气水加湿技术在空调机组中的重要性

彭传富 王学锋 孔 健 杜文浩 马万军 杨骥飞 覃明东

气水加湿技术在空调机组中的重要性

彭传富 王学锋 孔 健 杜文浩 马万军 杨骥飞 覃明东

（广西中烟工业有限责任公司柳州卷烟厂，广西 柳州 545000）

文章针对柳州卷烟厂空调机组温湿度不平稳，变化波动很大，温湿度控制的精准度不够高的问题，对空调机组进行技改，通过安装气水加湿器对相关空调机组温湿度进行追踪研究，以解决柳州卷烟厂空调机组温湿度不平稳难调控的问题，从而得出气水加湿技术在空调机组中的重要性。

加湿；空压气；温湿度

引言

空调机组是具有对空气进行净化、冷却、加热、加湿、除湿等多种功能的综合性空气热湿处理装置，空调机组的主要作用是将准备送入空调房间的空气进行净化和热湿处理，使其达到送风要求以满足室内或车间生产空气工艺要求。

1 加湿的基础知识

1.1 空调加湿的重要性

空调设计规范对舒适空调和各行业生产工艺空调的湿度控制有明确要求，湿度不能满足要求，会带来很多不良后果。根据国际暖通界的统计分析，舒适空调的温度为22℃～26℃，相对湿度为40%～65%的时候，生活和工作感觉最合适，工作效率最高，此时的空气环境也对家具和装饰有很好的保护作用。干燥的空气，会提高空气中粉尘的飞扬度；会提高气管炎的发病率；会造成门窗和木制家具的干裂和变形。

1.2　湿度的几个概念

湿度，通常用来表示空气的干湿程度，是表示空气中所含水汽多少的物理量。在一定的温度下，一定体积的空气中如果含有的水汽越少，那么就说明空气越干燥；如果含有的水汽越多，那就说明空气越潮湿。在工作和生活中，人们通常能感觉出最舒适的湿度是相对湿度小于70%的时候。

湿度有三种表示方法，分别是相对湿度、绝对湿度、含湿量。

绝对湿度：是单位空气中所含水蒸气的质量，它是大气干湿程度一种物理表达方式，通常用1立方米内所有的水蒸气的克数来表示[1]。由于水蒸气的压强随着密度增加而增加，因此空气绝对湿度通常可以用压强表示。

相对湿度：空气中实际所含水蒸气密度和同温度下饱和水蒸气密度的百分比值。空气中的干湿程度和空气中所含的水汽量接近饱和有联系，而与空气中含有水蒸气的绝对量无直接关系[2]。

含湿量：表示的是在每千克干空气中所含有的水蒸气的质量，它的单位是千克/千克·干空气；相对湿度、绝对湿度和温度这三者之间有对应关系，在温度不变的时候，当绝对湿度越大时，相对湿度越大；反过来，当绝对湿度越小时，那么相对湿度越小，他们是正比的关系。温度不变意味着空气含有水蒸气的饱和量是固定不变的，如果绝对湿度增大，就表明越接近饱和量，也从侧面反映它占饱和量的百分比越大，因此它的相对温度肯定必然越大。如果绝对湿度小，就反映出它距离饱和量就远，占饱和量的百分比也就小，更进一步说明它的相对湿度也越小。

饱和差：在一定的温度下，饱和水汽压与当时实际水汽压之间的差值。饱和差越小表示空气越湿，饱和差越大表示空气越干燥。

水蒸气：简称“水汽”，是水的气体形式，当水达到沸点时，水就变成水蒸气。

1.3 加湿方式

等焓加湿：等焓加湿过程是降温加湿的过程，在整个过程中，空气的含湿量增加，相对湿度增大，但水再由小液滴变成水蒸气时，吸收了空气中的热量，空气温度降低。空气在加湿前后焓值保持不变的加湿过程，例如通过水的蒸发过程进行加湿的方式就是等焓加湿过程，湿度虽然增加，但水在蒸发的过程中吸收了热量，显热减少，系统总的焓值保持不变

等温加湿：当空气中加入水蒸汽时，其焓和含湿量都会增加。焓的增加值是加入蒸汽的总热量，温度基本不变。这个过程称为“等温加湿”[3]。

2 气水加湿器的构造

气水加湿器系统主要由空压气管路系统、水管路系统、加电控系统、喷雾系统构成。空压气管路系统包括电磁阀106、手动阀101、油气分离器102、调压器103及提供压缩气体的空压机站1，水管路系统包括过滤器201、紫外线消毒装置202、电磁阀204、手动阀203，水管路上有保温层，用于保温。电控系统4控制空压气和水的混合，通过PLC控制，喷雾系统将雾化的水雾通过自动旋转喷头401喷淋在空气中，到达增湿的效果。

