新风系统 空气加湿 的应用分析

尚明哲

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摘要：当今社会人们越来越重视生活品质，追求健康舒适的生活环境。本文分析了室内空气湿度对人体舒适度的重要性，通过对比不同加湿原理的特点，并对两种加湿形式结合新风系统设置后的空气状态点参数进行了模拟计算与分析。

关键词：新风系统；空气湿度；加湿原理；模拟计算

0 引言

当今社会人们越来越重视生活品质，追求健康舒适的生活环境。据统计，人的一生有90%的时间在室内度过，室内空气质量与人们的健康状况密切相关。空气湿度是一个与人们生活和生产有着密切关系的重要环境参数，对室内空气质量、人体舒适度以及精密设备的运行都有重要意义。

1 室内空气湿度的重要性

根据日本名古屋大学须藤千春教授的研究报告表明：近30年来，随着全球气温的逐年升高，空气湿度在逐年下降，流感、支气管哮喘、过敏性皮炎等疾病的发病率大幅提高。其中流感的多发与较低的空气湿度有着密切的关系，温暖、干燥的空气环境易于细菌、病毒的滋生和传播。一般情况下，当周围空气温度低于人的体温时，风速越大，越容易散热，人的实感温度就越低。至于湿度的影响，在夏季时，空气愈干燥，则汗水越容易蒸发，实感温度亦越低；在冬季空气越潮湿，则因水气导热率较干空气大得多，实感温度亦越低^[1]。

由于南北方地域的差异性，导致南北方使用新风系统的作用也不尽相同。南方湿气重，故客户在选择新风系统通风的同时要考虑除湿的功能；而北方空气干燥，所以客户在选择新风系统通风的同时会考虑加湿的功能。空气湿度调节结合新风系统进行设置是非常有必要的，尤其是在冬季，北方的室内需要通风的同时更需要加湿。调查研究表明，在北方冬季采暖期，几乎家家户户都感到不同程度的干燥。在屋子里身上的确暖和了，皮肤却变得干燥，喉咙也干痒甚至咳嗽，嘴唇干裂鼻子出血的情况也时有发生。当没有经过加湿的新风系统不断将室外空气送入室内的时候，由于室外空气温度及含湿量均低于室内，室内空气中的含水量会越来越低，相对湿度也越来越低。所以冬季室内湿度要保持在舒适范围，必须要在空气中加湿。

2 不同加湿形式原理分析

空气加湿器多种多样，但就湿介质的形态而论，皆可归入“蒸汽”和“水”这两种类型。

蒸汽加湿器以集中加湿应用甚广的蒸汽喷管为代表，还包括湿膜加湿器以及电热式、电极式、

红外式、PTC蒸汽加湿器等。水加湿器则以集中加湿常用的喷水室为代表，包括超声波式、离心式、加压喷雾式、湿面蒸发式加湿器和电动喷雾机等。在所有的加湿方法中，按水蒸发

的热源不同，可分为等焓加湿和等温加湿两大类。前者水蒸发所需的热量取自空气本身(显热变成潜热)，而后者水蒸发需要的热量要由外界热源供给。

从热湿传递过程来看，蒸汽加湿器大多需借助外部热源使水变成蒸汽，再将蒸汽混入空气中进行加湿，空气的状态变化过程呈近似的等温加湿过程。水加湿器则不同，它们系借助某种动力与构件使水雾化或膜化，在空气与这些微细水滴或薄膜层直接接触条件下，利用水吸收空气显热而蒸发，从而实现对空气的加湿。这类加湿方法正如喷水室使用循环水处理空气一样，空气状态变化可近似看作等焓加湿过程^[2]。

