超声波加湿器性能影响因素分析

超声波加湿器性能影响因素分析

　　加湿是空调湿度控制的主要手段之一，能够实现加湿的方法很多，目前空调工程采用的加湿方法主要有蒸汽加湿、喷水加湿、超声波加湿和湿膜加湿等。其中蒸汽加湿和喷水加湿这两种加湿方法应用较早，其设备原理比较简单，性能影响因素较少，工程设计方法也比较成熟，因此在空调工程中应用较广。超声波加湿相对于前两种加湿方法来说是一种比较新的加混湿手段，随着技术的发展，超声波加湿器在技术上日渐成熟，近年来民用超声波加湿器在家庭中的应用已相当普遍，但由于超声波加湿器其加湿最较小，因此它在空调工程中应用面仍然较窄，设计和使用方面的经验较少。由于其性能影响因素较多，在实际应用中如果对一些性能影响因素考虑不足，可能出现实际加湿量大大低于产品额定加湿量的情况，笔者在某工程调试中发现超声波加湿器实测的加湿量仅为产品标牌值的５０％。本文根据在工程实际应用的经验教训和现场调试的情况，对其性能影响因素进行分析，其分析结果可供类似工程设计和操作使用参考。

　　１超声波加湿器结构

　　超声波加湿器的基本工作原理是通过一个特殊电路使金属膜片产生超声波振动，从而使膜片上方的水雾化成１～５μｍ的细小水滴，水雾扩散到空气中，通过气化实现等焓加湿。它具有设备体积小、不需要蒸汽源、噪声小、水雾直径小、加湿效率高、响应速度快、能耗较小等优点。但因其加湿量较小，通常只能应用于加湿量较小的情况。工业用超声波加湿器主要有落地式、壁挂式、风管暗装式、风道吸入式四种形式，空调工程中主要采用风管暗装式，因此本文以它作为研究对象进行分析。风管暗装式超声波加湿器通常包括加湿器、配电箱、控制器、软水器四个部分，为了解决潮湿环境下防锈防腐等问题，加湿器的壳体通常是用塑料制成的。超声波加湿器的加湿性能影响因素较多，它与气流的风速、温度、湿度、安装位置等因素均有关系，下面对其主要性能影响因素进行分析。

　　２风速影响

　　通过实际观测发现风速对风管暗装式超声波加湿器的加湿量有重要的影响，加湿器在吹风情况下比无风情况下的雾化量大大增加。这是由于无风状态下，雾化的水雾聚集在水面上，形成浓雾层，严重影响水的继续雾化。而流动的空气能迅速带走加湿器振动膜片上方的水雾，使其不能形成阻碍水雾扩散的浓雾层，因此使加湿器雾化量大大增加。但风速在３ｍ／ｓ以后，其对加湿量的影响很小，而且风速过大将影响加湿器水槽水位的稳定性，因此在超声波加湿器处的风速应控制在３～６ｍ／ｓ。另外风速对气化距离有影响，风速越高气化距离越长，为了减小气化距离，气化段的风速宜小于４ｍ／ｓ。

　　３空气温度和湿度的影响

　　超声波加湿器产生的水雾必须经过气化才能实现对空气的加湿，而气化效果与气流温度和相对湿度有关，温度越高、相对湿度越低，气化效果就越好，气化过程所需要的距离就越短，因此应将超声波加湿器安装在空调系统中温度较高的位置。如果将其设置在新风系统中，其前面必须有加热器，将空气加热到高于２０℃，并应注意防冻保护的问题。根据资料介绍，在风速为２ｍ／ｓ、温度为２０℃、相对湿度为５０％的环境下，其气化距离约为１．５ｍ。气流温度、相对湿度和风速对气化距离的影响十分复杂，这四个参数之间的具体关系曲线，还有待深入研究。对于特殊的低温恒温恒湿空调工程，例如，要求送风温度为５～１０℃的情况，采用超声波加湿器时必须特别注意气化距离应大大增加。如果将气化段的空气加热到高于２０℃，这对水雾气化有利，但将出现冬季需要制冷的情况，而制冷冷却又产生减湿的不利作用，在这种情况下湿度精确控制是十分困难的。

