能的活性膜层，复合膜的分离特性主要由活性膜层决定，多孔支撑层仅起支撑作用。
按照材料可分为无机膜、有机膜两类。无机膜包括陶瓷膜、金属膜、玻璃膜、分子筛复合膜、沸石膜等，虽然无机膜具有耐高温、耐有机溶剂、耐酸碱、抗微生物侵蚀、刚性及机械强度好等优点，但由于在装填密度、制造成本及工业化应用普及率等方面还有待改进和完善，因此目前的膜除湿技术中应用的膜以有机膜为主。可以成膜的有机材料很多，一般都是具有特殊传质功能的高分子材料，主要类型有纤维素及其衍生物、聚砜类、聚酰胺类、聚酰亚胺类和其他类别。其中，聚砜类膜材料近年来发展非常迅速，现已成为现代工业中应用*广泛的高分子膜材料之一，它的优点是机械性能好、化学性能稳定、耐腐蚀耐高温，弥补了传统有机膜大多不耐高温、酸碱的缺点，也常作为复合膜的多孔支撑层使用。聚砜类膜材料的表面自由能较低，水接触角很大，体现为较强的疏水性。邢丹敏等人对聚砜中空纤维管膜、磺化聚砜-聚砜复合中空纤维管膜的除湿性能进行了实验研究，认为聚砜中空纤维管膜适用于中等要求的空气除湿工况，采用磺化聚砜-聚砜复合中空纤维管膜可以明显提高膜的除湿性能。
制备膜时，铸膜剂中除溶剂、膜材料外，还可能有添加剂或其他改性物质，膜材料、添加齐U、改性物质等不挥发分占铸膜剂总量的质量分数称为固含量。马文宝等人研究了固含量对聚砜类膜材料透湿性能的影响，提出了改善其透湿性能的方法。张新儒等人考虑到非对称膜制造工艺复杂，不利于工业生产，采用了湿法成膜法，测试了由该工艺制备的非对称膜的透湿性能，并进行了各层（多孔底层、皮层）传质阻力的分析。王洪大等人对膜的透湿机理和膜的研究进展进行了较为全面的论述。
膜的基本形态有两种：平板式、中空纤维管式。
平板膜结构简单，流动阻力小，制备工艺简单。中空纤维管膜为管状，制备工艺比较复杂，与平板膜相比，具有组装膜件简单，比表面积大，重现性好等特点。中空纤维管膜组件具有很高的装填密度，0.3m3的中空纤维管膜组件可以提供500m2有效膜面积，而同样条件下的平板膜组件仅为20m2.在国外，膜除湿技术在压缩空气干燥领域已进入工业应用时代，广泛应用于医用压缩空气、阀门及气动机用气、通信电缆加压过程用气、仪器测试实验用气、矿用设备压缩空气、臭氧制取机原料用气、船舶供气、核能站用气、汽车喷漆用清洁空气等。
采用中空纤维管膜的压缩空气干燥器结构见0.干燥器内装填中空纤维管膜组件，结构类似于管式换热器。湿压缩空气由干燥器的一端进入中空纤维管膜，水蒸气渗透到中空纤维管膜外，*终被排放到大气中，凝结水聚积在干燥器底部*终排出，干燥压缩空气由干燥器另端输出。
水蒸气由ANDREW公司生产的以膜干燥器为干燥设备的充气机，处理量为56.6L/min，干燥空气（产品气）露点为-45丈。由Permea公司生产的Prism膜干燥器已有逾5000套在世界各地应用，采用中空纤维管膜脱除压缩空气中的水分。处理量范围为1 3000m3/h，脱水率高达99%以上，干燥空气露点达到-40丈。在压缩空气压力一定情况下，脱水率越低，得到的干燥空气流量越大；在脱水率一定情况下，压缩空气的压力越高，得到的干燥空气流量越大。由国内船舶重工集团公司第七一八研究所研发生产的压缩空气膜干燥器，可以在进气温度为-1050°C，进气压力为20700kPa，环境温度为-10 50°C条件下工作，干燥空气露点达到-40体损失比例在040%，噪声小于45dB.许多学者对膜除湿技术在空调领域的应用进行了研究，全热换热器就是其中一个重要方向，目前已经进入实用阶段。在空调系统中，为了保证室内空气品质，必须引入一定量的新风，也要将室内部分空气排出室外。由于新风负荷占空调系统负荷的比例较大，采用热回收的方法是减小新风处理能耗，有效利用排风能量的有效手段。由于夏季新风高温潮湿而排风低温干燥，因此采用全热换热器比采用显热换热器能取得更好的节能效果。受民用建筑空间限制，排风冷（热）回收一般采用板式或板翅式全热换热器而不采用转轮式全热换热器。板全热换热器主要由热质交换材料、波纹瓦楞纸支撑结构和框架组成，其中影响全热交换效率的*主要部件是热质交换材料。长期以来，热质交换材料一般都是经过特殊处理的具有吸湿换热特性的纸张。
随着膜技术的发展，人们开始将膜材料作为热质交换材料应用于全热换热器。
