工业厂房湿度控制

贾雪峰 张嵩

摘要：湿度控制是建筑物室内环境控制的重要方面，湿度不仅会对空调舒适性产生重要影响，在许多生产车间里，工艺也对环境湿度有一定的要求。从暖通专业来看，应对湿度控制的方法主要是两种：加湿和除湿，本文主要介绍了工业厂房中对室内湿度控制的方法，包括加湿及除湿，并对以往项目中出现的湿度控制案例进行了分析。

关键词：工业廠房;湿度控制;加湿;除湿

导言：

在常规的空调系统设计中，夏季通常采用表冷的方式对热、湿进行同时处理，对空气进行降温的同时进行除湿，从而带走室内的显热负荷和潜热负荷。在舒适性空调中，因为通常采用室内温度作为控制目标，实际上只是控制了显热，而放弃了对潜热的控制，因此室内的相对湿度并不能实时保证。在对湿度有要求的工艺空调系统中，需要保证处理后的空气湿度满足工艺要求，则需要进行相应的湿度控制，进行加湿或除湿。

一、常用的除湿方法及优缺点

1.1升温除湿

升温除湿的原理有几种，最常见的是机械除湿，所谓的机械除湿是一般常见的分为两种：一种是升温除湿，另外一种是降温除湿。

升温除湿的原理很简单，当空气温度升高，空气中含水量不变的情况下，相对湿度会下降。这种除湿的方式是降低相对湿度;能将局部空间的湿度降低到30%左右，也就是局部干燥效果好。

缺点：空气中的湿度只是被过热蒸发，变成了“过热蒸汽”形式，如果没有必要的措施，过热蒸汽被冷凝后，还是会恢复到原来的空气湿度的。因此加热除湿的方式，适合于对室内温度没有要求的场合，例如干燥阶段无人值守（环境温度常大于40度），干燥完毕产品马上进行处理（或包装）的环境。

1.2通风除湿

通风除湿就是“开窗通风”，一方面自室外引入较为干燥的空气，同时向室外排出相对潮湿的空气，以置换、混合的方式降低室内湿度，经济、简单。

缺点：通风除湿不需要任何消耗，经济、简单，但要求室外空气比干燥，并且受风向风力影响，因此保证率较低;除湿度外，还有温度等各种室内外混合，适用于室外空气干燥，室内要求不很严格的场合。且经常须与其它除湿方式配合使用，如北方地区，夏季时“桑拿天”室外空气相对湿度可能会达到85%以上，此时依靠通风除湿将不会起到任何效果，若湿度要求不严格，可配备升温或降温型除湿系统。

1.3冷冻除湿

当空气温度低于露点温度，空气中的水分就会由于达到饱和状态而析出，所以把空气温度降低到露点以下，可以实现绝对含湿量的降低;相同的含水量，温度越低，相对湿度越高，高到100%的时候就会饱和析出，将析出的饱和水排出，再将空气升温或不作处理后送回至室内. 性能稳定，工作可靠，能连续工作。

缺点：冷冻除湿除湿后，空气温度较低，一般都会再作升温处理，浪费能源。设备费和运行费较高，有噪声。因此，此种方式一般适用于要求空气露点温度高于4度的场合（相对湿度大约30%）。此时露点温度较高， 空气升温小或不作升温即可使用。

1.4溶液除湿

溶液除湿就是利用一些吸湿性好的溶液，比如溴化锂，氯化锂，氯化钙等溶液对要处理的空气进行处理，在除湿侧被处理的空气水蒸汽分压力大于浓溶液的水蒸汽分压力，利用两者之间的压力差，使水分从空气传到溶液中，溶液浓度变稀。在再生侧则过程相反，对溶液内进行再生处理，同样也是利用再生空气与溶液之间的水蒸汽分压力差，容用再生溶液继续对被处理空气进行除湿。如此循环进行。除湿效果好，能连续工作，兼有清洁空气的功能。

缺点：设备比较复杂，占地面积大，初期投资高，再生时需要有热源，冷却水耗量大。因此，此种方式一般适用于除湿量大.室内显热比小于60%，要求空气露点温度低于5度的系统。

