超聲波加濕器性能影響因素分析

　　加濕是空調濕度控制的主要手段之一，能夠實現加濕的方法很多，目前空調工程采用的加濕方法主要有蒸汽加濕、噴水加濕、超聲波加濕和濕膜加濕等。其中蒸汽加濕和噴水加濕這兩種加濕方法應用較早，其設備原理比較簡單，性能影響因素較少，工程設計方法也比較成熟，因此在空調工程中應用較廣。超聲波加濕相對于前兩種加濕方法來說是一種比較新的加混濕手段，隨著技術的發展，超聲波加濕器在技術上日漸成熟，近年來民用超聲波加濕器在家庭中的應用已相當普遍，但由于超聲波加濕器其加濕最較小，因此它在空調工程中應用面仍然較窄，設計和使用方面的經驗較少。由于其性能影響因素較多，在實際應用中如果對一些性能影響因素考慮不足，可能出現實際加濕量大大低于產品額定加濕量的情況，筆者在某工程調試中發現超聲波加濕器實測的加濕量僅為產品標牌值的５０％。本文根據在工程實際應用的經驗教訓和現場調試的情況，對其性能影響因素進行分析，其分析結果可供類似工程設計和操作使用參考。

　　１超聲波加濕器結構

　　超聲波加濕器的基本工作原理是通過一個特殊電路使金屬膜片產生超聲波振動，從而使膜片上方的水霧化成１～５μｍ的細小水滴，水霧擴散到空氣中，通過氣化實現等焓加濕。它具有設備體積小、不需要蒸汽源、噪聲小、水霧直徑小、加濕效率高、響應速度快、能耗較小等優點。但因其加濕量較小，通常只能應用于加濕量較小的情況。工業用超聲波加濕器主要有落地式、壁掛式、風管暗裝式、風道吸入式四種形式，空調工程中主要采用風管暗裝式，因此本文以它作為研究對象進行分析。風管暗裝式超聲波加濕器通常包括加濕器、配電箱、控制器、軟水器四個部分，為了解決潮濕環境下防銹防腐等問題，加濕器的殼體通常是用塑料制成的。超聲波加濕器的加濕性能影響因素較多，它與氣流的風速、溫度、濕度、安裝位置等因素均有關系，下面對其主要性能影響因素進行分析。

　　２風速影響

　　通過實際觀測發現風速對風管暗裝式超聲波加濕器的加濕量有重要的影響，加濕器在吹風情況下比無風情況下的霧化量大大增加。這是由于無風狀態下，霧化的水霧聚集在水面上，形成濃霧層，嚴重影響水的繼續霧化。而流動的空氣能迅速帶走加濕器振動膜片上方的水霧，使其不能形成阻礙水霧擴散的濃霧層，因此使加濕器霧化量大大增加。但風速在３ｍ／ｓ以后，其對加濕量的影響很小，而且風速過大將影響加濕器水槽水位的穩定性，因此在超聲波加濕器處的風速應控制在３～６ｍ／ｓ。另外風速對氣化距離有影響，風速越高氣化距離越長，為了減小氣化距離，氣化段的風速宜小于４ｍ／ｓ。

　　３空氣溫度和濕度的影響

　　超聲波加濕器產生的水霧必須經過氣化才能實現對空氣的加濕，而氣化效果與氣流溫度和相對濕度有關，溫度越高、相對濕度越低，氣化效果就越好，氣化過程所需要的距離就越短，因此應將超聲波加濕器安裝在空調系統中溫度較高的位置。如果將其設置在新風系統中，其前面必須有加熱器，將空氣加熱到高于２０℃，并應注意防凍保護的問題。根據資料介紹，在風速為２ｍ／ｓ、溫度為２０℃、相對濕度為５０％的環境下，其氣化距離約為１．５ｍ。氣流溫度、相對濕度和風速對氣化距離的影響十分復雜，這四個參數之間的具體關系曲線，還有待深入研究。對于特殊的低溫恒溫恒濕空調工程，例如，要求送風溫度為５～１０℃的情況，采用超聲波加濕器時必須特別注意氣化距離應大大增加。如果將氣化段的空氣加熱到高于２０℃，這對水霧氣化有利，但將出現冬季需要制冷的情況，而制冷冷卻又產生減濕的不利作用，在這種情況下濕度精確控制是十分困難的。

