家用加濕器適用面積計(jì)算及測試方法探討

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）

1 引言

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(duì)于適用面積未有明確要求，導(dǎo)致消費(fèi)者無法正確選擇合適的加濕器。本文通過理論推導(dǎo)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(duì)應(yīng)關(guān)系，以供消費(fèi)者和空調(diào)設(shè)計(jì)者選擇參考。

2 加濕過程理論分析

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(jì)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(shí)際上會(huì)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)。

3 加濕器適用面積理論分析

研究表明，環(huán)境相對(duì)濕度為50%～60%時(shí)對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)濕度30%的初始工況下工作1h后環(huán)境相對(duì)濕度提升至60%對(duì)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(shí)驗(yàn)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。

4 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

4.1 實(shí)驗(yàn)條件及相關(guān)器材

實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(duì)濕度。

格力DH40EB除濕機(jī)，用于加速房間除濕。

2臺(tái)額定加濕量為300ml/h的超聲波加濕器，1臺(tái)額定加濕量為350ml/h的蒸發(fā)式加濕器。

4.2 實(shí)驗(yàn)方法及步驟

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理結(jié)果

在15m2的封閉室內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，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(duì)濕度、溫度。為保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，進(jìn)行了3次實(shí)驗(yàn)。先讓加濕器預(yù)工作1h，然后試驗(yàn)時(shí)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(hào)機(jī)和2號(hào)機(jī)為超聲波加濕器，3號(hào)機(jī)為蒸發(fā)式加濕器。

4.3 加濕轉(zhuǎn)化率η

根據(jù)公式1我們可以推導(dǎo)出η計(jì)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(shí)驗(yàn)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%。

4.4 加濕器適用面積

根據(jù)前面計(jì)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(jì)算，加濕器適用面積S適計(jì)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。

4.5 結(jié)果討論

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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(yàn)時(shí)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(shí)驗(yàn)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(huì)造成室內(nèi)空氣濕度不穩(wěn)定。試驗(yàn)中應(yīng)盡量減少設(shè)備數(shù)量及實(shí)驗(yàn)人數(shù)，以減少冷負(fù)荷等對(duì)空氣濕度的影響。

需要指出的是，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)于消費(fèi)者選擇合適的加濕器具有理論指導(dǎo)意義，實(shí)際選用加濕器時(shí)還需結(jié)合房屋高低、室內(nèi)通風(fēng)情況（評(píng)估室外空氣對(duì)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(shí)離消費(fèi)者的距離來確定。根據(jù)問卷調(diào)查，在室內(nèi)溫度24℃、相對(duì)濕度50%時(shí)，人體感覺最舒適。為此，筆者在實(shí)驗(yàn)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(duì)比關(guān)系表，如表3所示。

5 結(jié)束語

本文通過理論推導(dǎo)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)合加濕器實(shí)際使用環(huán)境給出了家用加濕器加濕量與適用面積的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以供消費(fèi)者和空調(diào)設(shè)計(jì)者選擇參考。在實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有家用加濕器加濕轉(zhuǎn)化率實(shí)際值比理論值低，后續(xù)我們在加濕器開發(fā)時(shí)需從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零部件選型優(yōu)化等方面來提升加濕轉(zhuǎn)換率。