空調(diào)列車(chē)空氣的加濕處理

摘 要：在干燥季節(jié)，列車(chē)上旅客明顯感到不適，出現(xiàn)不少問(wèn)題。列車(chē)上需要加裝專(zhuān)門(mén)的空氣加濕處理設(shè)備，即電極式加濕器加濕空氣，使空調(diào)系統(tǒng)得到進(jìn)一步完善，這樣就能創(chuàng)造一個(gè)人體感覺(jué)更加舒適、健康的室內(nèi)環(huán)境。該處理方式簡(jiǎn)單可行，體現(xiàn)出了舒適性原則。

關(guān)鍵詞：空調(diào)；列車(chē)；濕負(fù)荷

中圖分類(lèi)號(hào)：TB657.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 簡(jiǎn)要說(shuō)明

本文是以長(zhǎng)春客車(chē)廠生產(chǎn)的25k型快速硬座車(chē)為例進(jìn)行分析的。

列車(chē)空調(diào)屬于舒適性空調(diào)，室內(nèi)溫度和濕度都很重要。因車(chē)內(nèi)溫度已達(dá)到要求，制冷系統(tǒng)也已在夏季對(duì)空氣進(jìn)行了減濕處理，所以，我們需要考慮的是干燥季節(jié)（大部分時(shí)間在冬季，以下稱(chēng)冬季。）空氣進(jìn)行加濕的問(wèn)題，以提高舒適性。

2 列車(chē)加濕負(fù)荷分析

2.1 車(chē)內(nèi)空氣加濕負(fù)荷分析

影響系統(tǒng)濕負(fù)荷的有車(chē)內(nèi)因素和車(chē)外因素。車(chē)內(nèi)因素有旅客人體濕負(fù)荷、旅客人為濕負(fù)荷、設(shè)備場(chǎng)地濕負(fù)荷；車(chē)外因素有新風(fēng)漏入濕負(fù)荷和新風(fēng)吸入濕負(fù)荷，還有空氣漏出濕負(fù)荷和廢排濕負(fù)荷的情況。所以，系統(tǒng)濕負(fù)荷應(yīng)是失去的濕負(fù)荷減去進(jìn)入的濕負(fù)荷。需要指出的是，加濕系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是按不利條件下的情況來(lái)進(jìn)行的，即地區(qū)氣候很干燥，車(chē)內(nèi)人員很少的時(shí)候等，因此在加濕分析時(shí)，車(chē)內(nèi)人數(shù)按1人計(jì)算，其它的也按不利條件考慮。

2.2 車(chē)內(nèi)參數(shù)的選擇

根據(jù)我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，對(duì)于舒適性空調(diào)，室內(nèi)空氣參數(shù)選用如下：

冬季時(shí)，溫度范圍為18℃～22℃，相對(duì)濕度范圍為40%～60%

我們以25k型空調(diào)硬座車(chē)為計(jì)算研究對(duì)象，一臺(tái)空調(diào)機(jī)組新風(fēng)吸入量1000m3/h～4500m3/h。

3 車(chē)內(nèi)加濕負(fù)荷的確定

3.1 車(chē)內(nèi)產(chǎn)生的濕負(fù)荷

3.1.1 人體濕負(fù)荷：q2=a2·n2

按較差條件考慮，車(chē)內(nèi)僅有 1 人的情況下，在冬季，通過(guò)資料可知，每人每小時(shí)散濕量為 38g/h（20℃時(shí)），人體濕負(fù)荷q2=38g/h·人×1人=38g/h。

3.1.2 人為及設(shè)備場(chǎng)地濕負(fù)荷：考慮人員少的情況，人為濕負(fù)荷可以忽略不計(jì)；設(shè)備、場(chǎng)地濕負(fù)荷也很少，按車(chē)內(nèi)設(shè)備場(chǎng)地等不散濕考慮，濕負(fù)荷為0。

3.1.3 漏風(fēng)進(jìn)濕負(fù)荷：在冬季，列車(chē)需要經(jīng)過(guò)的地區(qū)，很多時(shí)候空氣含濕量都很低，含濕量均小于0.3g/kg干。按不利條件，可考慮漏風(fēng)進(jìn)濕負(fù)荷為0。