　　４安裝位置

　　超聲波加濕器在空調系統流程中的安裝位置可以對其加濕量和安全性產生重要的影響。為了確定設置加濕器的最值位置，筆者在現場進行多次試驗，得出的結果如下：為了提高水霧氣化的效果，超聲波加濕器應設置在加熱器的后面；如果采用電加熱器，超聲波加濕器與電加熱器的距離不能太近，離電加熱器距離不應小于ｌｍ，并應采用防止熱輻射的措施。因為如果離電加熱器的距離太近，電加熱的熱輻射作用，有可能使超聲波加濕器的塑料殼體熔化。從承壓考慮，超聲波加濕器宜設置在風機的前面。多臺超聲波加濕器應采用并聯安裝方式，不宜采用串聯安裝方式。加濕器的后面應有一定直管段作為氣化段，氣化距離與空氣溫度、相對濕度和風速有關，通常為２～４ｍ。在氣化段設置表冷器、過濾器等設備將使水霧重新凝結成大的水滴，使有效加濕量減少，因此在氣化段不應設置除了加熱器以外的其他設備。

　　安裝方式也可以對其加濕量產生影響。超聲波加濕器水槽的水位可以影響其發霧量，水位過高過低均會使發霧量減小。在正常情況下，由于設備具有水位自動控制與保護功能，其水位可以自動維持在合適的范圍。如果設備放置不平，必須出現部分振動膜片的水位過高，另一部分振動膜片的水位過低的情況，這將影響其加濕量。嚴重時將使水位自動控制功能失靈，出現漏水或無法工作的情況，因此超聲波加濕器安裝時應確保其水平度。另外在加濕段的最低點應設置排水管，并設水封，否則風管壁面的凝結水或加濕器意外漏水長時間聚集，有可能使加濕器下部的電路板浸水短路。

　　５供水要求

　　超聲波加濕器的供水必須進行過濾。為了防止在金屬振動膜片上結垢影響其發霧量，并且防止水中溶解的鈣鎂離子形成白色粉末，超聲波加濕器的供水必須進行軟化處理，設置軟水罐，提供中性軟化水。超聲波加濕器通常具有水槽水位自動控制與保護功能，其自動補水閥對水壓有要求，如果水壓不夠，自動補水閥不能關嚴，將出現漏水現象，其水位自動控制系統將出現異常，使加濕器不能正常工作，因此供水的壓力通常不應低于０．０５ＭＰａ。另～方面，考慮到承壓的問題，供水壓力也不能太高，應注意產品說明書的承壓要求。在北方地區，放置超聲波加濕器的設備機房應設采暖，使室溫高于５℃，以防止水箱、水管和軟水罐凍結。

　　６加濕量的調節控制

　　如何進行加濕量的控制是工程實踐中經常遇到的問題，尤其是在直流式空調系統中，對加濕量控制的要求更高。筆者在一個直流式空調系統中，嘗試采用控制加濕器電壓的方法對超聲波加濕器的加濕量進行連續調節控制。實測結果表明，要使超聲波加濕器的金屬膜片產生超聲波振動，存在著一定的最低啟動電壓，而一旦達到啟動電壓后，電壓對加濕量的影響很小。因此采用調節供電電壓對加濕量進行調節的方法，調節性能較差，結果基本相當于開關調節。另一方面，由于超聲波加濕器響應速度快，因此可以采用控制開關間歇時間的方法近似模擬連續調節。

　　７結語

　　超聲波加濕器的性能影響因素較多，它與氣流的風速、溫度、濕度、安裝位置、供水情況等因素均有關系，由于實際環境條件與產品測試時的標準狀態不同，超聲波加濕器實際加濕量往往低于額定加濕量。在設計選型時，應考慮凝水損失和性能漂移等不利影響，尤其在低溫空調系統中，其加濕量應留有較大的余量。另外在確定加熱器容量時，應考慮加濕水霧的氣化熱，系統計算時要考慮水霧氣化過程的等焓溫降。超聲波加濕器處的風速應控制在３～６ｍ／ｓ。超聲波加濕器后必須有一定的直管段作為氣化距離，氣化距與空氣溫度、相對濕度和風速有關，通常為２～４ｍ。氣化段不應設置除了加熱器以外的其他設備，氣化段的風速宜小于４ｍ／ｓ。氣化段的空氣溫度通常不宜低于２０℃，通常將加濕器設在加熱器的后面。另外加濕器的供水應進行過濾和軟化處理，供水壓力通常不應低于０．０５ＭＰａ，并應注意產品說明書的承壓要求。在北方地區，放置超聲波加濕器的設備機房應設采暖，使室溫高于５℃。超聲波加濕器應水平放置，并在加濕段的最低點設置排水管，并設水封。采用調節供電電壓對加濕量進行調節的方法，基本相當于開關調節。可以采用控制開關間歇時間的方法近似模擬連續調節。