　　４安装位置

　　超声波加湿器在空调系统流程中的安装位置可以对其加湿量和安全性产生重要的影响。为了确定设置加湿器的最值位置，笔者在现场进行多次试验，得出的结果如下：为了提高水雾气化的效果，超声波加湿器应设置在加热器的后面；如果采用电加热器，超声波加湿器与电加热器的距离不能太近，离电加热器距离不应小于ｌｍ，并应采用防止热辐射的措施。因为如果离电加热器的距离太近，电加热的热辐射作用，有可能使超声波加湿器的塑料壳体熔化。从承压考虑，超声波加湿器宜设置在风机的前面。多台超声波加湿器应采用并联安装方式，不宜采用串联安装方式。加湿器的后面应有一定直管段作为气化段，气化距离与空气温度、相对湿度和风速有关，通常为２～４ｍ。在气化段设置表冷器、过滤器等设备将使水雾重新凝结成大的水滴，使有效加湿量减少，因此在气化段不应设置除了加热器以外的其他设备。

　　安装方式也可以对其加湿量产生影响。超声波加湿器水槽的水位可以影响其发雾量，水位过高过低均会使发雾量减小。在正常情况下，由于设备具有水位自动控制与保护功能，其水位可以自动维持在合适的范围。如果设备放置不平，必须出现部分振动膜片的水位过高，另一部分振动膜片的水位过低的情况，这将影响其加湿量。严重时将使水位自动控制功能失灵，出现漏水或无法工作的情况，因此超声波加湿器安装时应确保其水平度。另外在加湿段的最低点应设置排水管，并设水封，否则风管壁面的凝结水或加湿器意外漏水长时间聚集，有可能使加湿器下部的电路板浸水短路。

　　５供水要求

　　超声波加湿器的供水必须进行过滤。为了防止在金属振动膜片上结垢影响其发雾量，并且防止水中溶解的钙镁离子形成白色粉末，超声波加湿器的供水必须进行软化处理，设置软水罐，提供中性软化水。超声波加湿器通常具有水槽水位自动控制与保护功能，其自动补水阀对水压有要求，如果水压不够，自动补水阀不能关严，将出现漏水现象，其水位自动控制系统将出现异常，使加湿器不能正常工作，因此供水的压力通常不应低于０．０５ＭＰａ。另～方面，考虑到承压的问题，供水压力也不能太高，应注意产品说明书的承压要求。在北方地区，放置超声波加湿器的设备机房应设采暖，使室温高于５℃，以防止水箱、水管和软水罐冻结。

　　６加湿量的调节控制

　　如何进行加湿量的控制是工程实践中经常遇到的问题，尤其是在直流式空调系统中，对加湿量控制的要求更高。笔者在一个直流式空调系统中，尝试采用控制加湿器电压的方法对超声波加湿器的加湿量进行连续调节控制。实测结果表明，要使超声波加湿器的金属膜片产生超声波振动，存在着一定的最低启动电压，而一旦达到启动电压后，电压对加湿量的影响很小。因此采用调节供电电压对加湿量进行调节的方法，调节性能较差，结果基本相当于开关调节。另一方面，由于超声波加湿器响应速度快，因此可以采用控制开关间歇时间的方法近似模拟连续调节。

　　７结语

　　超声波加湿器的性能影响因素较多，它与气流的风速、温度、湿度、安装位置、供水情况等因素均有关系，由于实际环境条件与产品测试时的标准状态不同，超声波加湿器实际加湿量往往低于额定加湿量。在设计选型时，应考虑凝水损失和性能漂移等不利影响，尤其在低温空调系统中，其加湿量应留有较大的余量。另外在确定加热器容量时，应考虑加湿水雾的气化热，系统计算时要考虑水雾气化过程的等焓温降。超声波加湿器处的风速应控制在３～６ｍ／ｓ。超声波加湿器后必须有一定的直管段作为气化距离，气化距与空气温度、相对湿度和风速有关，通常为２～４ｍ。气化段不应设置除了加热器以外的其他设备，气化段的风速宜小于４ｍ／ｓ。气化段的空气温度通常不宜低于２０℃，通常将加湿器设在加热器的后面。另外加湿器的供水应进行过滤和软化处理，供水压力通常不应低于０．０５ＭＰａ，并应注意产品说明书的承压要求。在北方地区，放置超声波加湿器的设备机房应设采暖，使室温高于５℃。超声波加湿器应水平放置，并在加湿段的最低点设置排水管，并设水封。采用调节供电电压对加湿量进行调节的方法，基本相当于开关调节。可以采用控制开关间歇时间的方法近似模拟连续调节。