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【摘 要】介绍了空调系统中加湿的重要性,各种加湿技术及加湿产品的特点,给出了加湿器选择的原则及加湿量计算的方法。
【关键词】含湿量;相对湿度;蒸汽;加湿量
Add in the theory air condition system wet of application
Zhao Li-hui
(China zhongyuan International engineering company Beijing 100089)
【Abstract】Introduction add wet importance in the air condition system, various characteristics which add a wet technique and add a wet product, give add a wet machine choice of principle and add wet quantity calculation of method.
【Key words】Contain wet quantity;Relative humidity;Steam;Add wet quantity
1. 引言
空调加湿是空调工程中热、湿处理的基本方法之一,随着人们对舒适度要求的提高以及现代工业对生产环境的严格要求,加湿已成为大部分空调系统中不可或缺的一部分。然而由于加湿技术种类繁多、加湿系统容易滋生细菌、运行维护困难等等原因,很多工程中空调加湿方式选择不当,加湿效果不好,本文全面介绍了加湿在空调系统中的应用,希望能对大家起到抛砖引玉的作用。
2. 湿度的定义及加湿的重要性
衡量空气湿度的指标通常有两个:含湿量和相对湿度。含湿量是指含一公斤干空气的湿空气所含有的水蒸汽的量。但是这一定义不能表明空气的干湿程度。要表明空气的干湿程度只能计算在相同的温度下,湿空气的水蒸汽分压力与同温度下饱和湿空气的水蒸气分压力之比,即相对湿度。“在给定温度下”是理解相对湿度的关键,暖空气比冷空气含湿能力要强,通过焓湿图很容易理解这一点。例如北京冬季室外采暖计算温度为-9℃,相对湿度45%,当通过采暖措施把室外空气加热到20℃时,相对湿度变为9%,此干燥程度甚于撒哈拉沙漠。当然这只是理论值,实际我们房间里的相对湿度会高于此值,这是因为干燥饥渴的空气会从任何可以放出水分的物体吸收水分(如人体、家具、食品等),但这种免费的“加湿”代价是最高的,它会使人鼻孔和皮肤发干、家具变形。
空气可以引起各种经济损失和巨大的麻烦问题,有时甚至产生危险,这主要体现在下列几个方面:
2.1 健康方面
(1)环境湿度过低使流感病毒和致病力强的革兰氏阳性菌繁殖速度加快,而且随粉尘扩散,引起疾病流行;(2)环境湿度过低可使人的呼吸系统抵抗力下降,诱发和加重呼吸系统疾病;(3)靠空气传播的细菌在干空气中散播的速度比湿空气来得快;(4)当湿度在45%～55%之间时,肺炎球菌、葡萄状球菌和链球菌的死亡速度要比湿度高于70%或低于20%时快20倍;ASHRAE(美国采暖、制冷与空调工程师协会)于1979年指出:干燥会使鼻内组织破裂,使得吸入的微生物直接进入血液之中。
2.2 舒适性方面
(1)空气湿度会影响烟气(烟焦油的悬浮物和各种气体)和臭气对人的嗅觉感觉。在恒定的干球温度下随湿度的增加,烟臭及其他气体的气味对人嗅觉的感觉显著降低,对眼睛和鼻子的刺激也减弱。 (2)空气就象一块海绵,它会从任何地方吸收湿气。干燥空气的吸湿性非常好,如果空气吸收的湿气是来自人的皮肤,皮肤将会被冷却,你就会感到凉爽或冷,即使将室温提高你也会感到冷。
2.3 工业生产方面。因为设备功能和加工工艺中有很多关键的变动因素都与湿度有关,湿度不符合要求会影响产品质量,妨碍生产甚至造成事故。表1为湿度对各生产行业的影响。
3. 各种加湿技术的比较与选用
实际工程中常用的集中加湿方法分为两种:
3.1 喷水室喷循环水加湿空气,即利用水吸收空气的显热进行蒸发加湿,这种加湿在h-d图上的变化过程为近似等焓过程。
3.2 喷蒸汽加湿空气,即利用外界热源,使水制成蒸汽混入空气中进行加湿,这种加湿在h-d图上的变化过程为近似等温过程。
根据加湿方法,加湿器可分为:
(1)直接喷干蒸汽;
(2)蒸汽转蒸汽;
(3)加热蒸发式:电热式、电极式、PTC蒸汽发生器;
(4)喷雾蒸发式:空调喷水室、加压式、离心式、超声波式、湿面蒸发式;
(5)红外式。
3.3 几种典型加湿器的工作原理:
3.3.1 蒸汽转蒸汽:用热交换器和经处理的蒸汽的热量使未经处理的水产生二级蒸汽,用于加湿。
3.3.2 电加热型加湿器:电加热型加湿器是将放置在水槽中的管状电加热元件通电后,使水加热沸腾产生蒸汽的加热设备。
3.3.3 电极式加湿器:通过给加湿器内贮水蒸汽缸的电极加交流电,水作为电阻被加热而产生蒸汽。