3.1.4 新風(fēng)進(jìn)濕負(fù)荷：新風(fēng)吸入量q新=Q新·ρ，則q新=2724kg/h，根據(jù)此結(jié)果，可得新風(fēng)進(jìn)濕負(fù)荷q進(jìn)=q新·d冬，則 q進(jìn)=817.2g/h。

新風(fēng)吸入量為2000m3/h（按列車(chē)空調(diào)兩臺(tái)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)），空氣密度ρ約為 1.362kg/m3，新風(fēng)吸入量為 2724kg/h ，假設(shè)干空氣也是此值，則每小時(shí)新風(fēng)進(jìn)濕負(fù)荷為 817.2g/h。

3.2 車(chē)內(nèi)損失的濕負(fù)荷

3.2.1 漏風(fēng)出濕負(fù)荷：漏風(fēng)出濕負(fù)荷q漏=q干·d內(nèi)，則q漏=8.64a（g/h）。

漏風(fēng)空氣狀態(tài)就是車(chē)內(nèi)空氣狀態(tài)。計(jì)算值取溫度 20℃，相對(duì)濕度 50%，此時(shí)，空氣含濕量為7.2g/kg干，空氣密度ρ約為 1.20kg/m3，設(shè)漏風(fēng)量為am3/h及干空氣量為 1.2akg/h ，則漏風(fēng)出濕負(fù)荷為7.2g/kg干×1.2akg/h=8.64ag/h。

3.2.2 廢排出濕負(fù)荷：室外干燥，則漏風(fēng)進(jìn)入量可不計(jì)。由新風(fēng)量+回風(fēng)量= 廢排量+回風(fēng)量+漏風(fēng)出量可知，廢排量+漏風(fēng)出量=新風(fēng)量，即為 2000m3/h。假設(shè)廢排空氣量bm3/h，干空氣量1.2bkg/h，同理，與上面同樣公式計(jì)算得出，則廢排出濕負(fù)荷q排=8.64bg/h。

車(chē)廂中帶走的濕負(fù)荷為：q出=q漏+q排=（8.64ag/h+8.64bg/h）=8.64（a+b）g/h。因a+b=2000m3/h，則q出=17.3kg/h。

一節(jié)車(chē)廂內(nèi)需要的加濕負(fù)荷是：

車(chē)內(nèi)出濕負(fù)荷減去車(chē)內(nèi)產(chǎn)生的濕負(fù)荷，即17.3kg/h-0.038kg/h-0.82kg/h=16.4kg/h。

車(chē)內(nèi)加濕負(fù)荷情況（kg/h）

4 加濕方案及設(shè)備

4.1 概述

在空調(diào)系統(tǒng)中，空氣的加濕方案可以是集中加濕和局部加濕。加濕方法可分成等溫加濕和等焓加濕。由于車(chē)內(nèi)人員分布均勻，就需要均勻送風(fēng)，為了較好地管理和操作，方便控制，避免干擾，車(chē)內(nèi)可以考慮采用集中加濕的方案。為了方便維修，觀察監(jiān)視加濕情況，不占用車(chē)頂空間，集中加濕可以考慮在送風(fēng)管道內(nèi)對(duì)空氣進(jìn)行。

4.2 加濕方法分析

4.2.1 等焓加濕

等焓加濕，由于其自身的使用特點(diǎn)和列車(chē)上一些客觀因素的存在，在應(yīng)用上存在一定局限性。不同等焓加濕方式的對(duì)比如下表所示：

相比較而言，在列車(chē)上，較為節(jié)能的超聲波加濕方式是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

4.2.2 等溫加濕

等溫加濕方式也有多種，其對(duì)比如下表所示：

4.2.3 電極式加濕與超聲波加濕方式選擇

電極式加濕與超聲波加濕各有特點(diǎn)，以下作一個(gè)優(yōu)缺點(diǎn)比較來(lái)進(jìn)行取舍。

電極式加濕優(yōu)點(diǎn)：性能穩(wěn)定可靠；采用特殊的阻垢處理方式，使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)工作量最小；汽水經(jīng)過(guò)滅菌；安全的電路設(shè)計(jì)，三級(jí)電路保護(hù)：短路、過(guò)熱、漏電保護(hù)功能，并具防干燒設(shè)計(jì)；加濕方式最簡(jiǎn)單，沒(méi)有“白粉”現(xiàn)象產(chǎn)生；沒(méi)有水質(zhì)要求、加濕量大、易操作、易維護(hù)；技術(shù)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊。

