鄭嬌萌，李王成

不同模式下室外超聲波加濕器加濕效率分析＊

鄭嬌萌，李王成

（寧夏大學(xué)，寧夏 銀川 750021）

中國西北地區(qū)年降雨量小，氣候干燥，為了更好地調(diào)節(jié)該區(qū)的局部小氣候，同時(shí)了解加濕器不同工作模式下加濕效果，對(duì)室外超聲波加濕器的加濕效率進(jìn)行了初步探討。利用溫濕度自動(dòng)記錄儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)濕度變化，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。結(jié)果表明，“風(fēng)機(jī)輔助加濕”工作模式下，短期內(nèi)濕度調(diào)節(jié)效率較高，“無風(fēng)機(jī)作用”工作模式下，增濕后濕度較為穩(wěn)定；超聲波霧化器工作時(shí)間的增加，有利于空氣濕度的增大，空氣濕度在短距離（1.25 m）內(nèi)的增加幅度更大，超聲波霧化器的加濕效率隨距離的增大而逐漸降低，且在短距離（1.25 m）內(nèi)的降幅更大；霧化器的數(shù)量增多一定程度上可以大幅提高加濕效率，且隨著距離增大空氣濕度下降幅度增大。

干旱區(qū)；室外加濕；超聲波霧化；加濕效率

近年來，隨著社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，環(huán)境舒適度日漸受到人們的關(guān)注。其中，空氣濕度是影響環(huán)境舒適度的關(guān)鍵因素之一。氣候干燥、空氣濕度不足不僅影響人們的健康和舒適性，還會(huì)影響人們生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。當(dāng)空氣濕度達(dá)到40%～60%時(shí)，人體思維、生理皆處于良好狀態(tài)[1-3]。然而西北地區(qū)（以寧夏地區(qū)為例）降水量少，空氣濕度小，氣候干燥，在這樣的環(huán)境下室外超聲波加濕器加濕效率的研究就顯得尤為重要。

對(duì)于霧化器目前已多有研究[4-9]，劉澤勤、趙航宇以數(shù)值模擬為基礎(chǔ)，通過理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證對(duì)電陶瓷加濕器噴桿安裝位置和噴嘴朝向?qū)訚裥Ч挠绊憜栴}進(jìn)行了探討，證明了噴桿置于回風(fēng)管中，噴嘴順流布置和噴嘴逆流布置均可實(shí)現(xiàn)加濕目的[10]；侯騰彥等分析了霧化器工作時(shí)液滴破碎機(jī)理，提出影響降塵效率和水流損失的原因[11]；江峰等通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了霧滴粒徑大小的決定因素是出霧口直徑，分析了錐孔變形對(duì)霧滴粒徑的影響，最終挑選出了霧化器最優(yōu)諧振振型和諧振頻率[12-14]；李福旭為了探究不同頻率超聲波霧化片的霧化效果，對(duì)市面上常用的不同頻率的超聲波霧化片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析，發(fā)現(xiàn)諧振頻率為112 kHz的超聲波霧化片霧化分布均勻效果最好[15]。

上述文獻(xiàn)都從超聲波霧化器諧振振型、頻率和加濕器安裝位置分析其對(duì)加濕效率的影響，或者僅僅分析了超聲波霧化器對(duì)降塵效率的影響。目前關(guān)于超聲波加濕器加濕效率與工作時(shí)間，距離和加濕器工作數(shù)量等的相關(guān)性研究較少，本實(shí)驗(yàn)利用溫濕度自動(dòng)記錄儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)濕度變化，分析了風(fēng)機(jī)作用和加濕器工作數(shù)量與加濕效率的相關(guān)關(guān)系以及加濕效率隨距離、時(shí)間的變化規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)與方法

本實(shí)驗(yàn)研究位于寧夏大學(xué)室外研究點(diǎn)，利用超聲波霧化器對(duì)空氣進(jìn)行濕度調(diào)節(jié)。每一個(gè)加濕裝置層包含6個(gè)超聲波霧化器（單個(gè)霧化器工作電壓為24 V，工作頻率為（1 700± 50）kHz，霧化量大于400 mL/h，霧化頭直徑為45 mm），6個(gè)霧化器分別放在室外加濕裝置的6個(gè)霧化倉內(nèi)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)需求來調(diào)整加濕裝置的工作方式。同時(shí)加濕裝置下部安裝條形風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)工作時(shí)可促進(jìn)水霧分子的擴(kuò)散。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