3.3.4 超声波加湿器:超声波加湿器利用高频震荡将水分子从分子状态分离,形成雾粒,通过风动装置,将水雾均匀地扩散到空气中,从而达到加湿目的。
3.3.5 利用红外线灯作为热源,产生辐射热,温度达到2200度左右,水表面受辐射热蒸发,产生水蒸汽。
各种加湿器除了有各自不同的加湿原理以外,还在使用场合、运行维护、控制等方面有各自的特点,表2给出了目前常用的几种加湿方式的比较。
3.4 加湿器选用的一般原则。知道了各种加湿器的特性,我们就可以结合实际工程的特点合理的选择加湿器。
3.4.1 如有蒸汽源,由于蒸汽加湿较经济合理,而且控制精度高,所以应首先选择蒸汽加湿。
3.4.2 采用电能使水汽化的电加湿方式由于其耗电大,运行费用高,因此能不用就不用,能代用就代用,能少用就少用;只有当工艺要求无菌、无水滴,且有一定的湿度要求,而又不能利用其它加湿措施或利用其它加湿措施更不经济时,才能采用。
3.4.3 等焓加湿方式比如喷循环水方式或湿膜加湿方式等,由于其过渡季节可以大量节省能量,因此当主要处理设备为表冷器冷却时,除安装蒸汽加湿设施外,还应增装等焓加湿措施,这在不同季节可以发挥综合节能的效果。
3.4.4 考虑对环境湿度的控制精度。对于电子、纤维、造纸、印刷等行业对湿度要求越来越高,喷淋、湿膜加湿不能满足要求,需选择可控且精度高的产品,如:干蒸汽加湿、电热式、电极式及红外加湿等。
3.4.5 考虑加湿可靠性的要求。对于大型计算机房、程控电话交换机房等要求连续使用的场合,水喷雾加湿有水份析出,会引起电器故障,应避免使用。应选用运行可靠的干蒸汽加湿或红外加湿器。
3.4.6 考虑到性价比。在养殖、纺织、烟草等行业对加湿精度要求不高且要求加湿量大的场所,使用喷雾式加湿是比较合适的。
3.4.7 考虑维护保养及运行成本。喷雾加湿器的喷淋水泵或空压机需要定期保养,喷嘴因为磨损需要更换,红外线加湿器的等管需要定期更换,电极式需要定期清洗,根据维护保养的难易结合使用场所选用合适的加湿设备可以节省运行费用。
3.4.8 考虑特殊场合需求。如要求无菌场所或有洁净要求的场所,则不能选用水喷淋、水喷雾、湿模等加湿器;对运行噪声有严格要求的场所则应考虑加湿器噪声的影响。
3. 加湿量的计算
如果我们忽略室内的散湿量,大多数人都用下面的公式来计算加湿量。
W=ρV (d2-d1)/1000 (1)
W——所需加湿量(Kg/h);
ρ——空气密度(Kg/m3);
V ——新风量(m3/h);
d2——加湿后(室内)空气含湿量(g/Kg);
d1——加湿前(室外)空气含湿量(g/Kg)。
其实上面的公式是不准确的。我们来举个例子:新风100m3/h,室内外含湿量分别为:10.5g/Kg,2.25g/Kg
若按公式(1)计算加湿量为:1.2×100×(10.5-2.25)/1000=0.687Kg/h
问题:现在的100m3/h新风是湿空气,而非含湿量所对应的干空气。
100m3新风其中水蒸气的含量应为:2.25×100/1.2/(1+0.0025)=187g
即:水蒸气质量=单位含湿量×总含湿量/单位湿空气量
注:1.2为空气的的密度,
所以其加湿量应为:((100/1.2)-(187/1000))×(10.5-2.25)/1000=0.686Kg/h
两者相差甚小,在计算精度不高,加湿风量较小的地方即可直接用公式(1)来计算加湿量。
4. 总结
随着人们生活水平的不断提高和现代工业的发展,加湿的应用越来越广,对加湿精度的要求也越来越高。那么对于工程设计人员一定要根据工程的实际情况选择合理的加湿方式,作出正确的加湿系统设计。同时,加湿系统的后期运行维护也尤为重要,我们建议工程使用方要定期对加湿系统进行检查、清理,这样才能有效发挥加湿系统的功能。
参考文献
[1] 赵荣义 薛殿华 范存养 钱以明《空气调节》(第三版) 中国建筑工业出版社
[2] 《空气调节设计手册》(第二版) 中国建筑工业出版社
[文章编号]1006-7619(2010)07-26-692
[作者简介] 赵立辉(1978.12-),男,天津宝坻人,天津大学,本科,暖通工程师。
【关键词】含湿量;相对湿度;蒸汽;加湿量
Add in the theory air condition system wet of application
Zhao Li-hui
(China zhongyuan International engineering company Beijing 100089)
【Abstract】Introduction add wet importance in the air condition system, various characteristics which add a wet technique and add a wet product, give add a wet machine choice of principle and add wet quantity calculation of method.
