超聲波加濕器性能影響因素分析
加濕是空調(diào)濕度控制的主要手段之一，能夠?qū)崿F(xiàn)加濕的方法很多，目前空調(diào)工程采用的加濕方法主要有蒸汽加濕、噴水加濕、超聲波加濕和濕膜加濕等。其中蒸汽加濕和噴水加濕這兩種加濕方法應(yīng)用較早，其設(shè)備原理比較簡單，性能影響因素較少，工程設(shè)計方法也比較成熟，因此在空調(diào)工程中應(yīng)用較廣。超聲波加濕相對于前兩種加濕方法來說是一種比較新的加混濕手段，隨著技術(shù)的發(fā)展，超聲波加濕器在技術(shù)上日漸成熟，近年來民用超聲波加濕器在家庭中的應(yīng)用已相當(dāng)普遍，但由于超聲波加濕器其加濕最較小，因此它在空調(diào)工程中應(yīng)用面仍然較窄，設(shè)計和使用方面的經(jīng)驗較少。由于其性能影響因素較多，在實際應(yīng)用中如果對一些性能影響因素考慮不足，可能出現(xiàn)實際加濕量大大低于產(chǎn)品額定加濕量的情況，筆者在某工程調(diào)試中發(fā)現(xiàn)超聲波加濕器實測的加濕量僅為產(chǎn)品標(biāo)牌值的５０％。本文根據(jù)在工程實際應(yīng)用的經(jīng)驗教訓(xùn)和現(xiàn)場調(diào)試的情況，對其性能影響因素進(jìn)行分析，其分析結(jié)果可供類似工程設(shè)計和操作使用參考。
１超聲波加濕器結(jié)構(gòu)
超聲波加濕器的基本工作原理是通過一個特殊電路使金屬膜片產(chǎn)生超聲波振動，從而使膜片上方的水霧化成１～５μｍ的細(xì)小水滴，水霧擴散到空氣中，通過氣化實現(xiàn)等焓加濕。它具有設(shè)備體積小、不需要蒸汽源、噪聲小、水霧直徑小、加濕效率高、響應(yīng)速度快、能耗較小等優(yōu)點。但因其加濕量較小，通常只能應(yīng)用于加濕量較小的情況。工業(yè)用超聲波加濕器主要有落地式、壁掛式、風(fēng)管暗裝式、風(fēng)道吸入式四種形式，空調(diào)工程中主要采用風(fēng)管暗裝式，因此本文以它作為研究對象進(jìn)行分析。風(fēng)管暗裝式超聲波加濕器通常包括加濕器、配電箱、控制器、軟水器四個部分，為了解決潮濕環(huán)境下防銹防腐等問題，加濕器的殼體通常是用塑料制成的。超聲波加濕器的加濕性能影響因素較多，它與氣流的風(fēng)速、溫度、濕度、安裝位置等因素均有關(guān)系，下面對其主要性能影響因素進(jìn)行分析。
２風(fēng)速影響
通過實際觀測發(fā)現(xiàn)風(fēng)速對風(fēng)管暗裝式超聲波加濕器的加濕量有重要的影響，加濕器在吹風(fēng)情況下比無風(fēng)情況下的霧化量大大增加。這是由于無風(fēng)狀態(tài)下，霧化的水霧聚集在水面上，形成濃霧層，嚴(yán)重影響水的繼續(xù)霧化。而流動的空氣能迅速帶走加濕器振動膜片上方的水霧，使其不能形成阻礙水霧擴散的濃霧層，因此使加濕器霧化量大大增加。但風(fēng)速在３ｍ／ｓ以后，其對加濕量的影響很小，而且風(fēng)速過大將影響加濕器水槽水位的穩(wěn)定性，因此在超聲波加濕器處的風(fēng)速應(yīng)控制在３～６ｍ／ｓ。另外風(fēng)速對氣化距離有影響，風(fēng)速越高氣化距離越長，為了減小氣化距離，氣化段的風(fēng)速宜小于４ｍ／ｓ。
３空氣溫度和濕度的影響
