文 | 航天科工防御技術(shù)研究試驗(yàn)中心 彭彤

采用淺水盤加濕方式實(shí)現(xiàn)低溫高濕應(yīng)力

文 | 航天科工防御技術(shù)研究試驗(yàn)中心 彭彤

目前運(yùn)用最為廣范的加濕方法是利用淺水盤加濕，根據(jù)其加濕原理分析，淺水盤加濕方法一般只能控制在常溫以上的濕度。本文介紹一種方法，結(jié)合濕度原理在不對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造的情況下實(shí)現(xiàn)了低溫高濕的試驗(yàn)應(yīng)力。同時(shí)，反應(yīng)出國外某些先進(jìn)設(shè)備對(duì)試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)的完善考慮。

淺水盤加濕；低溫高濕；濕度可控

1.述

在環(huán)境試驗(yàn)中[1]，濕度應(yīng)力通常用相對(duì)濕度來代替成為描述濕度的表達(dá)方式。因?yàn)闈穸仁且粋€(gè)相對(duì)的概念，無法用一個(gè)確切的數(shù)值表示。人們通過大量的實(shí)驗(yàn)和整理尋求到了表示水汽飽和壓力與溫度之間的關(guān)系，并將這種關(guān)系以相對(duì)濕度這種形式表現(xiàn)出來。相對(duì)濕度的定義是：空氣中水汽分壓力與該溫度下水的飽和汽壓之比并用百分?jǐn)?shù)表示。

最早的加濕方式是向試驗(yàn)箱箱壁上噴水，通過控制水溫使水表面飽和壓力得到控制。箱壁表面的水形成較大的面，在這個(gè)面上向箱內(nèi)通過擴(kuò)散的方式向箱內(nèi)加入水汽壓使恒溫恒濕試驗(yàn)箱中相對(duì)濕度升高。但這種控制方式過渡過程較長，不能滿足交變濕熱對(duì)加濕量要求較多的需要。因此，這一方法很快為蒸汽加濕和淺水盤加濕方式取代。

蒸汽加濕作用時(shí)間短，控制簡單可靠，但由于其工作時(shí)功率較大（需要鍋爐），因此，通常只是大型設(shè)備采用。蒸汽加濕最大的問題在于其加濕的蒸汽是帶有熱量的，因此，其通常會(huì)影響環(huán)境的溫度，特別是在濕度工作狀況下，通常設(shè)備采用小功率壓縮機(jī)，這樣就進(jìn)一步加大了溫度控制的難度。因此，蒸汽加濕模式只適用于高溫高濕模式。

淺水盤加濕結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，它利用試驗(yàn)箱中安裝了加熱器的水盤，適當(dāng)?shù)奶岣邷\水盤中的水溫，水盤表面層隨著溫度升高，水氣壓力升高，與箱中空氣中的水汽分壓力之差增加，加劇了水汽擴(kuò)散和對(duì)流質(zhì)交換。這樣，使得水汽的過熱量有明顯下降，能用于低溫情況下的加濕。

淺水盤雖然可以用作低溫情況下的加濕，但低溫范圍受到很多條件的制約。溫度過低，冷卻水容易結(jié)冰，對(duì)設(shè)備造成損傷。此外，由于相同絕對(duì)含濕量下，溫度越低，相對(duì)濕度越大，因此，在低溫高濕過程中很容易出現(xiàn)相對(duì)濕度達(dá)到100%，造成霧化的現(xiàn)象。本文是作者在進(jìn)行某客戶提出的2.5%，95%相對(duì)濕度的試驗(yàn)條件時(shí)摸索出的一套實(shí)現(xiàn)低溫高濕應(yīng)力的方法。

2.現(xiàn)途徑探討

為實(shí)現(xiàn)低溫加濕的特殊環(huán)境，采用的設(shè)備是由法國Climat公司生產(chǎn)的1000VH70/30，設(shè)備的對(duì)濕度的控制圖[2]，見圖1：