【Key words】Contain wet quantity;Relative humidity;Steam;Add wet quantity
1. 引言
空调加湿是空调工程中热、湿处理的基本方法之一,随着人们对舒适度要求的提高以及现代工业对生产环境的严格要求,加湿已成为大部分空调系统中不可或缺的一部分。然而由于加湿技术种类繁多、加湿系统容易滋生细菌、运行维护困难等等原因,很多工程中空调加湿方式选择不当,加湿效果不好,本文全面介绍了加湿在空调系统中的应用,希望能对大家起到抛砖引玉的作用。
2. 湿度的定义及加湿的重要性
衡量空气湿度的指标通常有两个:含湿量和相对湿度。含湿量是指含一公斤干空气的湿空气所含有的水蒸汽的量。但是这一定义不能表明空气的干湿程度。要表明空气的干湿程度只能计算在相同的温度下,湿空气的水蒸汽分压力与同温度下饱和湿空气的水蒸气分压力之比,即相对湿度。“在给定温度下”是理解相对湿度的关键,暖空气比冷空气含湿能力要强,通过焓湿图很容易理解这一点。例如北京冬季室外采暖计算温度为-9℃,相对湿度45%,当通过采暖措施把室外空气加热到20℃时,相对湿度变为9%,此干燥程度甚于撒哈拉沙漠。当然这只是理论值,实际我们房间里的相对湿度会高于此值,这是因为干燥饥渴的空气会从任何可以放出水分的物体吸收水分(如人体、家具、食品等),但这种免费的“加湿”代价是最高的,它会使人鼻孔和皮肤发干、家具变形。
空气可以引起各种经济损失和巨大的麻烦问题,有时甚至产生危险,这主要体现在下列几个方面:
2.1 健康方面
(1)环境湿度过低使流感病毒和致病力强的革兰氏阳性菌繁殖速度加快,而且随粉尘扩散,引起疾病流行;(2)环境湿度过低可使人的呼吸系统抵抗力下降,诱发和加重呼吸系统疾病;(3)靠空气传播的细菌在干空气中散播的速度比湿空气来得快;(4)当湿度在45%～55%之间时,肺炎球菌、葡萄状球菌和链球菌的死亡速度要比湿度高于70%或低于20%时快20倍;ASHRAE(美国采暖、制冷与空调工程师协会)于1979年指出:干燥会使鼻内组织破裂,使得吸入的微生物直接进入血液之中。
2.2 舒适性方面
(1)空气湿度会影响烟气(烟焦油的悬浮物和各种气体)和臭气对人的嗅觉感觉。在恒定的干球温度下随湿度的增加,烟臭及其他气体的气味对人嗅觉的感觉显著降低,对眼睛和鼻子的刺激也减弱。 (2)空气就象一块海绵,它会从任何地方吸收湿气。干燥空气的吸湿性非常好,如果空气吸收的湿气是来自人的皮肤,皮肤将会被冷却,你就会感到凉爽或冷,即使将室温提高你也会感到冷。
2.3 工业生产方面。因为设备功能和加工工艺中有很多关键的变动因素都与湿度有关,湿度不符合要求会影响产品质量,妨碍生产甚至造成事故。表1为湿度对各生产行业的影响。
3. 各种加湿技术的比较与选用
实际工程中常用的集中加湿方法分为两种:
3.1 喷水室喷循环水加湿空气,即利用水吸收空气的显热进行蒸发加湿,这种加湿在h-d图上的变化过程为近似等焓过程。
3.2 喷蒸汽加湿空气,即利用外界热源,使水制成蒸汽混入空气中进行加湿,这种加湿在h-d图上的变化过程为近似等温过程。
根据加湿方法,加湿器可分为:
(1)直接喷干蒸汽;
(2)蒸汽转蒸汽;
(3)加热蒸发式:电热式、电极式、PTC蒸汽发生器;
(4)喷雾蒸发式:空调喷水室、加压式、离心式、超声波式、湿面蒸发式;
(5)红外式。
3.3 几种典型加湿器的工作原理:
3.3.1 蒸汽转蒸汽:用热交换器和经处理的蒸汽的热量使未经处理的水产生二级蒸汽,用于加湿。
3.3.2 电加热型加湿器:电加热型加湿器是将放置在水槽中的管状电加热元件通电后,使水加热沸腾产生蒸汽的加热设备。
3.3.3 电极式加湿器:通过给加湿器内贮水蒸汽缸的电极加交流电,水作为电阻被加热而产生蒸汽。
3.3.4 超声波加湿器:超声波加湿器利用高频震荡将水分子从分子状态分离,形成雾粒,通过风动装置,将水雾均匀地扩散到空气中,从而达到加湿目的。
