冬季空調制暖對室內加濕效果的影響分析

姜浩　翁正國　曾興斌　樂斌　張青波

摘 要：通過對冬季室內空調制暖造成空氣干燥的問題引出，闡述了濕度調節過程中溫度的重要作用，提出了不均衡性相對濕度場的概念，分析了冬季空調運行中室內空間相對濕度不均衡的原因，最終給出了冬季空調室內影響加濕效果的主要因素。

關鍵詞：相對濕度場； 不均衡性； 冬季加濕

1.引言

隨著生活質量和生活要求的不斷提高，人們對于空調的使用已經不簡簡單單是對溫度的要求，濕度要求變的越為重要。現代醫療氣象研究表明，對人體比較適宜的相對濕度為夏季25℃時40%-50%，冬季18℃時60%-70%，過高和過低都會引起人體不適。在冬天，北方普遍采用暖氣集中供暖，而南方沒有暖氣，所以人們大多會使用空調供暖，但使用空調制暖有個很常見的問題就是容易使室內空氣過于干燥，增加人體不適感，因此如何防止冬天開空調暖氣使空氣干燥已成為空調健康研究方向的熱點之一。通常人們在有空調的房間使用空調加濕器以創造一個舒適健康的生活環境，一般在夏季加濕效果能夠被人們明顯感受；但在寒冷的冬季，空調制暖卻會導致加濕效果并不明顯，究其原因主要是因為夏季空調處于制冷模式，雖然空調水凝結導致了室內絕對濕度的降低，但隨著溫度下降也使相對濕度提升彌補，再加上夏季室外空氣濕度高，且低溫下絕對濕度的飽和值也低，所以加濕效果會感受明顯；而冬季空調處于制暖模式，雖然室內絕對濕度沒有因水凝結導致改變，但因溫度升高會導致相對濕度降低，再加上室內外干燥的空氣環境，想要在溫度提升、絕對濕度飽和值增大的同時，實現比這個變化還要快的絕對濕度提升顯然是當前空調加濕技術的難點，因此冬季在室內空調制暖的環境下加濕效果會被嚴重影響。

2.溫濕度的相關性

在冬季空調制暖環境下，加濕效果被嚴重影響的一個重要因素就是溫度。在表達濕度的各類物理量中，只有相對濕度是人體能直接感受到的，依據相對濕度的定義，空調加濕必然離不開“溫度”這一參數值，即溫度與濕度兩者屬于相關參數。在相對濕度的兩個構成要素中，絕對濕度是指每立方米空氣中所含的水蒸氣的量，其與同溫度下飽和絕對濕度的比值即為相對濕度，顯然相對濕度可等效轉化為是絕對濕度和溫度之間的關聯，空調加濕效果的本質也就是探討絕對濕度與溫度兩者跟隨關聯的問題。在冬季室內空調制暖的過程中，初始狀態的溫濕度場應該是基本均衡的，隨著制暖模式的運行室內空間的溫度場將會發生不均衡變化，但空間的絕對濕度并不會瞬時改變，這樣無形中就導致了相對濕度的變化，即不均衡溫度場轉變為了不均衡相對濕度場。由于空調加濕的目的在于改變空間的相對濕度值，但加濕技術的直接作用參數卻是絕對濕度值，顯然要提升加濕效果必然要提出基于環境溫控的加濕技術，即在不同溫度環境下采用不同加濕手段，主要涉及兩大影響要素即低溫下飽和絕對濕度值較低，而高溫下飽和絕對濕度值較高。在冬季制暖環境下要得到良好的加濕效果，主要解決的問題應該是空間升溫過程中，如何在不均衡的相對濕度場下實現有效絕對濕度提升。

3.不均衡性相對濕度場

濕度場表達的是濕度空間分布狀況，在表達濕度的各類物理量中，相對濕度場則是濕度場的一種表現形式，主要由絕對濕度和溫度共同決定了其空間分布狀況。在冬季空調制暖環境下，空間的相對濕度場會因溫度傳遞漸變而呈現出不均衡現象，即空間具備不均衡性相對濕度場，這就使得空間區域可以劃分成若干子空間，而每一個空間都將具備自身的相對濕度值，加濕技術的有效性即針對不同的相對濕度空間提出不同的加濕策略，或者是通過研究相對濕度場的不均衡特性，找到整體加濕的方法，最終實現不均衡性相對濕度場的基本均衡化或局部均衡化控制。在不均衡性相對濕度場中，好的加濕效果需要實現均衡化的加濕技術，即在不同子空間都能實現水分子在空氣中的有效融合，尤其是冬季在升溫過程中，實現絕對濕度的快速提升也是冬季空調制暖加濕技術的難點。此外還要考慮到室內空間溫度的不均衡性，即空氣絕對濕度飽和值在溫度低的地方最大值本身就會受限，無法極限提升，因此保障加濕有效的前提就是必須與溫控緊密結合，并且在冬季空調制暖時需要將加濕設備構架于空調加熱系統之中，以實現高于溫度變化的絕對濕度調整。

4.加濕效果的影響因素

空調加濕效果的影響因素主要包括內因和外因兩個方面。內因主要是針對加濕器本身而言，如水質、加濕方式和安裝位置等。水質的硬度決定著加濕精度；不同的空調加濕方式在適用領域和加濕效果上各有不同，常見的有蒸汽加濕、噴水加濕、超聲波加濕和濕膜加濕等；安裝位置則直接與外因相關聯，體現著加濕的有效性。外因即被加濕空間的環境因素，如風速、濕度和溫度等。加濕過程中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，風速則決定了水霧的擴散速度，從而影響加濕效率；溫濕度則是影響加濕效果的重要外因，也是本文闡述的重點。一旦選定加濕技術，內因基本不會隨時間改變，而外因會隨時間時刻變化，尤其是溫濕度值，冬季空調制暖環境下所形成的不均衡性相對濕度場，就是溫度與濕度共同作用的結果。對于溫度低的空間，絕對濕度飽和值也低，加濕量需求不高；溫度高的空間，相對濕度降低且絕對濕度飽和值提升，使得對加濕量有巨大的需求。因此加濕器的安裝位置至關重要，若放在溫度較低的空間，周圍濕度很快就會達到飽和，很容易導致過度加濕或無效加濕。同樣溫度在一定程度上也決定了霧化加濕效率，即水分子與空氣的融合速度，這也驗證了為什么在空調房里放一盆水，在夏季有效而冬季無效的道理，均屬于溫濕度共同作用的結果。綜上所述，在一定的環境下選定加濕技術的重要依據還是外因居多，尤其是需要考慮室內空間相對濕度場的不均衡特性。

5.小結

本文先通過剖析冬季空調制暖導致室內空氣干燥的原因，論證了加濕技術與溫控的辯證關系，分析了加濕效果與溫度的相關性，提出了冬季室內空調制暖環境下具有相對濕度場不均衡的特點，并基于加濕技術中溫度與濕度的關聯，總結了影響加濕效果的核心因素，并給出了空調加濕技術的研究重點。

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