劉清龍 姜國璠 王麗娟(珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 509070)
目前市面上的加濕器產(chǎn)品一般只標(biāo)注加濕量、水箱容量、電壓及功率指標(biāo),現(xiàn)有加濕器標(biāo)準(zhǔn)對于適用面積未有明確要求,導(dǎo)致消費者無法正確選擇合適的加濕器。本文通過理論推導(dǎo)及實驗驗證,結(jié)合國內(nèi)房屋現(xiàn)狀給出了家用加濕器加濕量與適用面積的對應(yīng)關(guān)系,以供消費者和空調(diào)設(shè)計者選擇參考。
根據(jù)熱、濕交換理論,加濕方式分為兩種。一種是等溫加濕,利用外界熱源產(chǎn)生蒸汽,然后再將蒸汽混到空氣中來進(jìn)行加濕,此類方式在焓濕圖上表現(xiàn)為等溫過程;另一種是等焓加濕,由水吸收空氣中的顯熱而蒸發(fā)加濕,空氣失去顯熱而得到水的氣化潛熱,這類方式在焓濕圖上表現(xiàn)為等焓過程。目前采用等溫加濕的家用加濕器有:電極式加濕器、電加熱式加濕器、光波式加濕器。采用等焓加濕的家用加濕器有:超聲波加濕器、離心式加濕器、蒸發(fā)式加濕器。
根據(jù)加濕原理、焓濕圖及能量守恒定律,加濕器加濕量計算公式如下:
其中:W—有效加濕量,增加到空氣中的水蒸汽質(zhì)量,單位為g;
η—加濕轉(zhuǎn)化率。理論上為1,實際上會受環(huán)境條件或加濕方式影響;
m1—加濕前加濕器整機(jī)的重量(g);
m2—加濕后加濕器整機(jī)的重量(g);
S—加濕器所在房間的面積(m2);
h—加濕器所在房間的高度,單位(m);
ρ—空氣密度(kg/m3),一般取1.2;
d1—加濕前加濕器所在房間的空氣含濕量(g/kg);
d2—加濕后加濕器所在房間的空氣含濕量(g/kg)。
研究表明,環(huán)境相對濕度為50%~60%時對人體健康最有利,人體的抗病能力也最強(qiáng)。我國北方冬季室內(nèi)相對濕度一般都比較低,約在15%~35%之間。我們將初始工況設(shè)置為環(huán)境溫度20℃±5℃,環(huán)境相對濕度為30%±5%。因此,我們將加濕器適用面積定義為:加濕器在溫度20℃,相對濕度30%的初始工況下工作1h后環(huán)境相對濕度提升至60%對應(yīng)的房間面積。
根據(jù)公式1我們可以得出加濕器適用面積公式如下:
其中:η—加濕轉(zhuǎn)化率;
m—加濕器加濕量;
h—加濕器所在房間的高度(m),一般取2.8;
ρ—空氣密度(kg/m3),一般取1.2;
d1—環(huán)境溫度20℃,濕度為30%RH,查焓濕圖得d1=4.39g/kg;
d2—環(huán)境溫度20℃,濕度為30%RH,查焓濕圖得d2=8.83g/kg。
我們只需要知道加濕轉(zhuǎn)化率η和加濕器的加濕量m即可推導(dǎo)出加濕器適用面積S適。其中η可根據(jù)公式1通過實驗數(shù)據(jù)得出,加濕量m可以用加濕器的額定加濕量來代替。
實驗室為8 4 m3的密閉房間,大小為6m*5m*2.8m(長*寬*高),長度方向用隔板密封隔開以調(diào)整測試面積,此次測試房間面積調(diào)整為15m2。實驗室可自由調(diào)整環(huán)境濕度20%至90%, 溫度-8℃至43℃。
準(zhǔn)確度為±5%的濕度表,用于記錄房間相對濕度。
格力DH40EB除濕機(jī),用于加速房間除濕。
2臺額定加濕量為300ml/h的超聲波加濕器,1臺額定加濕量為350ml/h的蒸發(fā)式加濕器。