3.3.5 利用红外线灯作为热源,产生辐射热,温度达到2200度左右,水表面受辐射热蒸发,产生水蒸汽。
各种加湿器除了有各自不同的加湿原理以外,还在使用场合、运行维护、控制等方面有各自的特点,表2给出了目前常用的几种加湿方式的比较。
3.4 加湿器选用的一般原则。知道了各种加湿器的特性,我们就可以结合实际工程的特点合理的选择加湿器。
3.4.1 如有蒸汽源,由于蒸汽加湿较经济合理,而且控制精度高,所以应首先选择蒸汽加湿。
3.4.2 采用电能使水汽化的电加湿方式由于其耗电大,运行费用高,因此能不用就不用,能代用就代用,能少用就少用;只有当工艺要求无菌、无水滴,且有一定的湿度要求,而又不能利用其它加湿措施或利用其它加湿措施更不经济时,才能采用。
3.4.3 等焓加湿方式比如喷循环水方式或湿膜加湿方式等,由于其过渡季节可以大量节省能量,因此当主要处理设备为表冷器冷却时,除安装蒸汽加湿设施外,还应增装等焓加湿措施,这在不同季节可以发挥综合节能的效果。
3.4.4 考虑对环境湿度的控制精度。对于电子、纤维、造纸、印刷等行业对湿度要求越来越高,喷淋、湿膜加湿不能满足要求,需选择可控且精度高的产品,如:干蒸汽加湿、电热式、电极式及红外加湿等。
3.4.5 考虑加湿可靠性的要求。对于大型计算机房、程控电话交换机房等要求连续使用的场合,水喷雾加湿有水份析出,会引起电器故障,应避免使用。应选用运行可靠的干蒸汽加湿或红外加湿器。
3.4.6 考虑到性价比。在养殖、纺织、烟草等行业对加湿精度要求不高且要求加湿量大的场所,使用喷雾式加湿是比较合适的。
3.4.7 考虑维护保养及运行成本。喷雾加湿器的喷淋水泵或空压机需要定期保养,喷嘴因为磨损需要更换,红外线加湿器的等管需要定期更换,电极式需要定期清洗,根据维护保养的难易结合使用场所选用合适的加湿设备可以节省运行费用。
3.4.8 考虑特殊场合需求。如要求无菌场所或有洁净要求的场所,则不能选用水喷淋、水喷雾、湿模等加湿器;对运行噪声有严格要求的场所则应考虑加湿器噪声的影响。
3. 加湿量的计算
如果我们忽略室内的散湿量,大多数人都用下面的公式来计算加湿量。
W=ρV (d2-d1)/1000 (1)
W——所需加湿量(Kg/h);
ρ——空气密度(Kg/m3);
V ——新风量(m3/h);
d2——加湿后(室内)空气含湿量(g/Kg);
d1——加湿前(室外)空气含湿量(g/Kg)。
其实上面的公式是不准确的。我们来举个例子:新风100m3/h,室内外含湿量分别为:10.5g/Kg,2.25g/Kg
若按公式(1)计算加湿量为:1.2×100×(10.5-2.25)/1000=0.687Kg/h
问题:现在的100m3/h新风是湿空气,而非含湿量所对应的干空气。
100m3新风其中水蒸气的含量应为:2.25×100/1.2/(1+0.0025)=187g
即:水蒸气质量=单位含湿量×总含湿量/单位湿空气量
注:1.2为空气的的密度,
所以其加湿量应为:((100/1.2)-(187/1000))×(10.5-2.25)/1000=0.686Kg/h
两者相差甚小,在计算精度不高,加湿风量较小的地方即可直接用公式(1)来计算加湿量。
4. 总结
随着人们生活水平的不断提高和现代工业的发展,加湿的应用越来越广,对加湿精度的要求也越来越高。那么对于工程设计人员一定要根据工程的实际情况选择合理的加湿方式,作出正确的加湿系统设计。同时,加湿系统的后期运行维护也尤为重要,我们建议工程使用方要定期对加湿系统进行检查、清理,这样才能有效发挥加湿系统的功能。
参考文献
[1] 赵荣义 薛殿华 范存养 钱以明《空气调节》(第三版) 中国建筑工业出版社
[2] 《空气调节设计手册》(第二版) 中国建筑工业出版社
[文章编号]1006-7619(2010)07-26-692
[作者简介] 赵立辉(1978.12-),男,天津宝坻人,天津大学,本科,暖通工程师。