工業廠房濕度控制

賈雪峰 張嵩

摘要：濕度控制是建筑物室內環境控制的重要方面，濕度不僅會對空調舒適性產生重要影響，在許多生產車間里，工藝也對環境濕度有一定的要求。從暖通專業來看，應對濕度控制的方法主要是兩種：加濕和除濕，本文主要介紹了工業廠房中對室內濕度控制的方法，包括加濕及除濕，并對以往項目中出現的濕度控制案例進行了分析。

關鍵詞：工業廠房;濕度控制;加濕;除濕

導言：

在常規的空調系統設計中，夏季通常采用表冷的方式對熱、濕進行同時處理，對空氣進行降溫的同時進行除濕，從而帶走室內的顯熱負荷和潛熱負荷。在舒適性空調中，因為通常采用室內溫度作為控制目標，實際上只是控制了顯熱，而放棄了對潛熱的控制，因此室內的相對濕度并不能實時保證。在對濕度有要求的工藝空調系統中，需要保證處理后的空氣濕度滿足工藝要求，則需要進行相應的濕度控制，進行加濕或除濕。

一、常用的除濕方法及優缺點

1.1升溫除濕

升溫除濕的原理有幾種，最常見的是機械除濕，所謂的機械除濕是一般常見的分為兩種：一種是升溫除濕，另外一種是降溫除濕。

升溫除濕的原理很簡單，當空氣溫度升高，空氣中含水量不變的情況下，相對濕度會下降。這種除濕的方式是降低相對濕度;能將局部空間的濕度降低到30%左右，也就是局部干燥效果好。

缺點：空氣中的濕度只是被過熱蒸發，變成了“過熱蒸汽”形式，如果沒有必要的措施，過熱蒸汽被冷凝后，還是會恢復到原來的空氣濕度的。因此加熱除濕的方式，適合于對室內溫度沒有要求的場合，例如干燥階段無人值守（環境溫度常大于40度），干燥完畢產品馬上進行處理（或包裝）的環境。

1.2通風除濕

通風除濕就是“開窗通風”，一方面自室外引入較為干燥的空氣，同時向室外排出相對潮濕的空氣，以置換、混合的方式降低室內濕度，經濟、簡單。

缺點：通風除濕不需要任何消耗，經濟、簡單，但要求室外空氣比干燥，并且受風向風力影響，因此保證率較低;除濕度外，還有溫度等各種室內外混合，適用于室外空氣干燥，室內要求不很嚴格的場合。且經常須與其它除濕方式配合使用，如北方地區，夏季時“桑拿天”室外空氣相對濕度可能會達到85%以上，此時依靠通風除濕將不會起到任何效果，若濕度要求不嚴格，可配備升溫或降溫型除濕系統。

1.3冷凍除濕

當空氣溫度低于露點溫度，空氣中的水分就會由于達到飽和狀態而析出，所以把空氣溫度降低到露點以下，可以實現絕對含濕量的降低;相同的含水量，溫度越低，相對濕度越高，高到100%的時候就會飽和析出，將析出的飽和水排出，再將空氣升溫或不作處理后送回至室內. 性能穩定，工作可靠，能連續工作。

缺點：冷凍除濕除濕后，空氣溫度較低，一般都會再作升溫處理，浪費能源。設備費和運行費較高，有噪聲。因此，此種方式一般適用于要求空氣露點溫度高于4度的場合（相對濕度大約30%）。此時露點溫度較高， 空氣升溫小或不作升溫即可使用。

1.4溶液除濕

溶液除濕就是利用一些吸濕性好的溶液，比如溴化鋰，氯化鋰，氯化鈣等溶液對要處理的空氣進行處理，在除濕側被處理的空氣水蒸汽分壓力大于濃溶液的水蒸汽分壓力，利用兩者之間的壓力差，使水分從空氣傳到溶液中，溶液濃度變稀。在再生側則過程相反，對溶液內進行再生處理，同樣也是利用再生空氣與溶液之間的水蒸汽分壓力差，容用再生溶液繼續對被處理空氣進行除濕。如此循環進行。除濕效果好，能連續工作，兼有清潔空氣的功能。

缺點：設備比較復雜，占地面積大，初期投資高，再生時需要有熱源，冷卻水耗量大。因此，此種方式一般適用于除濕量大.室內顯熱比小于60%，要求空氣露點溫度低于5度的系統。