在加濕裝置周圍0.5～3.0 m每隔一定距離安裝溫濕度自動(dòng)記錄儀，便于連續(xù)觀測(cè)和記錄空氣濕度的數(shù)據(jù)變 化[16-18]。整理不同工作模式下加濕器周圍的濕度數(shù)據(jù)，采用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和制圖，對(duì)有無風(fēng)機(jī)作用和加濕器工作時(shí)間、距離與加濕器加濕效率進(jìn)行相關(guān)分析，分析加濕器工作數(shù)量不同情況下2 h內(nèi)空氣濕度的變化情況。

1.3 分析方法

將采集到的空氣濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。分析“六個(gè)超聲波霧化器和風(fēng)機(jī)同時(shí)工作”與“六個(gè)超聲波霧化器工作，風(fēng)機(jī)不工作”兩種工作模式下，工作不同時(shí)間（15 min，30 min，…，120 min）加濕裝置周圍環(huán)境的濕度變化；分析“六個(gè)超聲波霧化器和風(fēng)機(jī)同時(shí)工作”與“六個(gè)超聲波霧化器工作，風(fēng)機(jī)不工作”兩種工作模式下，加濕裝置周圍空氣濕度隨距離（0.5 m，1.0 m，…，3.0 m）的變化情況；分析“六個(gè)超聲波霧化器和風(fēng)機(jī)同時(shí)工作”與“六個(gè)超聲波霧化器工作，風(fēng)機(jī)不工作”兩種工作模式下，工作2 h，同距離濕度觀測(cè)點(diǎn)測(cè)得空氣濕度的變化情況；分析“六個(gè)超聲波霧化器和風(fēng)機(jī)同時(shí)工作”與“單個(gè)霧化器和風(fēng)機(jī)同時(shí)工作”兩種工作模式下，加濕裝置周圍空氣濕度隨距離（0.5 m，1.0 m，…， 3.0 m）的變化情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 “六個(gè)超聲波霧化器加風(fēng)機(jī)”與“六個(gè)超聲波霧化器不加風(fēng)機(jī)”加濕效率分析

2.1.1 六個(gè)超聲波霧化器加風(fēng)機(jī)工作模式加濕效率分析

圖1所示為六個(gè)霧化器加風(fēng)機(jī)工作時(shí)在距離加濕器4 m測(cè)驗(yàn)點(diǎn)測(cè)得的室外濕度的變化曲線。實(shí)驗(yàn)之前測(cè)得初始相對(duì)濕度為34.8%，加濕器從14：45工作到16：45，總計(jì)工作2 h。對(duì)加濕器工作區(qū)間（14：45—16：45）濕度變化曲線分析可知：加濕器工作后可以對(duì)空氣濕度有較為明顯的改善，空氣濕度基本維持在40%～60%這一人體適宜濕度范圍內(nèi)；濕度的增長速度較快，工作75 min濕度由34.8%提升到最大濕度68.9%，平均增長速度為每10 min濕度增長4.5%。對(duì)加濕器停止工作區(qū)間濕度變化曲線分析可知：16：45之后加濕器停止工作，此后一定時(shí)間段內(nèi)，濕度仍然能夠保持在40%～60%之間；濕度由59.8%下降到39.0%用時(shí)60 min，平均下降速度為每10 min濕度下降3.7%；加濕器停止工作后120 min，濕度基本恢復(fù)實(shí)驗(yàn)前室外初始濕度。綜上分析可得，此種工作模式下，濕度增加較為迅速且加濕器停止工作后一定時(shí)間段內(nèi)依舊可以對(duì)周圍空氣濕度有調(diào)節(jié)作用。