1.5固体除湿

利用某些固体物质表面的毛细管作用，或相变时的蒸汽分压力差吸附或吸收空气中的水份。设备简单，投资和运行费用都较低。

缺点：除湿性能不太稳定，并随时间的增加而下降，需要再生，需要定期更换除湿剂。因此，此种方式一般适用于除湿量小.要求空气露点温度低于4度的场合。

1.6转轮除湿

湿空气通过以吸湿材料加工成的载体，如氯化锂转轮，在水蒸汽分压力差的作用下，吸收  或吸附空气中的水份成为结晶水，而不变为水溶液;转轮旋转至另一半空间时，吸湿载体通过过加热而被再生。吸湿面积大，性能稳定，能连续进行除湿。湿度可调，除湿量大，能全自动运行。

缺点：设备较复杂，并需要再生。特别适用于低温.低湿状态下应用。

二、常用的加湿方法及优缺点

2.1干蒸汽加湿

属于等温加湿。饱和蒸汽从蒸汽入口进入加湿器，蒸汽在蒸汽套管中轴向流动，利用蒸汽的潜热将中心扩散管加热，确保中心扩散管中喷出的是纯的干蒸汽，即不夹带冷凝水的蒸汽。饱和蒸汽进入套管后，进入汽水分离器。分离器内设折流板，使蒸汽进入分离器后产生旋转，且垂直上升流动，从而高效地将蒸汽和冷凝水分离;分离出的冷凝水从分离器底部通过疏水器排出。当需要加湿时，打开调节阀，干燥的蒸汽进入中心扩散管，从带有消声装置的喷孔中喷出，实现对空气的加湿。

优点：加湿迅速、均匀、稳定，控制方便灵活;不带水滴、不带细菌;节省电能，运行费低;装置灵活，可以满足室内相对湿度波动范围≤±3%的要求。加湿效率高，可达95%以上。

缺点：必须有蒸汽源，并伴有输汽管道;设备结构比较复杂，初投资高。

2.2高压喷雾加湿器

将自来水经过加湿器主机增压后，通过特制的陶瓷喷头雾化高速喷出，形成细小的水雾颗粒，在加湿段内与空调送来的干燥空气混合后，形成湿润的空气并送出。

实现对空气的加湿处理。高压喷雾加湿器是一种等焓加湿方式，加湿器主机壁挂在空调箱板外，喷雾系统（喷头、喷杆等）安装到空调箱的加湿段内部，优点：加湿量大，雾粒细，效率高，运行可靠，耗电量低。

缺点：可能带菌，喷嘴易堵塞（对水未进行有效的过滤时），加湿后尚需升温。

2.3湿膜气化加湿

湿膜直排水加湿器工作原理：经过电磁阀的清洁自来水通过供水管路送到湿膜顶部布水器，水在重力作用下沿湿膜表面往下流，从而将湿膜表面润湿，流到接水盘中的水通过排水弯管排到下水管道中，即水不循环使用。当热空气穿过潮湿的湿膜时，其湿度增加，温度下降，这一加湿过程为等焓加湿过程。（注：当水温低于露点温度时，此过程为减焓加湿过程）。在这一过程中，湿膜上的部分水被蒸发掉，但不消耗额外的能源！

湿膜循环水工作原理：洁净的自来水（或冷冻水）通过进水管路送到湿膜循环水的循环水箱中，进入循环水箱的水是由浮球阀或是液位开关来控制。湿膜循环水的水泵将水箱中的水送到湿膜顶部布水器，通过湿膜布水器将水均匀分布，水在重力作用下沿湿膜表面往下流，将湿膜表面润湿，当空气穿过潮湿的湿膜时，其湿度增加，温度下降，这一加湿过程称为等焓加湿过程（注：当水温低于露点温度时，此过程为减焓加湿过程）。在这一过程中湿膜上的水被蒸发掉一部分，但不消耗额外的能量。从湿膜上流下来的未蒸发的水流进循环水箱，再由循环水泵送到湿膜顶部，过程循环往复，从而达到节水的目的！