等温加湿过程中水已经变为气态不需要再吸收空气中的热量（显热），只需要扩散吸收即可，加湿效果良好；等焓加湿过程中水通过吸收周围空气中的热量，显热变化为汽化潜热，水由液态变化为气态，空气干球温度会降低。等焓加湿有两种能量的消耗，直接能量消耗和间接能量消耗，前者是加湿器直接消耗的电能，后者是为了提高空气温度所消耗的能量。

a.超声波加湿：此种加湿形式耗电量较小，白色雾状水汽虽然很直观，实际加湿效果有限。超声波加湿器将液态水转换为1~10μm直径左右的水雾颗粒，存在向室内释放污染的隐患，因为细菌和病毒会依附水雾颗粒上，有吸入肺内致病的风险。另外超声波加湿比较范围小，加湿只在1~2米以内有效。加湿罐内储水时间不宜过长，以防止细菌滋生。

b.湿膜加湿：湿膜分为两种，一种是纸类湿膜，一种是水泡石湿膜。由于材质原因，前者使用寿命较短，后者使用寿命较长。湿膜加湿器的原理是将水送至网状的湿膜上，同时让风机不断强制循环空气来带走水分，散发到空气中。这类加湿器一般设计精巧，可以保持水面的平衡，无让人不能忍受的噪音，但水的利用率很低，加湿效果较差。此种形式由于强制空气循环，所以可以起到部分净化空气作用，但是由于湿膜存在一定风阻，对风机性能要求较高，湿膜需要定期清洗更换。湿膜加湿从流过的空气中吸收热量，产生汽化，周围空气温度降低。因此，加湿后的气体温度有一定的下降。当送风温度较低时，无法实现空气加湿，故适用于室内循环送风或送风温度较高的场所。

c.蒸汽加湿：这种加湿器的工作原理，就是把水通过加热装置烧至沸腾，使液态水变为蒸汽散发到空气中。这类加湿有个最大优点，就是无菌加湿，是“纯净加湿器”，因为细菌不可能在100℃水温下存活，而且水的利用率很高，加湿量可任意调解。虽耗电量稍大，但新风系统的风阻几乎没有增加，为保证加湿效果卫生洁净，建议采用软水或纯水，亦可有效延长加热装置使用寿命。蒸汽加湿是目前市场上公认的加湿效果好，稳定性高的加湿方式。

3 模拟计算及结论

现对住宅全热交换新风系统设置空气加湿的设计方案进行分析与比较，结合以上不同形式加湿原理的特点，推荐电热式蒸汽加湿与预热+湿膜加湿两种方案进行对比分析。

设计参数设定：冬季室外空调计算干球温度为-8℃，相对湿度为67%，焓值-4.82kj/kg，绝对含湿量d1=1.3g/kg；室内计算干球温度取24℃，相对湿度按照50%标准计算，焓值47.94kj/kg，查表得绝对含湿量为d3=9.4 g/kg，全热交换器焓交换效率取67%，温度交换效率取78%。通过加湿过程空气状态计算^[3]，得到如下结论：

预热+湿膜加湿的方案要点是先将加湿前通过空调机空气温度加热到27℃左右，然后水雾喷射到双次气化膜表面进行加湿气化。此方案增加了一个空调室内机加热风温，以及湿膜填料进行绝热加湿，需要增加约100Pa（风速2.5m/s 时）的空气阻力损失，从而导致新风换气机风压增大，会增大设备噪音及运行费用。此方案由全热交换新风机+空调室内机+风管湿膜加湿器组合而成，需占用较大安装空间。

电热蒸汽加湿的方案因为是完全蒸汽加湿，加湿量易于保证，不需要提升空气温度，不需要新风换气机做任何改动即可达到加湿效果，不会产生新风换气机噪音增大的问题。最好使用纯水或软化水，避免水质结垢。蒸汽加湿后的送风卫生条件要优于湿膜加湿。

参考文献：

[1]王昭俊.关于热感觉与热舒适的讨论，建筑热能通风空调，2005年4月：93-94

[2]薛梅，董华.湿度调节及加湿模式的探讨，制冷与空调，2004：39-43

[3]中国建筑标注设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇-暖通空调动力，北京：中国建筑工业出版社，2007:16-18