圖1 六個(gè)霧化器加風(fēng)機(jī)工作的濕度變化

2.1.2 六個(gè)超聲波霧化器不加風(fēng)機(jī)工作模式加濕效率分析

圖2所示為六個(gè)霧化器不加風(fēng)機(jī)工作時(shí)在距離加濕器 4 m測(cè)驗(yàn)點(diǎn)測(cè)得的室外濕度的變化曲線。

實(shí)驗(yàn)之前測(cè)得初始相對(duì)濕度為34.8%，加濕器從09：45工作到11：45，總計(jì)2 h。對(duì)加濕器工作區(qū)間（09：45— 11：45）濕度變化曲線分析可知，加濕器工作后濕度可以較為穩(wěn)定地維持在人體適宜濕度區(qū)間內(nèi)（40%～60%），濕度的變化幅度不大，最高濕度為45.8%。此種工作模式下，增濕后濕度較為穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)濕度過高以及濕度變化過大的情況。

圖2 六個(gè)霧化器不加風(fēng)機(jī)工作的濕度變化

2.2 工作時(shí)間及作用距離對(duì)加濕效率的影響分析

圖3所示為六個(gè)超聲波霧化器不加風(fēng)機(jī)工作模式下，加濕器分別工作30 min、45 min和60 min時(shí)，在距離加濕器0.3～3.0 m實(shí)時(shí)檢測(cè)空氣相對(duì)濕度所得到的濕度變化曲線。

2.2.1 工作時(shí)間對(duì)加濕效率的影響分析

對(duì)比分析加濕器工作30 min、45 min和60 min的濕度變化曲線[19-20]。顯而易見，60 min濕度曲線整體高于45 min和30 min濕度曲線，45 min濕度曲線低于60 min濕度曲線而高于30 min濕度曲線，工作時(shí)間長的濕度曲線整體濕度值大于工作時(shí)間短的濕度曲線的濕度值。同時(shí)，通過對(duì) 60 min、45 min和30 min濕度曲線在相同距離監(jiān)測(cè)點(diǎn)的濕度數(shù)值進(jìn)行對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)，在0.3～1.25 m距離內(nèi)，不同工作時(shí)間在同一距離檢測(cè)點(diǎn)的濕度數(shù)值差異較大。分析 60 min和30 min的濕度曲線，0.3～1.25 m距離內(nèi)濕度值差異分別為8.8%、11.3%、10.9%、9.7%，均值為10.2%；在1.25～2.5 m距離內(nèi)，不同工作時(shí)間在同一距離檢測(cè)點(diǎn)的濕度數(shù)值差異變小，濕度差均值約為5.1%；2.5 m距離之外，工作時(shí)間增加加濕效率并未提高，此時(shí)加濕器工作時(shí)間對(duì)濕度的影響可以忽略。

2.2.2 作用距離對(duì)加濕效率的影響分析

對(duì)比加濕裝置周圍0.3～3.0 m距離內(nèi)空氣濕度的變化曲線。加濕器工作30 min、45 min和60 min的濕度變化曲線整體趨勢(shì)都是濕度隨距離的增大而減?。煌瑫r(shí)可以發(fā)現(xiàn)，0.3～1.25 m區(qū)段內(nèi)濕度曲線的降幅大于1.25～3.0 m區(qū)段內(nèi)濕度曲線的降幅。

由此可見，前1.25 m距離內(nèi)，加濕器的加濕效率與距離的相關(guān)性大于1.25 m距離以外的加濕器加濕效率與距離的相關(guān)性。

圖3 六個(gè)超聲波霧化器工作濕度變化數(shù)據(jù)圖

2.3 超聲波霧化器工作數(shù)量及風(fēng)機(jī)工作情況對(duì)加濕效率的影響分析

圖4和圖5所示分別為三種工作模式下（單個(gè)超聲波霧化器加風(fēng)機(jī)、六個(gè)超聲波霧化器加風(fēng)機(jī)、六個(gè)超聲波霧化器不加風(fēng)機(jī)），加濕器分別工作30 min和60 min的濕度變化曲線。