很明顯，要求的2.5℃，95%的要求值不在設(shè)備的控制范圍內(nèi)。在2.5℃相對(duì)濕度為95%的情況下，雖然相對(duì)濕度很高，但環(huán)境的露點(diǎn)只有1.78℃，絕對(duì)濕度只有5.46g/m3 。絕對(duì)含濕量只相當(dāng)于在20℃，相對(duì)濕度為30%的絕對(duì)濕度值，也就是說，對(duì)于正常大氣條件下，這一過程對(duì)于絕對(duì)濕度來說是一個(gè)除濕的過程。在設(shè)備看來，一方面由于相對(duì)濕度的提高是一個(gè)加濕的過程，而另一方面，由于絕對(duì)濕度的下降，系統(tǒng)又關(guān)閉了加濕功能，因此會(huì)出現(xiàn)工作不正常的現(xiàn)象。

因此，直接將設(shè)置值為2.5℃，95%系統(tǒng)雖然接受，未提示報(bào)警信號(hào),但在具體試驗(yàn)過程中出現(xiàn)了很多問題，見圖2：

從圖中我們可以看到，試驗(yàn)過程中先后出現(xiàn)了以下幾個(gè)問題：

a．加濕過程溫度出現(xiàn)大幅上升

出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是由于在加濕過程中有一個(gè)補(bǔ)水的過程，此時(shí)，泵 將加濕水注入到淺水盤中，而這些加濕水的溫度遠(yuǎn)高于箱內(nèi)的溫度，因此，溫度出現(xiàn)大幅的上升。在試驗(yàn)過程中，溫度最高漂移到了+10.2℃。

b．濕度的穩(wěn)定狀態(tài)是100%

通過測(cè)量，試驗(yàn)前環(huán)境溫度為20℃，相對(duì)濕度為40%。由于在試驗(yàn)之前的箱內(nèi)的空氣是正常大氣條件，此時(shí)箱內(nèi)空氣的絕對(duì)濕度達(dá)到，已然超過了2.5℃，95%條件下的絕對(duì)濕度值。因此，在溫度降至2.5℃后，不需要加濕過程，箱內(nèi)的絕對(duì)濕度已然達(dá)到100%同時(shí)伴隨著嚴(yán)重的霧化現(xiàn)象。

c．頻繁出現(xiàn)上水和泄水的現(xiàn)象

由于溫度漂移量較大，設(shè)備為了將溫度控制住，以較大功率對(duì)試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行制冷，雖然在濕熱試驗(yàn)中制冷壓縮機(jī)的功率較小，但全功率工作仍然容易導(dǎo)致瞬間出現(xiàn)1℃左右的漂移。而同時(shí)，淺水盤的水由于溫度相對(duì)較高，仍然在釋放熱量，導(dǎo)致溫度難以穩(wěn)定。而設(shè)備默認(rèn)的在濕熱試驗(yàn)中，有一個(gè)防止結(jié)冰的保護(hù)溫度+2.0℃，當(dāng)設(shè)備內(nèi)溫度低于這個(gè)值，設(shè)備便排水保護(hù)，濕度值降為0；當(dāng)高于這個(gè)值時(shí)，系統(tǒng)繼續(xù)補(bǔ)水加濕。因此，出現(xiàn)了頻繁上水和泄水的現(xiàn)象。

因此，為了低溫高濕應(yīng)力，應(yīng)該避免以上三個(gè)現(xiàn)象的出現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)這一功能，在試驗(yàn)過程中對(duì)試驗(yàn)程序進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男薷摹?/p>

3.施過程及結(jié)果分析

為了解決第一個(gè)問題，即加濕水帶來熱量的問題?？紤]到如果加濕水的溫度足夠低，那么即便在淺水盤中，也不會(huì)帶來散熱的問題。事先將加濕水換成低溫水是一個(gè)解決途徑，但同時(shí)帶來的問題是將溫度降到多少度，要補(bǔ)充多少加濕水的問題，將這一問題復(fù)雜化了。因而，作者考慮到先在常溫中就將加濕水注入，在試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行降溫。因此，不同于一般的濕熱試驗(yàn)的先降溫再加濕，在本次試驗(yàn)中，先在常溫下就進(jìn)行加濕步驟，目的是使常溫狀態(tài)下使淺水盤注水。濕度到達(dá)后進(jìn)行降溫，這樣保證水溫同箱溫保持基本一致，從而避免加濕水的放熱。