1－空压站；101－手动阀；102－油气分离器；103－调压器；104－压力表；105－手动前端阀；106－电磁阀；107－手动后端阀；108－手动旁通阀；2－制冷站；201－过滤器；202－紫外线消毒；203－手动前端阀；204－电磁阀；205－手动后端阀；206－手动旁通阀；4－电控系统；401－自动旋转喷头。

气水加湿器工作原理：空压气来自空压气站1，油气分离器102与引入的空压气之间连接有气体调节阀101，油气分离器102连接调压器103，调压器103连接手动阀105，手动前端阀105连接电磁阀106，电磁阀106连接手后端动阀107，手动后端阀107与电控系统4相连，手动旁通阀108用于电磁阀损坏情况下临时使用。

水管路系统上有过滤器201、紫外线消毒装置202、手动前端阀203；电磁阀204；手动后端阀205；手动旁通阀206。

当空调指标湿度低于标准值时，制冷站2的冷冻水经过滤器201过滤，经过过滤的冷冻水经过紫外线消毒202，经过紫外线消毒202的冷冻水通过手动前端阀203、电磁阀204、手动后端阀205进入电控系统4，在和空压气混合加压之后，由自动旋转喷头401形成喷雾之后，喷雾在气流中蒸发加湿，从而降低了气流的温度，增加了湿度，实现等焓冷却加湿。

该气水加湿器适合卷烟厂空调机组的加湿，首先空压气、冷冻水都是现有的能源，利用现有的能源，非常方便。其次制冷站的冷冻水是经过软水器处理的纯净水，温度低，无杂质，不用再经过特殊处理，不用担心喷嘴结垢问题的发生。

3 气水加湿技术

3.1 气水加湿技术的含义

气水加湿技术是采用流体力学的理论，通过压缩空气作为动力，通过空化效应对水进行有效的雾化，雾化为5～30 µm的水雾。颗粒化性能优越。当粒径和流量分布保持一定时，可以增加喷雾流量的调整范围。与同一水量的一流喷嘴相比，异物通过直径大，可以有效防止堵塞[4]。

3.2 气水加湿技术的原理

工作性能优越，雾化颗粒最小，意味着蒸发效率最高，节能最多。对于一定的空气条件，雾化颗粒的大小决定了水的蒸发速度，小雾蒸发速度快，大雾蒸发速度慢得多，甚至不蒸发。单位喷水量蒸发的水越多，节能越多。由于二流体的高效雾化颗粒非常小，蒸发长度越短。在空调机组的集中雾化加湿系统中，其运行设备也是最干燥的，可以有效保护运行设备免受侵蚀。加湿、冷却、高效、节能[5]。当小水雾进入温暖干燥的气流或空间时，水雾不加热就会蒸发，即蒸发加湿。冷却空气也可以在加湿过程中发挥作用。由于水雾蒸发时没有加热，冷却效果直接与蒸发水量成正比，即焓冷却和加湿。实践证明，空气干球温度每降低2℃，能耗可降低10%左右。有效利用内热增加废热，能耗比蒸汽加湿降低90%。目前使用的气水混合二流体喷雾加湿系统不需要排出热回风，而是使用其热蒸发水，也不需要能使水沸腾，这样不仅达到加湿的目的，而且冷却回风，在卷烟厂，特别是在过渡季节，不启动制冷设备冷却，节能可观[6]。

3.3 气水加湿技术的注意事项

为保证装置的正常工作，应保证供气系统的供气容量超过总容量的1.2倍，供气压力0.7 MPa，压缩空气必须干净、无油、无水（满足人体呼吸），供气管道上应装有过滤精度为5 μm的空气过滤器，并保证供水系统容量超过总容量的1.2倍，水温在1 ℃～40 ℃之间，压力在0.3～0.5 MPa之间[7]。

气水混合加湿系统可以使用洁净软化水或者纯水（如果采用自来水可能会导致喷头出现结垢现象）。供水管路上必须安装过滤器。气水混合加湿在出风侧安装有水雾分离器（即挡水湿帘）将未气化的水滴分离出来，防止水滴漂入空调其他功能段内，水雾分离器采用进口专用尼龙挡水板，用特种尼龙纤维3D无序纺织技术，厚度为6 mm，风阻为50 Pa（风速为2.8 m/s时），挡水效果＞99.5%，具有对极小雾滴分离彻底、风阻小、强度高、易清洗、可反复使用等特点，使用寿命不低于3年，模块化设计，方便清理更换[8]。

4 气水加湿技术的优越性

柳州卷烟厂温度控制范围为24℃～26℃，湿度控制范围为57%～63%，在这个范围之内均为达标。以空调机组KJ1、KJ2、KJ3、KJ4为例，统计安装气水加湿器后的空调温湿度达标率，以图2为例；统计未安装气水加湿器空调的温湿度达标率，以图3为例。