行了研究，建立了数学模型并进行了实验验证。J.L.Nm等人建立了膜的热质传递模型，定义了一个新的无量纲数，使得对热湿耦合的膜全热换热器的分析更加简便。L.Z.Zhang等人在香港湿热条件下，对膜全热换热器的节能性进行了研究。殷平选择了一种孔径小于2nm，厚度为3050|xm，具有良好水蒸气渗透性能的膜，复合在种透湿性能强、传热效果好且具有一定强度的纤维材料（作为支撑层）上，取消了波纹瓦楞纸支撑结构，对支撑层的材料厚度、孔径等进行了多次优化实验，确定了组合形式，并对采用这种新型膜的膜全热换热器的全热交换效率、适宜迎面风速、阻力、泄漏率等进行了测量。
汪会勇等人研究了基于亲水-憎水复合膜的膜全热换热器的传热传质性能，建立了逆流膜全热交换器传热传质计算模型，实验结果与理论结果吻合较好。梁才航等人M将膜全热换热器用于制冷除湿机，研究了在室内干球温度27丈、湿球温度19丈条件下，室外空气温度、相对湿度、流量对制冷除湿机的除湿能力和制冷性能系数的影响。与传统制冷除湿机相比，配置膜全热换热器的制冷除湿机的除湿量、制冷性能系数分别是传统制冷除湿机的3.2倍、1.8倍。
空调领域中，传统的除湿方法有冷却除湿、吸湿剂除湿、固体吸附除湿等。对于膜除湿技术在空调系统空气除湿中的应用，目前研究较多的方法主要有膜-吸湿剂法、再循环膜接触器法、膜湿泵法、吹扫-抽真空联合法等。
膜-吸湿剂法是指在膜一侧流动的是待处理的湿空气，另一侧流动的是吸湿剂，由于只有水蒸气可以透过膜，因此该方法可对空气进行除湿而又不会产生由于吸湿剂直接喷淋空气带来的微小液滴进入被处理空气中的现象，膜-吸湿剂法采用的除湿设备为膜接触器（见）。膜-吸湿剂法的除湿效果较好且避免吸湿剂夹带问题，但与传统吸湿剂除湿方法一样，吸湿剂吸湿后同样存在浓度降低、需要再生的问题。
为解决膜-吸湿剂法吸湿剂再生问题，使除湿连续进行，学者们提出了再循环膜接触器法，工作原理见，再生气可为室内回风或干燥空气。除湿方法仍为膜-吸湿剂法，但在系统中设置了再生膜接触器对稀释后的吸湿剂进行再生，使得吸湿剂在两个膜接触器中循环流动。V.Usachov等人以三甘醇为吸湿剂对配置再循环膜接触器的空调系统进行了实验研究，在除湿、再生温差小于30*佳气液比下，可得到露点为-30°C的干燥空气。
S.Bergem等人将再循环膜接触器法与压缩式制冷机相结合，组成全空气空调系统（见）。新风与回风的混合风经除湿膜接触器除湿后送入空调区域，作为吸湿剂的氯化锂溶液经蒸发器冷却后进入除湿膜接触器吸收混合风中的水分，稀释后的氯化锂溶液流入液箱，上部氯化锂稀溶液随即由溶液循环泵9抽出经过经济器预热后进入冷凝器，进一步加热后在再生膜接触器中氯化锂稀溶液将水分传递给新风与排风的混合空气，浓缩后的氯化锂浓溶液分成两部分，一部分经过经济器降温后送入液箱，另一部分与氯化锂稀溶液混合（调整进入再生膜接触器的氯化锂溶液浓度）后进入冷凝器，三通阀起到调节流量的作用。模拟计算显示该系统的节能效果明显。
验方法，得到10%吹扫比（吮扫空气量占干燥空气量）联合抽真空，能使膜接触器除湿性能大幅提高。
式表面冷却器、啧水式表面冷却器相结合的空气处理系统，流程见。新风通过中空纤维管膜进行干燥处理，然后进入间接式表面冷却器进行冷却，*后经过啧水式表面冷却器进行冷却及相对湿度控制。
补水冷水循环泵相比在全热交换器中的应用，膜除湿技术在空气除湿方面的研究距实际应用还有较大距离。这主要由于要将膜除湿技术应用于空气除湿，在传质驱动力上存在一定困难。膜除湿技术在压缩空气干燥领域能够得到广泛应用，得益于压缩空气能够在膜两侧建立一定的压差，但在空调领域中被处理空气基本为常压，不可能将空气升压后再进行处理。若采用渗透侧抽真空方法，真空泵必然要消耗电能，而且对膜接触器的密封要求很高。
在一些有特殊要求的场所中，膜除湿技术也有应用空间。以飞机飞行舱的环境控制要求为例，随着航空技术水平的不断提高，机内各种电子设备的数量越来越多，环境的湿度控制越来越重要，高湿的环境将降低电子设备的可靠性，也会使得制冷设备的效率降低。目前，世界上多种先进飞机均采用高压除水式环境控制系统，空气除水的关键部件是空气冷凝器（使空气中水分凝结）、高压水分离器，高压水分离器主要采用离心作用使水分离，气流通过旋流器后获得切向速度，分离段内形成旋转流场，7j膜除湿是一种新兴的除湿技术，与传统除湿方法相比具有很多独特的优点，在压缩空气干燥及空调领域有很好的发展应用前景。虽然膜除湿技术目前还存在除湿应用面窄、规模不大以及造价较高等不足，但随着膜技术研究的不断深入以及与其他技术相结合，膜除湿技术必将在空调及其他领域取得更大发展。
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