表1 實驗數(shù)據(jù)及處理結(jié)果
在15m2的封閉室內(nèi)進(jìn)行實驗,加濕前將工況調(diào)至環(huán)境溫度20℃,濕度30%RH,加濕過程中,每隔10min記錄一次室內(nèi)空氣的相對濕度、溫度。為保證實驗的準(zhǔn)確性,進(jìn)行了3次實驗。先讓加濕器預(yù)工作1h,然后試驗時加濕器以最大加濕量狀態(tài)工作。蒸發(fā)式加濕器的蒸發(fā)濾芯需進(jìn)行24h預(yù)處理以達(dá)到最佳吸水性能。其中1號機(jī)和2號機(jī)為超聲波加濕器,3號機(jī)為蒸發(fā)式加濕器。
根據(jù)公式1我們可以推導(dǎo)出η計算如下:
其中S取15m2,ρ取1.2kg/m3,h取2.8m,d2、d1可以通過焓濕圖查到。實驗數(shù)據(jù)及處理結(jié)果如表1所示。
從而我們可以算出
η=(69.27%+55.2%+61.6%+63.44%)/4=62.37%。
根據(jù)前面計算,η取62.37%,查焓濕圖得知:d2=8.83 g/kg ,d1=4.39 g/kg。
以額定加濕量為300ml/h的加濕器產(chǎn)品計算,加濕器適用面積S適計算如下:
S適=0.62*300/(2.8*1.2*(8.83-4.39))=12m2
從而推斷超聲波加濕器理論適用面積如表2所示。
根據(jù)文獻(xiàn),超聲波加濕效率可以做到80%,蒸發(fā)式加濕效率可以做到100%,從實驗數(shù)據(jù)可以看出目前加濕器的加濕轉(zhuǎn)化效率為55.2%~69.27%左右。實驗數(shù)據(jù)小于理論值的原因是:
(1)加濕器出霧口的風(fēng)速。目前,家用加濕器出霧口風(fēng)速一般為1.2~1.6m/s。加濕器出霧口出來的濕氣大多聚集在加濕器附近,導(dǎo)致加濕器附近的濕度大于遠(yuǎn)處的濕度。我們在試驗時也發(fā)現(xiàn),加濕器連續(xù)工作2h后,地面上有明顯的水珠。
表2 加濕器適用面積
表3 加濕器推薦適用面積
(2)實驗室客觀因素的影響。室內(nèi)墻壁和設(shè)備吸濕量及室外空氣滲入都會造成室內(nèi)空氣濕度不穩(wěn)定。試驗中應(yīng)盡量減少設(shè)備數(shù)量及實驗人數(shù),以減少冷負(fù)荷等對空氣濕度的影響。
需要指出的是,本實驗結(jié)果對于消費者選擇合適的加濕器具有理論指導(dǎo)意義,實際選用加濕器時還需結(jié)合房屋高低、室內(nèi)通風(fēng)情況(評估室外空氣對室內(nèi)濕度的影響)、房間的設(shè)備和人員情況(確定房間的散熱量)、加濕器使用時離消費者的距離來確定。根據(jù)問卷調(diào)查,在室內(nèi)溫度24℃、相對濕度50%時,人體感覺最舒適。為此,筆者在實驗結(jié)果基礎(chǔ)上綜合加濕器使用環(huán)境給出了家用加濕器加濕量與推薦適用面積的對比關(guān)系表,如表3所示。
本文通過理論推導(dǎo)及實驗驗證,結(jié)合加濕器實際使用環(huán)境給出了家用加濕器加濕量與適用面積的對應(yīng)關(guān)系,以供消費者和空調(diào)設(shè)計者選擇參考。在實驗中我們發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有家用加濕器加濕轉(zhuǎn)化率實際值比理論值低,后續(xù)我們在加濕器開發(fā)時需從結(jié)構(gòu)設(shè)計、零部件選型優(yōu)化等方面來提升加濕轉(zhuǎn)換率。