1.5固體除濕

利用某些固體物質表面的毛細管作用，或相變時的蒸汽分壓力差吸附或吸收空氣中的水份。設備簡單，投資和運行費用都較低。

缺點：除濕性能不太穩定，并隨時間的增加而下降，需要再生，需要定期更換除濕劑。因此，此種方式一般適用于除濕量小.要求空氣露點溫度低于4度的場合。

1.6轉輪除濕

濕空氣通過以吸濕材料加工成的載體，如氯化鋰轉輪，在水蒸汽分壓力差的作用下，吸收 ?或吸附空氣中的水份成為結晶水，而不變為水溶液;轉輪旋轉至另一半空間時，吸濕載體通過過加熱而被再生。吸濕面積大，性能穩定，能連續進行除濕。濕度可調，除濕量大，能全自動運行。

缺點：設備較復雜，并需要再生。特別適用于低溫.低濕狀態下應用。

二、常用的加濕方法及優缺點

2.1干蒸汽加濕

屬于等溫加濕。飽和蒸汽從蒸汽入口進入加濕器，蒸汽在蒸汽套管中軸向流動，利用蒸汽的潛熱將中心擴散管加熱，確保中心擴散管中噴出的是純的干蒸汽，即不夾帶冷凝水的蒸汽。飽和蒸汽進入套管后，進入汽水分離器。分離器內設折流板，使蒸汽進入分離器后產生旋轉，且垂直上升流動，從而高效地將蒸汽和冷凝水分離;分離出的冷凝水從分離器底部通過疏水器排出。當需要加濕時，打開調節閥，干燥的蒸汽進入中心擴散管，從帶有消聲裝置的噴孔中噴出，實現對空氣的加濕。

優點：加濕迅速、均勻、穩定，控制方便靈活;不帶水滴、不帶細菌;節省電能，運行費低;裝置靈活，可以滿足室內相對濕度波動范圍≤±3%的要求。加濕效率高，可達95%以上。

缺點：必須有蒸汽源，并伴有輸汽管道;設備結構比較復雜，初投資高。

2.2高壓噴霧加濕器

將自來水經過加濕器主機增壓后，通過特制的陶瓷噴頭霧化高速噴出，形成細小的水霧顆粒，在加濕段內與空調送來的干燥空氣混合后，形成濕潤的空氣并送出。

實現對空氣的加濕處理。高壓噴霧加濕器是一種等焓加濕方式，加濕器主機壁掛在空調箱板外，噴霧系統（噴頭、噴桿等）安裝到空調箱的加濕段內部，優點：加濕量大，霧粒細，效率高，運行可靠，耗電量低。

缺點：可能帶菌，噴嘴易堵塞（對水未進行有效的過濾時），加濕后尚需升溫。

2.3濕膜氣化加濕

濕膜直排水加濕器工作原理：經過電磁閥的清潔自來水通過供水管路送到濕膜頂部布水器，水在重力作用下沿濕膜表面往下流，從而將濕膜表面潤濕，流到接水盤中的水通過排水彎管排到下水管道中，即水不循環使用。當熱空氣穿過潮濕的濕膜時，其濕度增加，溫度下降，這一加濕過程為等焓加濕過程。（注：當水溫低于露點溫度時，此過程為減焓加濕過程）。在這一過程中，濕膜上的部分水被蒸發掉，但不消耗額外的能源！

濕膜循環水工作原理：潔凈的自來水（或冷凍水）通過進水管路送到濕膜循環水的循環水箱中，進入循環水箱的水是由浮球閥或是液位開關來控制。濕膜循環水的水泵將水箱中的水送到濕膜頂部布水器，通過濕膜布水器將水均勻分布，水在重力作用下沿濕膜表面往下流，將濕膜表面潤濕，當空氣穿過潮濕的濕膜時，其濕度增加，溫度下降，這一加濕過程稱為等焓加濕過程（注：當水溫低于露點溫度時，此過程為減焓加濕過程）。在這一過程中濕膜上的水被蒸發掉一部分，但不消耗額外的能量。從濕膜上流下來的未蒸發的水流進循環水箱，再由循環水泵送到濕膜頂部，過程循環往復，從而達到節水的目的！

