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用較早,其設備原理比較簡單,性能影響因素較少,工程設計方法也比較成熟,因此在空調(diào)工程中應用較廣。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,隨著技術的發(fā)展,超聲波加濕器在技術上日漸成熟,近年來民用超聲波加濕器在家庭中的應用已相當普遍,但由于超聲波加濕器其加濕最較小,因此它在空調(diào)工程中應用面仍然較窄,設計和使用方面的經(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)品標牌值的50%。本文根據(jù)在工程實際應用的經(jīng)驗教訓和現(xiàn)場調(diào)試的情況,對其性能影響因素進行分析,其分析結果可供類似工程設計和操作使用參考。
1超聲波加濕器結構
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、響應速度快、能耗較小等優(yōu)點。但因其加濕量較小,通常只能應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、風管暗裝式、風道吸入式四種形式,空調(diào)工程中主要采用風管暗裝式,因此本文以它作為研究對象進行分析。風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,它與氣流的風速、溫度、濕度、安裝位置等因素均有關系,下面對其主要性能影響因素進行分析。
2風速影響
通過實際觀測發(fā)現(xiàn)風速對風管暗裝式超聲波加濕器的加濕量有重要的影響,加濕器在吹風情況下比無風情況下的霧化量大大增加。這是由于無風狀態(tài)下,霧化的水霧聚集在水面上,形成濃霧層,嚴重影響水的繼續(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。但風速在3m/s以后,其對加濕量的影響很小,而且風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速應控制在3~6m/s。另外風速對氣化距離有影響,風速越高氣化距離越長,為了減小氣化距離,氣化段的風速宜小于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,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。如果將其設置在新風系統(tǒng)中,其前面必須有加熱器,將空氣加熱到高于20℃,并應注意防凍保護的問題。根據(jù)資料介紹,在風速為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、相對濕度和風速對氣化距離的影響十分復雜,這四個參數(shù)之間的具體關系曲線,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。為了確定設置加濕器的最值位置,筆者在現(xiàn)場進行多次試驗,得出的結果如下:為了提高水霧氣化的效果,超聲波加濕器應設置在加熱器的后面;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小于lm,并應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,超聲波加濕器宜設置在風機的前面。多臺超聲波加濕器應采用并聯(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、相對濕度和風速有關,通常為2~4m。在氣化段設置表冷器、過濾器等設備將使水霧重新凝結成大的水滴,使有效加濕量減少,因此在氣化段不應設置除了加熱器以外的其他設備。
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,由于設備具有水位自動控制與保護功能,其水位可以自動維持在合適的范圍。如果設備放置不平,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確保其水平度。另外在加濕段的最低點應設置排水管,并設水封,否則風管壁面的凝結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行過濾。為了防止在金屬振動膜片上結垢影響其發(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行軟化處理,設置軟水罐,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,自動補水閥不能關嚴,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備機房應設采暖,使室溫高于5℃,以防止水箱、水管和軟水罐凍結。
6加濕量的調(diào)節(jié)控制
如何進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行連續(xù)調(diào)節(jié)控制。實測結果表明,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行調(diào)節(jié)的方法,調(diào)節(jié)性能較差,結果基本相當于開關調(diào)節(jié)。另一方面,由于超聲波加濕器響應速度快,因此可以采用控制開關間歇時間的方法近似模擬連續(xù)調(diào)節(jié)。
7結語
超聲波加濕器的性能影響因素較多,它與氣流的風速、溫度、濕度、安裝位置、供水情況等因素均有關系,由于實際環(huán)境條件與產(chǎn)品測試時的標準狀態(tài)不同,超聲波加濕器實際加濕量往往低于額定加濕量。在設計選型時,應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,其加濕量應留有較大的余量。另外在確定加熱器容量時,應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速應控制在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、相對濕度和風速有關,通常為2~4m。氣化段不應設置除了加熱器以外的其他設備,氣化段的風速宜小于4m/s。氣化段的空氣溫度通常不宜低于20℃,通常將加濕器設在加熱器的后面。另外加濕器的供水應進行過濾和軟化處理,供水壓力通常不應低于0.05MPa,并應注意產(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備機房應設采暖,使室溫高于5℃。超聲波加濕器應水平放置,并在加濕段的最低點設置排水管,并設水封。采用調(diào)節(jié)供電電壓對加濕量進行調(diào)節(jié)的方法,基本相當于開關調(diào)節(jié)。可以采用控制開關間歇時間的方法近似模擬連續(xù)調(diào)節(jié)。