電極式加濕缺點(diǎn)：運(yùn)行中能耗較大；內(nèi)部易結(jié)垢；相對(duì)超聲波而言，噪聲較大。圖1是它的結(jié)構(gòu)圖：

超聲波加濕優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行安靜可靠；體積小，使用簡(jiǎn)便；全密封式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到了防水的目的；耐腐蝕，壽命長(zhǎng)；耗電量小，霧化效果好。

超聲波加濕缺點(diǎn)：適用于小加濕量，局部加濕；水存放時(shí)間長(zhǎng)，水質(zhì)發(fā)生變化影響設(shè)備運(yùn)行；維護(hù)檢修要求相對(duì)高；水中雜質(zhì)會(huì)沉積在加濕器中，且會(huì)滋生細(xì)菌；對(duì)水質(zhì)要求高；形成“白粉”狀的水垢，不易清洗；易形成固體水垢，換能片表面結(jié)垢后，易燒壞換能片及電子元件；水中也不能添加其它物質(zhì)；隨著冷水溫的升高，加濕器的壽命將降低；超聲波會(huì)對(duì)人體的細(xì)胞造成一定的影響，這一點(diǎn)在孕婦身上尤其明顯。

綜上所述，根據(jù)列車(chē)特點(diǎn)選擇超聲波加濕方式是不妥的，雖然它能耗、噪聲小。電極加濕方式是較為合理的，也是可行的，通過(guò)定期清除水垢可以有效恢復(fù)其正常功能，就如電茶爐。在此，只能犧牲電能來(lái)?yè)Q取車(chē)內(nèi)的健康舒適環(huán)境了。

4.3 加濕設(shè)備選擇

電極式加濕器如上圖所示，是利用三根不銹鋼棒或鍍鉻的銅棒做電極，將其插入盛水的容器中，水作電阻，金屬容器接地，接通三相電源后，水被加熱產(chǎn)生蒸汽，蒸汽經(jīng)排出管道送到待加濕的空氣中。可以通過(guò)改變溢流管的高低來(lái)調(diào)節(jié)水位高低，從而調(diào)節(jié)加濕量。

電極式加濕器的功率應(yīng)根據(jù)所需蒸汽量的大小決定，可按公式確定：N=woh（kw）

N=12.4kw，約為12kw。一般情況下，若車(chē)內(nèi)人數(shù)很少，則可關(guān)閉廢排風(fēng)機(jī)，不向外排氣，也就不需要很大的加濕量，所以，這樣可選用功率10kw，加濕量可達(dá)13kg/h的電極式加濕器即可滿(mǎn)足要求。

4.4 加濕器的安裝位置及效果

4.4.1 安裝位置及舒適性評(píng)價(jià)

列車(chē)采用集中加濕，可在車(chē)內(nèi)茶爐間加設(shè)加濕器的方案。因加濕量15kg的加濕器尺寸為：高645×寬470×厚305，是可以安設(shè)的，實(shí)際尺寸還要小于此；加濕器不需另安裝水箱，車(chē)內(nèi)水箱足夠。這樣，加濕器靠近乘務(wù)員室，便于監(jiān)控，而且也靠近電氣控制室，電氣路線短，便于檢修，進(jìn)、排水也方便，產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過(guò)很短的管道就可以混入已處理的空氣中，直接送入車(chē)內(nèi)，加濕只需在茶爐一端進(jìn)行。