2.3.1 超聲波霧化器數(shù)量對(duì)加濕效率的影響分析

當(dāng)風(fēng)機(jī)工作時(shí)，對(duì)比單個(gè)霧化器和六個(gè)霧化器工作時(shí)濕度變化曲線可知，六個(gè)霧化器加風(fēng)機(jī)作用下，工作30 min濕度從80.1%降到67.7%，降幅7.1 %/m；工作60 min濕度從86.1%降到73.0%，降幅5.2 %/m[21]。單個(gè)霧化器加風(fēng)機(jī)作用下，工作30 min濕度47.1%降到44.6%，降幅1.0%/m；工作60 min濕度從46.4%降到45.6%，降幅0.3%。由此可見，霧化器的數(shù)量增多一定程度上可以大幅提高加濕效率；同時(shí)，霧化器數(shù)量越多，隨著距離增大濕度的下降幅度越大。

2.3.2 風(fēng)機(jī)工作情況對(duì)加濕效率的影響分析

當(dāng)相同數(shù)量霧化器工作時(shí)，對(duì)比加風(fēng)機(jī)與不加風(fēng)機(jī)工作模式下濕度變化曲線。加風(fēng)機(jī)工作模式下的濕度變化曲線的濕度值明顯高于不加風(fēng)機(jī)工作模式下濕度變化曲線的濕 度值。

由此可知，在風(fēng)機(jī)的作用下可以提高加濕器濕度調(diào)節(jié)的效率。不加風(fēng)機(jī)工作模式下，0.5～1.5 m距離內(nèi)濕度曲線的斜率明顯大于1.5 m之后的濕度曲線斜率，加風(fēng)機(jī)工作模式下，濕度變化曲線斜率隨距離的變化差異不大，曲線斜率基本保持一致。由此可知，加風(fēng)機(jī)作用下濕度隨距離的增大，近似線性遞減；不加風(fēng)機(jī)作用下，空氣濕度在短距離內(nèi)急劇減小，隨后近似線性遞減。

圖4 三種工作模式下加濕器工作30 min的濕度變化曲線

圖5 三種工作模式下加濕器工作60 min的濕度變化曲線

3 結(jié)論

六個(gè)超聲波霧化器加風(fēng)機(jī)工作模式可以保證短時(shí)間內(nèi)高效率調(diào)節(jié)空氣濕度，并且加濕器停止工作一段時(shí)間之內(nèi)周圍空氣的濕度仍然能夠保持在適宜的濕度范圍內(nèi)；六個(gè)霧化器不加風(fēng)機(jī)工作模式下，增濕后濕度較為穩(wěn)定，周圍環(huán)境可以基本維持恒濕狀態(tài)。

超聲波霧化器工作時(shí)間的延長，有利于空氣濕度的增加，且隨工作時(shí)間的延長，空氣濕度在短距離（1.25 m）內(nèi)的增長幅度更大；超聲波霧化器的加濕效率隨距離的增大而逐漸減小，且在短距離（1.25 m）內(nèi)的降幅更大。

霧化器的數(shù)量增多一定程度上可以大幅提高加濕效率，同時(shí)，霧化器數(shù)量越多，隨著距離增大濕度數(shù)值下降幅度隨之增大；在風(fēng)機(jī)的輔助作用下，濕度隨距離為線性遞減，而在未加風(fēng)機(jī)情況下，超聲波霧化器對(duì)空氣的加濕效率通常會(huì)在短距離內(nèi)急劇下降。

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X22；TB47

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.01.009

2095－6835（2021）01－0026－04

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（編號(hào)：51869023）；國家級(jí)一流專業(yè)“雙萬計(jì)劃”項(xiàng)目，寧夏高等學(xué)校一流學(xué)科建設(shè)（水利工程學(xué)科）資助項(xiàng)目（編號(hào)：NXYLXK2017A03）；寧夏自治區(qū)級(jí)青年拔尖人才項(xiàng)目（編號(hào)：030103030008）

鄭嬌萌（1999—），女，山西運(yùn)城人，寧夏大學(xué)本科生，農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)。

李王成（1974—），男，陜西勉縣人，教授，主要研究方向?yàn)楣?jié)水灌溉技術(shù)與理論、農(nóng)業(yè)水資源高效利用。

〔編輯：王霞〕