第二個(gè)問題是在降溫情況下相對(duì)濕度升高的問題，由于設(shè)備在常溫下就已經(jīng)加濕且設(shè)備不具備除濕功能，直接降溫必然導(dǎo)致濕度的上升?？紤]到空氣中相對(duì)濕度較低，只要保持一定的通風(fēng)，通過這種方式就能起到一個(gè)降濕的作用，而在100%的相對(duì)濕度，只需要稍微降低一點(diǎn)就能達(dá)到95%的控制要求，多出的部分淺水盤的加濕可進(jìn)行補(bǔ)償。

第三個(gè)問題的關(guān)鍵在于保證溫度的穩(wěn)定，解決這一問題的關(guān)鍵在于設(shè)定一個(gè)較慢的溫變速率。溫變速率低，設(shè)備的穩(wěn)定性能控制在一個(gè)很低的范圍內(nèi)。同時(shí)，低溫變速率對(duì)于控制加濕水的溫度以及減少試驗(yàn)箱內(nèi)外濕度差有著很大的幫助。在正式試驗(yàn)過程中，從控制的角度出發(fā)，溫變速率越慢，低溫高濕的穩(wěn)定性也越好。

在本次試驗(yàn)中，試驗(yàn)的起始條件設(shè)置為+20℃，95%。然后再以0.1℃/min的速率將溫度降低至+2.5℃，期間濕度保持不變并保持試驗(yàn)箱外有一定的氣流交換。在具體試驗(yàn)中得到的試驗(yàn)曲線見圖3所示：

4.論

通過試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了低溫高濕（2.5℃，95%）的穩(wěn)定控制，溫度的波動(dòng)和濕度的波動(dòng)也僅在降到的一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)有著微小的波動(dòng)，說明通過淺水盤加濕是能夠突破設(shè)備的額定值范圍而穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)低溫高濕的要求的。進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)，如果溫度繼續(xù)下降，設(shè)備設(shè)置了一個(gè)保護(hù)值2℃，一旦測(cè)量到溫度低于這個(gè)值，設(shè)備為防止淺水盤的水結(jié)冰，默認(rèn)將條件改為低溫而排水，使得更低的溫度下控濕無法實(shí)現(xiàn)。雖然控制上無法實(shí)現(xiàn)，但從原理上說，進(jìn)一步降溫，濕度仍然是能保持一個(gè)較高的值，如果此時(shí)將設(shè)備的泄水閥人為關(guān)斷，濕度理論情況下仍然可以保持穩(wěn)定。

設(shè)置淺水盤結(jié)冰保護(hù)說明了法國克萊梅公司在設(shè)備的設(shè)計(jì)上考慮到了這一極限情況并在功能上設(shè)置了保護(hù)，雖然它在某種程度上限制了設(shè)備的能力，但同時(shí)它能有效地避免結(jié)冰對(duì)設(shè)備的損傷，從而保證試驗(yàn)的質(zhì)量。這對(duì)于國內(nèi)的設(shè)備制造廠家是值得借鑒的。

1 蒯正興 關(guān)于濕熱試驗(yàn)箱加濕和除濕方法的研究

2 1000VH70/30 用戶手冊(cè)

The Implementation of Low Temperature and Humidity Through Water Pond Humidification Method

Water pond humidification method is one of the most popular methods. Based on the analysis of humidification, the above method can be used to control the humidification only when the temperature is above the ambient one. This paper put forward a method of water pond humidification to achieve the low temperature and high humidity without equipment modification. Our study also showed that the comprehensive consideration of test risk of some foreign advanced equipment.

water pond humidification；low temperature and high humidity；temperature controllable

彭彤(1983- )，男，江西崇仁人，博士研究生，工程師，主要從事環(huán)境與可靠性試驗(yàn)技術(shù)