這個(gè)系統(tǒng)空氣處理過(guò)程在h-d圖上表示為（見(jiàn)圖2）：

圖中空氣在狀態(tài)a點(diǎn)是進(jìn)入空調(diào)機(jī)組前的狀態(tài)，經(jīng)過(guò)機(jī)組，空氣被空氣預(yù)熱器預(yù)熱，處理后的空氣達(dá)到b點(diǎn)；然后，由加濕器產(chǎn)生的水蒸汽送入送風(fēng)通道內(nèi)，與b點(diǎn)狀態(tài)的空氣混合，進(jìn)行等溫加濕，最終達(dá)到c點(diǎn)，此即送風(fēng)狀態(tài)。

其實(shí)際加濕的舒適性效果分析如下：

車(chē)外空氣狀態(tài)：t=-10℃，ρ=1.341kg/m3，d外=1g/kg干，I外=-7kJ/kg干；車(chē)內(nèi)空氣狀態(tài)：t=20℃，ρ=1.2kg/m3，d內(nèi)=7.2g/kg干，I內(nèi)=38kJ/kg干。

（1）空氣預(yù)熱器前的混合空氣狀態(tài)：

根據(jù)熱平衡方程可以得出，I=22kJ/kg干；根據(jù)濕平衡方程可以得出，d=5.0g/kg干。

（2）空氣預(yù)熱器處理空氣：

空氣預(yù)熱器加熱能力為6kJ/s，空氣處理量為3000m3/h×1.245kg/m3÷3600=1.0kg/s。經(jīng)過(guò)空氣預(yù)熱器后，空氣狀態(tài)就為溫度15℃，相對(duì)濕度為45%，也就是目前的送風(fēng)狀態(tài)。當(dāng)它與車(chē)內(nèi)空氣混合時(shí)，車(chē)內(nèi)的溫度是18℃以上，則空氣相對(duì)濕度就下降為40%以下，車(chē)內(nèi)是很干燥的。

3 電極式加濕器加濕

加濕器加濕能力為13kg/h，含濕量d增加為8.6g/kg干，此時(shí)空氣相對(duì)濕度為80%，這是送風(fēng)狀態(tài)。當(dāng)空氣送入車(chē)內(nèi)時(shí)，18℃以上的溫度會(huì)讓其相對(duì)濕度下降為65%以下，并且送風(fēng)溫度差也在3～6℃理想范圍內(nèi)。這樣的加濕方案效果很好，完全滿(mǎn)足舒適性要求。

空氣加濕處理情況一覽表

4.4.2 空調(diào)機(jī)組與加濕器位置圖及工（見(jiàn)圖3）

空氣處理工作流程原理圖，如圖4所示。

這樣，構(gòu)成了一個(gè)比較完善的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其工作原理是：

冬季，新風(fēng)和回風(fēng)的混合空氣通過(guò)空調(diào)機(jī)組空氣預(yù)熱器預(yù)熱后，進(jìn)入送風(fēng)通道，與加濕器產(chǎn)生的蒸汽混合，最后一起進(jìn)入客室內(nèi)，同時(shí)，室內(nèi)還有電加熱器進(jìn)行補(bǔ)償加熱。

結(jié)語(yǔ)

本文首先對(duì)目前列車(chē)的空調(diào)系統(tǒng)做了調(diào)查分析，冬季車(chē)內(nèi)很干燥，旅客常有因空氣濕度過(guò)低而發(fā)生相關(guān)疾病。冬天車(chē)內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)加濕，這是現(xiàn)有系統(tǒng)不完善的地方，這需要在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)。

通過(guò)在列車(chē)空調(diào)系統(tǒng)中加設(shè)了加濕機(jī)后，構(gòu)成了一個(gè)較完善的空氣處理系統(tǒng)，使列車(chē)在四季和任何地區(qū)，車(chē)內(nèi)都能保持需求的舒適度。

加濕方案選擇了電極式加濕器，簡(jiǎn)單有效，切實(shí)可行。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)食品機(jī)械設(shè)備網(wǎng).《加濕器類(lèi)型》，http：//www.foodjx.com2012.

[2]中國(guó)化工機(jī)械網(wǎng).《環(huán)保設(shè)備》，http：//www.chemm.cn/Sample2013.

[3]清華大學(xué).《空氣調(diào)節(jié)》，北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1992.

[4]金井電子科技有限公司.《超聲波加濕器》，廣東東莞，2012.