优点：加湿段短（汽化空间等于湿膜厚度），饱和效率高，节电、省水;使用周期长，初投资和运行费用都较低。

缺点：湿膜加湿方式控制不够精确（为滞后控制），并且湿膜本身采用亲水性材料，对空气有过滤作用，灰尘较多，长时间运行容易滋生细菌，易于引发呼吸系统疾病;加湿后尚需升温。

2.4电极式及电热式加湿器

电极式加湿器是利用三根电极（不锈钢或镀铬铜棒），置于不易生锈的充水容器中，以水作为电阻，通电后，电流从水中通过，水被加热而产生蒸汽，通过蒸汽管送至需要加湿的空间。

加湿器充水容量的多少，与导电面积成正比。对同一规格的加湿器来说，水位越高，容水量越多，相应的导电面积越大，产生的蒸汽量也越多。因此，通过改变溢水口的高度，可以达到调节蒸汽供应量的目的。

电极加湿器开机后，电脑控制器先开启进水阀，使水通过进水盒（此时电脑可以测出进水的导电率）进入到加湿罐的底部，然后逐渐上升并接触到电极，水接触到电极后，电极就通过水构成电流回路，加热水并使之沸腾，水位越往上升，电极所流过的电流就越大，当水位升到最高点时，电脑控制器就会通过高水位检测电极，检测出此信号，并关闭进水阀。

随着蒸汽量的不断输出，电极罐中的水位逐渐下降，这时电脑控制器将再次开启进水阀，给电极罐补新水，满足所需要的加湿量要求。

当加湿罐中的矿物质不断增多和水的电导率过高时，电脑控制器及时打开排污阀，排掉部分水及污物，加湿器再次自动补水，从而确保加湿器工作在最佳状态和达到延长加湿罐寿命的目的。

电热式加湿器是根据电流通过电阻产生热，电能转换成热能的原理，电加热管浸没在水中，电热管产生热量，从而使水沸腾变成水蒸汽。

优点：加湿迅速、均匀、稳定;不带水滴、不带细菌;节省电能，装置简单，没有噪声;可以满足室内相对湿度波动范围≤±3%的要求。

缺点：耗电量大，运行费高;不使用软化水或蒸馏水时，内部易结垢，清洗困难。

2.5超声波加湿器

超声波加湿器是利用水槽底部换能器（超声波振子）将电能转换成机械能，向水中发射1.7MHz 超声波。水表面在空化效应作用下，产生直径为3-5μm的超微粒子。水雾粒子与气流进行热湿交换， 对空气进行等焓加湿。

优点：体积小，加湿强度大，加湿迅速，耗电量少，使用灵活，控制性能好，雾粒小而均匀，加湿效率高。

缺點：可能带菌，喷嘴易堵塞（对水未进行有效的过滤时），加湿后尚需升温。2.6喷水室

喷水室是一种多功能的空气调节设备，可对空气进行加热、冷却、加湿及减湿等多种处理。喷水室是利用细小水滴使空气与水进行热湿交换，以实现多种空气处理过程。

优点：能够实现多种空气处理过程，耗金属量少和容易加工，加湿量大，可以利用循环水;装置简单，运行费低，稳定、可靠。

缺点：占地面积大，可能带菌，水滴较大。

三、案例分析

3.1电池工厂除湿

对于电池工厂中的正负极片库、正负极碾压、剪切车间等湿度要求不高于20%的10万级洁净区，车间湿度控制采用单转轮机组，机组段体设置包括：初效新风段+一次表冷段+一次回风段+中效过滤段+转轮除湿段+二次回风段+风机段 +后表冷段+后加热段+亚高效过滤段+出风段。

房间换气次数12-15次，10-15Pa微正压。干燥机组均布置在空调机房内，干燥间送风口采用方形散流器，送风口均自带调节风阀，回风口采用洁净板制作的回风柱，气流组织为上送风下回风。

对于电芯研发干燥间、注液车间及卷绕车间等要求湿度不高于1%的10万级洁净区，车间湿度控制采用双转轮机组，机组段体设置包括：初效新风段+一次表冷段+中效过滤段+转轮除湿段+回风段+二次表冷段+风机段+中效过滤段+转轮除湿段+风机段+后表冷段+后加热段+亚高效过滤段+出风段。