優點：加濕段短（汽化空間等于濕膜厚度），飽和效率高，節電、省水;使用周期長，初投資和運行費用都較低。

缺點：濕膜加濕方式控制不夠精確（為滯后控制），并且濕膜本身采用親水性材料，對空氣有過濾作用，灰塵較多，長時間運行容易滋生細菌，易于引發呼吸系統疾病;加濕后尚需升溫。

2.4電極式及電熱式加濕器

電極式加濕器是利用三根電極（不銹鋼或鍍鉻銅棒），置于不易生銹的充水容器中，以水作為電阻，通電后，電流從水中通過，水被加熱而產生蒸汽，通過蒸汽管送至需要加濕的空間。

加濕器充水容量的多少，與導電面積成正比。對同一規格的加濕器來說，水位越高，容水量越多，相應的導電面積越大，產生的蒸汽量也越多。因此，通過改變溢水口的高度，可以達到調節蒸汽供應量的目的。

電極加濕器開機后，電腦控制器先開啟進水閥，使水通過進水盒（此時電腦可以測出進水的導電率）進入到加濕罐的底部，然后逐漸上升并接觸到電極，水接觸到電極后，電極就通過水構成電流回路，加熱水并使之沸騰，水位越往上升，電極所流過的電流就越大，當水位升到最高點時，電腦控制器就會通過高水位檢測電極，檢測出此信號，并關閉進水閥。

隨著蒸汽量的不斷輸出，電極罐中的水位逐漸下降，這時電腦控制器將再次開啟進水閥，給電極罐補新水，滿足所需要的加濕量要求。

當加濕罐中的礦物質不斷增多和水的電導率過高時，電腦控制器及時打開排污閥，排掉部分水及污物，加濕器再次自動補水，從而確保加濕器工作在最佳狀態和達到延長加濕罐壽命的目的。

電熱式加濕器是根據電流通過電阻產生熱，電能轉換成熱能的原理，電加熱管浸沒在水中，電熱管產生熱量，從而使水沸騰變成水蒸汽。

優點：加濕迅速、均勻、穩定;不帶水滴、不帶細菌;節省電能，裝置簡單，沒有噪聲;可以滿足室內相對濕度波動范圍≤±3%的要求。

缺點：耗電量大，運行費高;不使用軟化水或蒸餾水時，內部易結垢，清洗困難。

2.5超聲波加濕器

超聲波加濕器是利用水槽底部換能器（超聲波振子）將電能轉換成機械能，向水中發射1.7MHz 超聲波。水表面在空化效應作用下，產生直徑為3-5μm的超微粒子。水霧粒子與氣流進行熱濕交換， 對空氣進行等焓加濕。

優點：體積小，加濕強度大，加濕迅速，耗電量少，使用靈活，控制性能好，霧粒小而均勻，加濕效率高。

缺點：可能帶菌，噴嘴易堵塞（對水未進行有效的過濾時），加濕后尚需升溫。2.6噴水室

噴水室是一種多功能的空氣調節設備，可對空氣進行加熱、冷卻、加濕及減濕等多種處理。噴水室是利用細小水滴使空氣與水進行熱濕交換，以實現多種空氣處理過程。

優點：能夠實現多種空氣處理過程，耗金屬量少和容易加工，加濕量大，可以利用循環水;裝置簡單，運行費低，穩定、可靠。

缺點：占地面積大，可能帶菌，水滴較大。

三、案例分析

3.1電池工廠除濕

對于電池工廠中的正負極片庫、正負極碾壓、剪切車間等濕度要求不高于20%的10萬級潔凈區，車間濕度控制采用單轉輪機組，機組段體設置包括：初效新風段+一次表冷段+一次回風段+中效過濾段+轉輪除濕段+二次回風段+風機段 +后表冷段+后加熱段+亞高效過濾段+出風段。

房間換氣次數12-15次，10-15Pa微正壓。干燥機組均布置在空調機房內，干燥間送風口采用方形散流器，送風口均自帶調節風閥，回風口采用潔凈板制作的回風柱，氣流組織為上送風下回風。

對于電芯研發干燥間、注液車間及卷繞車間等要求濕度不高于1%的10萬級潔凈區，車間濕度控制采用雙轉輪機組，機組段體設置包括：初效新風段+一次表冷段+中效過濾段+轉輪除濕段+回風段+二次表冷段+風機段+中效過濾段+轉輪除濕段+風機段+后表冷段+后加熱段+亞高效過濾段+出風段。

