冬季空调制暖对室内加湿效果的影响分析

姜浩　翁正国　曾兴斌　乐斌　张青波

摘 要：通过对冬季室内空调制暖造成空气干燥的问题引出，阐述了湿度调节过程中温度的重要作用，提出了不均衡性相对湿度场的概念，分析了冬季空调运行中室内空间相对湿度不均衡的原因，最终给出了冬季空调室内影响加湿效果的主要因素。

关键词：相对湿度场； 不均衡性； 冬季加湿

1.引言

随着生活质量和生活要求的不断提高，人们对于空调的使用已经不简简单单是对温度的要求，湿度要求变的越为重要。现代医疗气象研究表明，对人体比较适宜的相对湿度为夏季25℃时40%-50%，冬季18℃时60%-70%，过高和过低都会引起人体不适。在冬天，北方普遍采用暖气集中供暖，而南方没有暖气，所以人们大多会使用空调供暖，但使用空调制暖有个很常见的问题就是容易使室内空气过于干燥，增加人体不适感，因此如何防止冬天开空调暖气使空气干燥已成为空调健康研究方向的热点之一。通常人们在有空调的房间使用空调加湿器以创造一个舒适健康的生活环境，一般在夏季加湿效果能够被人们明显感受；但在寒冷的冬季，空调制暖却会导致加湿效果并不明显，究其原因主要是因为夏季空调处于制冷模式，虽然空调水凝结导致了室内绝对湿度的降低，但随着温度下降也使相对湿度提升弥补，再加上夏季室外空气湿度高，且低温下绝对湿度的饱和值也低，所以加湿效果会感受明显；而冬季空调处于制暖模式，虽然室内绝对湿度没有因水凝结导致改变，但因温度升高会导致相对湿度降低，再加上室内外干燥的空气环境，想要在温度提升、绝对湿度饱和值增大的同时，实现比这个变化还要快的绝对湿度提升显然是当前空调加湿技术的难点，因此冬季在室内空调制暖的环境下加湿效果会被严重影响。

2.温湿度的相关性

在冬季空调制暖环境下，加湿效果被严重影响的一个重要因素就是温度。在表达湿度的各类物理量中，只有相对湿度是人体能直接感受到的，依据相对湿度的定义，空调加湿必然离不开“温度”这一参数值，即温度与湿度两者属于相关参数。在相对湿度的两个构成要素中，绝对湿度是指每立方米空气中所含的水蒸气的量，其与同温度下饱和绝对湿度的比值即为相对湿度，显然相对湿度可等效转化为是绝对湿度和温度之间的关联，空调加湿效果的本质也就是探讨绝对湿度与温度两者跟随关联的问题。在冬季室内空调制暖的过程中，初始状态的温湿度场应该是基本均衡的，随着制暖模式的运行室内空间的温度场将会发生不均衡变化，但空间的绝对湿度并不会瞬时改变，这样无形中就导致了相对湿度的变化，即不均衡温度场转变为了不均衡相对湿度场。由于空调加湿的目的在于改变空间的相对湿度值，但加湿技术的直接作用参数却是绝对湿度值，显然要提升加湿效果必然要提出基于环境温控的加湿技术，即在不同温度环境下采用不同加湿手段，主要涉及两大影响要素即低温下饱和绝对湿度值较低，而高温下饱和绝对湿度值较高。在冬季制暖环境下要得到良好的加湿效果，主要解决的问题应该是空间升温过程中，如何在不均衡的相对湿度场下实现有效绝对湿度提升。

3.不均衡性相对湿度场

湿度场表达的是湿度空间分布状况，在表达湿度的各类物理量中，相对湿度场则是湿度场的一种表现形式，主要由绝对湿度和温度共同决定了其空间分布状况。在冬季空调制暖环境下，空间的相对湿度场会因温度传递渐变而呈现出不均衡现象，即空间具备不均衡性相对湿度场，这就使得空间区域可以划分成若干子空间，而每一个空间都将具备自身的相对湿度值，加湿技术的有效性即针对不同的相对湿度空间提出不同的加湿策略，或者是通过研究相对湿度场的不均衡特性，找到整体加湿的方法，最终实现不均衡性相对湿度场的基本均衡化或局部均衡化控制。在不均衡性相对湿度场中，好的加湿效果需要实现均衡化的加湿技术，即在不同子空间都能实现水分子在空气中的有效融合，尤其是冬季在升温过程中，实现绝对湿度的快速提升也是冬季空调制暖加湿技术的难点。此外还要考虑到室内空间温度的不均衡性，即空气绝对湿度饱和值在温度低的地方最大值本身就会受限，无法极限提升，因此保障加湿有效的前提就是必须与温控紧密结合，并且在冬季空调制暖时需要将加湿设备构架于空调加热系统之中，以实现高于温度变化的绝对湿度调整。

4.加湿效果的影响因素

空调加湿效果的影响因素主要包括内因和外因两个方面。内因主要是针对加湿器本身而言，如水质、加湿方式和安装位置等。水质的硬度决定着加湿精度；不同的空调加湿方式在适用领域和加湿效果上各有不同，常见的有蒸汽加湿、喷水加湿、超声波加湿和湿膜加湿等；安装位置则直接与外因相关联，体现着加湿的有效性。外因即被加湿空间的环境因素，如风速、湿度和温度等。加湿过程中雾化的水雾聚集在水面上形成浓雾层，严重影响水的继续雾化，风速则决定了水雾的扩散速度，从而影响加湿效率；温湿度则是影响加湿效果的重要外因，也是本文阐述的重点。一旦选定加湿技术，内因基本不会随时间改变，而外因会随时间时刻变化，尤其是温湿度值，冬季空调制暖环境下所形成的不均衡性相对湿度场，就是温度与湿度共同作用的结果。对于温度低的空间，绝对湿度饱和值也低，加湿量需求不高；温度高的空间，相对湿度降低且绝对湿度饱和值提升，使得对加湿量有巨大的需求。因此加湿器的安装位置至关重要，若放在温度较低的空间，周围湿度很快就会达到饱和，很容易导致过度加湿或无效加湿。同样温度在一定程度上也决定了雾化加湿效率，即水分子与空气的融合速度，这也验证了为什么在空调房里放一盆水，在夏季有效而冬季無效的道理，均属于温湿度共同作用的结果。综上所述，在一定的环境下选定加湿技术的重要依据还是外因居多，尤其是需要考虑室内空间相对湿度场的不均衡特性。

5.小结

本文先通过剖析冬季空调制暖导致室内空气干燥的原因，论证了加湿技术与温控的辩证关系，分析了加湿效果与温度的相关性，提出了冬季室内空调制暖环境下具有相对湿度场不均衡的特点，并基于加湿技术中温度与湿度的关联，总结了影响加湿效果的核心因素，并给出了空调加湿技术的研究重点。

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