干燥机组均布置在空调机房内，干燥间送风口采用方形散流器，送风口均自带调节风阀，回风采用洁净板制作的回风柱，气流组织为上送风下回风。送风管采用镀锌铁皮制作，法兰连接，回风管采用δ=1.2mm不锈钢板满焊连接，防止漏风。

3.2涂装车间冬季加湿

涂装车间由于有防静电要求，需要保证室内有一定的湿度，一般需要保证相对湿度在30%～70%。为满足湿度要求，冬季送热风时需加湿。由于涂装车间空间较大，加湿量大，电极式加湿和电热式加湿耗电量较大，不经济;湿膜加湿容易滋生细菌;超声波加湿加湿量较小，不适合大厂房使用;干蒸汽加湿器加湿效率高达95%以上，加湿迅速均匀，但是必须有蒸汽系统，很多项目并不具备条件;因此涂装车间加湿通常是采用高压微雾加湿。

高压微雾加湿器的工作原理是利用高压柱塞泵将水压提高到7Mpa，然后将加压后的水经耐高压输送管线由专业喷嘴将其雾化，使其能够迅速从空气中吸收热量完成汽化并扩散，从而完成空气加湿、降温的目的。单机组的加湿量为150～900kg/h。

由于高压微雾加湿属于等焓加湿，因此在冬季使用时，一般需要先对空气进行加热处理，在通过等焓加湿处理到送风状态点，再送进车间。

3.3机械装配车间夏季湿度控制

机械装配车间一般要求在夏季温度≤26℃，湿度≤60-70%，这个湿度要求并不苛刻，但是由于工业厂房密闭性不好，大门经常开启，工艺排风较多，尤其是位于南方的空调厂房，在梅雨季节室外湿度经常高于90%，因此仅设置表冷器的一次回风空调系统，此时并无法保证湿度≤60-70%，需要在设计时就提前采取措施。

某机械装配车间环境夏季要求温度≤28℃，湿度≤65%，车间空调采用双风机空调机组，过渡季全新风运行，夏季及冬季最小新风比一次回风运行，车间气流组织上送上回。空调机组段位包括：回风段+回风机段+排风段+新风段+过滤段+加热段+表冷段+送风机段+送风段。

项目实际运行中出现了车间温度满足设计要求，但湿度远高于设计值的情况，因此根据实际情况对空调系统的控制和运行进行了改造，改造方案如下：

对其中三台空调机组的自控系统进行改造，增加一个“除湿”运行模式。湿度较高的季节，这三个空调机组按“除湿”模式运行，车间相对湿度目标值65%，当车间湿度高于63%时，回风机和送风机启动，新风阀和排风阀关闭，混风阀全开，风机变频，均按最小风量运行，开启蒸汽电动调节阀，调节送风温度，使车间温度升高，相对湿度不高于65%，当送风温度升至40℃时，增加送风机和回风机的风量，调节电动调节阀的开度，使送风温度稳定在40℃，使车间相对湿度不高于65%;当车间相对湿度低于55%时，首先减小送风机和回风机的风量，调节电动调节阀的开度，使送风温度稳定在40℃，当风量减小至最小风量时，根据车间相对湿度调节电动调节阀的开度，降低送风温度，使车间相对湿度不低55%，直至电动调节阀关闭，当电动调节阀关闭后，关闭回风机和送风机。

四、结语

本文对常见的湿度控制方法进行了介绍，并结合案例对设计过程中遇到的有关工业厂房室内空气的加湿、除湿设计方法进行了分析总结，望对有湿度控制要求的工艺厂房进行通风空调设计时提供借鉴和参考。

参考文献：

【1】陆耀庆主编. 实用供热空调设计手册 （第二版）.北京 ： 中國建筑工业出版社 ，2008

【2】赵荣义，范存养，薛殿华，钱以明.空气调节（第三版）.北京 ： 中国建筑工业出版社 ，1994

【3】徐居鹓主编.机械工业采暖通风与空调设计手册.上海 ： 同济大学出版社，2007

【4】中国有色金属工业协会.工业建筑供暖通风与空气调节设计规范.北京 ： 中国计划出版社，2015

【5】中华人民共和国工业和信息化部.锂离子电池工厂设计标准.北京 ： 中国计划出版社，2019

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