超聲波加濕器產(chǎn)生的水霧必須經(jīng)過氣化才能實現(xiàn)對空氣的加濕，而氣化效果與氣流溫度和相對濕度有關(guān)，溫度越高、相對濕度越低，氣化效果就越好，氣化過程所需要的距離就越短，因此應(yīng)將超聲波加濕器安裝在空調(diào)系統(tǒng)中溫度較高的位置。如果將其設(shè)置在新風(fēng)系統(tǒng)中，其前面必須有加熱器，將空氣加熱到高于２０℃，并應(yīng)注意防凍保護(hù)的問題。根據(jù)資料介紹，在風(fēng)速為２ｍ／ｓ、溫度為２０℃、相對濕度為５０％的環(huán)境下，其氣化距離約為１．５ｍ。氣流溫度、相對濕度和風(fēng)速對氣化距離的影響十分復(fù)雜，這四個參數(shù)之間的具體關(guān)系曲線，還有待深入研究。對于特殊的低溫恒溫恒濕空調(diào)工程，例如，要求送風(fēng)溫度為５～１０℃的情況，采用超聲波加濕器時必須特別注意氣化距離應(yīng)大大增加。如果將氣化段的空氣加熱到高于２０℃，這對水霧氣化有利，但將出現(xiàn)冬季需要制冷的情況，而制冷冷卻又產(chǎn)生減濕的不利作用，在這種情況下濕度精確控制是十分困難的。
４安裝位置
超聲波加濕器在空調(diào)系統(tǒng)流程中的安裝位置可以對其加濕量和安全性產(chǎn)生重要的影響。為了確定設(shè)置加濕器的最值位置，筆者在現(xiàn)場進(jìn)行多次試驗，得出的結(jié)果如下：為了提高水霧氣化的效果，超聲波加濕器應(yīng)設(shè)置在加熱器的后面；如果采用電加熱器，超聲波加濕器與電加熱器的距離不能太近，離電加熱器距離不應(yīng)小于ｌｍ，并應(yīng)采用防止熱輻射的措施。因為如果離電加熱器的距離太近，電加熱的熱輻射作用，有可能使超聲波加濕器的塑料殼體熔化。從承壓考慮，超聲波加濕器宜設(shè)置在風(fēng)機的前面。多臺超聲波加濕器應(yīng)采用并聯(lián)安裝方式，不宜采用串聯(lián)安裝方式。加濕器的后面應(yīng)有一定直管段作為氣化段，氣化距離與空氣溫度、相對濕度和風(fēng)速有關(guān)，通常為２～４ｍ。在氣化段設(shè)置表冷器、過濾器等設(shè)備將使水霧重新凝結(jié)成大的水滴，使有效加濕量減少，因此在氣化段不應(yīng)設(shè)置除了加熱器以外的其他設(shè)備。
安裝方式也可以對其加濕量產(chǎn)生影響。超聲波加濕器水槽的水位可以影響其發(fā)霧量，水位過高過低均會使發(fā)霧量減小。在正常情況下，由于設(shè)備具有水位自動控制與保護(hù)功能，其水位可以自動維持在合適的范圍。如果設(shè)備放置不平，必須出現(xiàn)部分振動膜片的水位過高，另一部分振動膜片的水位過低的情況，這將影響其加濕量。嚴(yán)重時將使水位自動控制功能失靈，出現(xiàn)漏水或無法工作的情況，因此超聲波加濕器安裝時應(yīng)確保其水平度。另外在加濕段的最低點應(yīng)設(shè)置排水管，并設(shè)水封，否則風(fēng)管壁面的凝結(jié)水或加濕器意外漏水長時間聚集，有可能使加濕器下部的電路板浸水短路。
５供水要求
超聲波加濕器的供水必須進(jìn)行過濾。為了防止在金屬振動膜片上結(jié)垢影響其發(fā)霧量，并且防止水中溶解的鈣鎂離子形成白色粉末，超聲波加濕器的供水必須進(jìn)行軟化處理，設(shè)置軟水罐，提供中性軟化水。超聲波加濕器通常具有水槽水位自動控制與保護(hù)功能，其自動補水閥對水壓有要求，如果水壓不夠，自動補水閥不能關(guān)嚴(yán)，將出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，其水位自動控制系統(tǒng)將出現(xiàn)異常，使加濕器不能正常工作，因此供水的壓力通常不應(yīng)低于０．０５ＭＰａ。另～方面，考慮到承壓的問題，供水壓力也不能太高，應(yīng)注意產(chǎn)品說明書的承壓要求。在北方地區(qū)，放置超聲波加濕器的設(shè)備機房應(yīng)設(shè)采暖，使室溫高于５℃，以防止水箱、水管和軟水罐凍結(jié)。