干燥機組均布置在空調機房內，干燥間送風口采用方形散流器，送風口均自帶調節風閥，回風采用潔凈板制作的回風柱，氣流組織為上送風下回風。送風管采用鍍鋅鐵皮制作，法蘭連接，回風管采用δ=1.2mm不銹鋼板滿焊連接，防止漏風。

3.2涂裝車間冬季加濕

涂裝車間由于有防靜電要求，需要保證室內有一定的濕度，一般需要保證相對濕度在30%～70%。為滿足濕度要求，冬季送熱風時需加濕。由于涂裝車間空間較大，加濕量大，電極式加濕和電熱式加濕耗電量較大，不經濟;濕膜加濕容易滋生細菌;超聲波加濕加濕量較小，不適合大廠房使用;干蒸汽加濕器加濕效率高達95%以上，加濕迅速均勻，但是必須有蒸汽系統，很多項目并不具備條件;因此涂裝車間加濕通常是采用高壓微霧加濕。

高壓微霧加濕器的工作原理是利用高壓柱塞泵將水壓提高到7Mpa，然后將加壓后的水經耐高壓輸送管線由專業噴嘴將其霧化，使其能夠迅速從空氣中吸收熱量完成汽化并擴散，從而完成空氣加濕、降溫的目的。單機組的加濕量為150～900kg/h。

由于高壓微霧加濕屬于等焓加濕，因此在冬季使用時，一般需要先對空氣進行加熱處理，在通過等焓加濕處理到送風狀態點，再送進車間。

3.3機械裝配車間夏季濕度控制

機械裝配車間一般要求在夏季溫度≤26℃，濕度≤60-70%，這個濕度要求并不苛刻，但是由于工業廠房密閉性不好，大門經常開啟，工藝排風較多，尤其是位于南方的空調廠房，在梅雨季節室外濕度經常高于90%，因此僅設置表冷器的一次回風空調系統，此時并無法保證濕度≤60-70%，需要在設計時就提前采取措施。

某機械裝配車間環境夏季要求溫度≤28℃，濕度≤65%，車間空調采用雙風機空調機組，過渡季全新風運行，夏季及冬季最小新風比一次回風運行，車間氣流組織上送上回。空調機組段位包括：回風段+回風機段+排風段+新風段+過濾段+加熱段+表冷段+送風機段+送風段。

項目實際運行中出現了車間溫度滿足設計要求，但濕度遠高于設計值的情況，因此根據實際情況對空調系統的控制和運行進行了改造，改造方案如下：

對其中三臺空調機組的自控系統進行改造，增加一個“除濕”運行模式。濕度較高的季節，這三個空調機組按“除濕”模式運行，車間相對濕度目標值65%，當車間濕度高于63%時，回風機和送風機啟動，新風閥和排風閥關閉，混風閥全開，風機變頻，均按最小風量運行，開啟蒸汽電動調節閥，調節送風溫度，使車間溫度升高，相對濕度不高于65%，當送風溫度升至40℃時，增加送風機和回風機的風量，調節電動調節閥的開度，使送風溫度穩定在40℃，使車間相對濕度不高于65%;當車間相對濕度低于55%時，首先減小送風機和回風機的風量，調節電動調節閥的開度，使送風溫度穩定在40℃，當風量減小至最小風量時，根據車間相對濕度調節電動調節閥的開度，降低送風溫度，使車間相對濕度不低55%，直至電動調節閥關閉，當電動調節閥關閉后，關閉回風機和送風機。

四、結語

本文對常見的濕度控制方法進行了介紹，并結合案例對設計過程中遇到的有關工業廠房室內空氣的加濕、除濕設計方法進行了分析總結，望對有濕度控制要求的工藝廠房進行通風空調設計時提供借鑒和參考。

參考文獻：

【1】陸耀慶主編. 實用供熱空調設計手冊 （第二版）.北京 ： 中國建筑工業出版社 ，2008

【2】趙榮義，范存養，薛殿華，錢以明.空氣調節（第三版）.北京 ： 中國建筑工業出版社 ，1994

【3】徐居鹓主編.機械工業采暖通風與空調設計手冊.上海 ： 同濟大學出版社，2007

【4】中國有色金屬工業協會.工業建筑供暖通風與空氣調節設計規范.北京 ： 中國計劃出版社，2015

【5】中華人民共和國工業和信息化部.鋰離子電池工廠設計標準.北京 ： 中國計劃出版社，2019

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