图2 安装气水加湿器的空调机组温湿度达标率

图3 未安装气水加湿器的空调机组温湿度达标率

在对比两个统计表之后，得出结论：安装气水加湿器之后，空调机组温湿度达标率比未安装之前提高。

5 气水混合加湿器的维护

5.1 气水加湿技术的检修

（1）每日：检查水路、气路是否泄漏。

（2）每周：检查压缩空气压力。检查供水压力检查喷嘴是否有滴水现象。如有，必须重新设置时间继电器的清洗周期和停机延时周期。

（3）每年2次：检查湿度传感器或控制器并重新校正。

5.2 气水加湿技术的清洗

（1）保证了系统的正常运转，建议每个月进行一次加湿系统的清洁，清洗压缩空气管路的过滤器和水管路的过滤器，过滤器不符合使用标准，可以进行更换。

（2）喷雾式喷头：每年拆下和清洁喷嘴，利用硅树脂润滑O型圈，如有需要应及时更换。

（3）气路和水路：气路和水路每年应排空一次，以清除脏物和沉淀物。

（4）压力调节器和电磁阀：每年打开清洁，以去除碎屑和沉淀物。

气水混合加湿器常见故障及排除方法见表1。

表1 气水混合加湿器常见故障及排除方法

故障现象故障原因排除方法 湿度低于设定范围加湿器选型过小或雾化喷嘴安装位置不符合要求检查气水加湿器选型是否合适 压缩空气压力过低检查气压是否在300 kPa之上 水压过低检查水压是否大于100 kPa 雾粒太大气水比例不正确设置正确的气水比例 只有空压气从喷嘴喷出进水阀关闭打开进水阀 水管路发生堵塞对水管路进行清洗 水管路过滤器发生堵塞对水管路的过滤器进行清洗 喷嘴盖发生了堵塞对喷嘴盖进行清洗 系统设置不正确调节系统 水压达到高值，未被控制水压调节器积垢清洗水压调节器 没有气时，雾化喷嘴产出喷雾气路水路连接颠倒核对雾化头上的标记，纠正连接

6 结束语

经技术人员对设备进行跟踪与统计，柳州卷烟厂空调机组采用气水加湿技术之后，空调机组温度达标率由原来的97.60%上升到100%，湿度达标率由原来的95.08%上升到99.98%，柳州卷烟厂空调温湿度的控制精确度和响应速度显著提高，新空调各项性能均得到有效提高。与旧空调每小时耗电量相对比，柳州卷烟厂单台空调每小时耗电量可降低15%，预计每年可节电能约5万千瓦时，每年约节约电费8万元，节能降耗增效可观。

[1]张秋梅. 阜新市玉龙湖的被动式设计研究[D]. 阜新: 辽宁工程技术大学，2017.

[2]冯莹靓. 基于高分子湿敏电阻的多种接口传感器的研究[D]. 长春: 吉林大学，2013.

[3]陈招华. 区域精密对流层延迟建模[D]. 长沙: 中南大学，2010.

[4]宁守庆. 新型节能工业加湿器在烟草行业的应用[J]. 设备管理与维修，2011(S1): 146-147.

[5]徐国庆，孙自松，张贵智. 浅析涂装车间气水混合喷雾洁净加湿系统[J]. 现代涂料与涂装，2016，19(10): 67-69.

[6]姚春波，弓培林，郭建珠，等. 基于涡旋效应的雾化喷头及其在选煤厂的应用[J]. 煤炭工程，2021，53(9): 154-159.

[7]蔡君巍，尚昆，杨川. 卷烟厂空调机组气水加湿器的改进与应用[J]. 山东工业技术，2016(19): 197，196.

[8]张继东. 气水混合加湿系统开发的经济效益分析[J]. 科技信息，2010(3): 749.

Importance of Air Water Humidification Technology in Air Conditioning Units

In view of the problems of unstable temperature and humidity of the air conditioning unit in Liuzhou Cigarette Factory, with great variation and fluctuation, the precision of temperature and humidity control is not high enough, the paper carries out technical reform on the air conditioning unit, and studies the temperature and humidity of the relevant air conditioning unit by installing the air-water humidifier, so as to solve the problem of unstable temperature and humidity of the air conditioning unit in Liuzhou Cigarette Factory and difficult regulation. Thus the importance of air water humidification technology in air conditioning units is obtained.

humidification; air compressor; temperature and humidity

TU83

A

1008-1151(2023)07-0092-03

2022-11-22

彭传富（1975－），男，广西中烟工业有限责任公司柳州卷烟厂机修钳工技师，研究方向为通用机械设备维护、维修、管理。

王学锋（1996－），男，广西中烟工业有限责任公司柳州卷烟厂助理工程师，研究方向卷烟厂工艺研究。