６加濕量的調(diào)節(jié)控制
如何進(jìn)行加濕量的控制是工程實踐中經(jīng)常遇到的問題，尤其是在直流式空調(diào)系統(tǒng)中，對加濕量控制的要求更高。筆者在一個直流式空調(diào)系統(tǒng)中，嘗試采用控制加濕器電壓的方法對超聲波加濕器的加濕量進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)控制。實測結(jié)果表明，要使超聲波加濕器的金屬膜片產(chǎn)生超聲波振動，存在著一定的最低啟動電壓，而一旦達(dá)到啟動電壓后，電壓對加濕量的影響很小。因此采用調(diào)節(jié)供電電壓對加濕量進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法，調(diào)節(jié)性能較差，結(jié)果基本相當(dāng)于開關(guān)調(diào)節(jié)。另一方面，由于超聲波加濕器響應(yīng)速度快，因此可以采用控制開關(guān)間歇時間的方法近似模擬連續(xù)調(diào)節(jié)。
７結(jié)語
超聲波加濕器的性能影響因素較多，它與氣流的風(fēng)速、溫度、濕度、安裝位置、供水情況等因素均有關(guān)系，由于實際環(huán)境條件與產(chǎn)品測試時的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)不同，超聲波加濕器實際加濕量往往低于額定加濕量。在設(shè)計選型時，應(yīng)考慮凝水損失和性能漂移等不利影響，尤其在低溫空調(diào)系統(tǒng)中，其加濕量應(yīng)留有較大的余量。另外在確定加熱器容量時，應(yīng)考慮加濕水霧的氣化熱，系統(tǒng)計算時要考慮水霧氣化過程的等焓溫降。超聲波加濕器處的風(fēng)速應(yīng)控制在３～６ｍ／ｓ。超聲波加濕器后必須有一定的直管段作為氣化距離，氣化距與空氣溫度、相對濕度和風(fēng)速有關(guān)，通常為２～４ｍ。氣化段不應(yīng)設(shè)置除了加熱器以外的其他設(shè)備，氣化段的風(fēng)速宜小于４ｍ／ｓ。氣化段的空氣溫度通常不宜低于２０℃，通常將加濕器設(shè)在加熱器的后面。另外加濕器的供水應(yīng)進(jìn)行過濾和軟化處理，供水壓力通常不應(yīng)低于０．０５ＭＰａ，并應(yīng)注意產(chǎn)品說明書的承壓要求。在北方地區(qū)，放置超聲波加濕器的設(shè)備機房應(yīng)設(shè)采暖，使室溫高于５℃。超聲波加濕器應(yīng)水平放置，并在加濕段的最低點設(shè)置排水管，并設(shè)水封。采用調(diào)節(jié)供電電壓對加濕量進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法，基本相當(dāng)于開關(guān)調(diào)節(jié)?？梢圆捎每刂崎_關(guān)間歇時間的方法近似模擬連續(xù)調(diào)節(jié)。
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