不同模式下室外超聲波加濕器加濕效率分析＊

鄭嬌萌，李王成

不同模式下室外超聲波加濕器加濕效率分析＊

鄭嬌萌，李王成

（寧夏大學，寧夏 銀川 750021）

中國西北地區年降雨量小，氣候干燥，為了更好地調節該區的局部小氣候，同時了解加濕器不同工作模式下加濕效果，對室外超聲波加濕器的加濕效率進行了初步探討。利用溫濕度自動記錄儀實時監測濕度變化，結合試驗數據分析。結果表明，“風機輔助加濕”工作模式下，短期內濕度調節效率較高，“無風機作用”工作模式下，增濕后濕度較為穩定；超聲波霧化器工作時間的增加，有利于空氣濕度的增大，空氣濕度在短距離（1.25 m）內的增加幅度更大，超聲波霧化器的加濕效率隨距離的增大而逐漸降低，且在短距離（1.25 m）內的降幅更大；霧化器的數量增多一定程度上可以大幅提高加濕效率，且隨著距離增大空氣濕度下降幅度增大。

干旱區；室外加濕；超聲波霧化；加濕效率

近年來，隨著社會進步和經濟發展，環境舒適度日漸受到人們的關注。其中，空氣濕度是影響環境舒適度的關鍵因素之一。氣候干燥、空氣濕度不足不僅影響人們的健康和舒適性，還會影響人們生產的質量和效率。當空氣濕度達到40%～60%時，人體思維、生理皆處于良好狀態[1-3]。然而西北地區（以寧夏地區為例）降水量少，空氣濕度小，氣候干燥，在這樣的環境下室外超聲波加濕器加濕效率的研究就顯得尤為重要。

對于霧化器目前已多有研究[4-9]，劉澤勤、趙航宇以數值模擬為基礎，通過理論分析和實驗驗證對電陶瓷加濕器噴桿安裝位置和噴嘴朝向對加濕效果的影響問題進行了探討，證明了噴桿置于回風管中，噴嘴順流布置和噴嘴逆流布置均可實現加濕目的[10]；侯騰彥等分析了霧化器工作時液滴破碎機理，提出影響降塵效率和水流損失的原因[11]；江峰等通過實驗發現了霧滴粒徑大小的決定因素是出霧口直徑，分析了錐孔變形對霧滴粒徑的影響，最終挑選出了霧化器最優諧振振型和諧振頻率[12-14]；李福旭為了探究不同頻率超聲波霧化片的霧化效果，對市面上常用的不同頻率的超聲波霧化片進行實驗測試分析，發現諧振頻率為112 kHz的超聲波霧化片霧化分布均勻效果最好[15]。

上述文獻都從超聲波霧化器諧振振型、頻率和加濕器安裝位置分析其對加濕效率的影響，或者僅僅分析了超聲波霧化器對降塵效率的影響。目前關于超聲波加濕器加濕效率與工作時間，距離和加濕器工作數量等的相關性研究較少，本實驗利用溫濕度自動記錄儀實時監測濕度變化，分析了風機作用和加濕器工作數量與加濕效率的相關關系以及加濕效率隨距離、時間的變化規律。

1 實驗與方法

1.1 實驗地點與方法

本實驗研究位于寧夏大學室外研究點，利用超聲波霧化器對空氣進行濕度調節。每一個加濕裝置層包含6個超聲波霧化器（單個霧化器工作電壓為24 V，工作頻率為（1 700± 50）kHz，霧化量大于400 mL/h，霧化頭直徑為45 mm），6個霧化器分別放在室外加濕裝置的6個霧化倉內，依據實驗需求來調整加濕裝置的工作方式。同時加濕裝置下部安裝條形風機，風機工作時可促進水霧分子的擴散。

1.2 數據來源及處理

在加濕裝置周圍0.5～3.0 m每隔一定距離安裝溫濕度自動記錄儀，便于連續觀測和記錄空氣濕度的數據變 化[16-18]。整理不同工作模式下加濕器周圍的濕度數據，采用Excel軟件進行數據整理和制圖，對有無風機作用和加濕器工作時間、距離與加濕器加濕效率進行相關分析，分析加濕器工作數量不同情況下2 h內空氣濕度的變化情況。

1.3 分析方法

將采集到的空氣濕度數據進行整理。分析“六個超聲波霧化器和風機同時工作”與“六個超聲波霧化器工作，風機不工作”兩種工作模式下，工作不同時間（15 min，30 min，…，120 min）加濕裝置周圍環境的濕度變化；分析“六個超聲波霧化器和風機同時工作”與“六個超聲波霧化器工作，風機不工作”兩種工作模式下，加濕裝置周圍空氣濕度隨距離（0.5 m，1.0 m，…，3.0 m）的變化情況；分析“六個超聲波霧化器和風機同時工作”與“六個超聲波霧化器工作，風機不工作”兩種工作模式下，工作2 h，同距離濕度觀測點測得空氣濕度的變化情況；分析“六個超聲波霧化器和風機同時工作”與“單個霧化器和風機同時工作”兩種工作模式下，加濕裝置周圍空氣濕度隨距離（0.5 m，1.0 m，…， 3.0 m）的變化情況。

2 結果與分析

2.1 “六個超聲波霧化器加風機”與“六個超聲波霧化器不加風機”加濕效率分析

2.1.1 六個超聲波霧化器加風機工作模式加濕效率分析

圖1所示為六個霧化器加風機工作時在距離加濕器4 m測驗點測得的室外濕度的變化曲線。實驗之前測得初始相對濕度為34.8%，加濕器從14：45工作到16：45，總計工作2 h。對加濕器工作區間（14：45—16：45）濕度變化曲線分析可知：加濕器工作后可以對空氣濕度有較為明顯的改善，空氣濕度基本維持在40%～60%這一人體適宜濕度范圍內；濕度的增長速度較快，工作75 min濕度由34.8%提升到最大濕度68.9%，平均增長速度為每10 min濕度增長4.5%。對加濕器停止工作區間濕度變化曲線分析可知：16：45之后加濕器停止工作，此后一定時間段內，濕度仍然能夠保持在40%～60%之間；濕度由59.8%下降到39.0%用時60 min，平均下降速度為每10 min濕度下降3.7%；加濕器停止工作后120 min，濕度基本恢復實驗前室外初始濕度。綜上分析可得，此種工作模式下，濕度增加較為迅速且加濕器停止工作后一定時間段內依舊可以對周圍空氣濕度有調節作用。

圖1 六個霧化器加風機工作的濕度變化

2.1.2 六個超聲波霧化器不加風機工作模式加濕效率分析

圖2所示為六個霧化器不加風機工作時在距離加濕器 4 m測驗點測得的室外濕度的變化曲線。

實驗之前測得初始相對濕度為34.8%，加濕器從09：45工作到11：45，總計2 h。對加濕器工作區間（09：45— 11：45）濕度變化曲線分析可知，加濕器工作后濕度可以較為穩定地維持在人體適宜濕度區間內（40%～60%），濕度的變化幅度不大，最高濕度為45.8%。此種工作模式下，增濕后濕度較為穩定，不會出現濕度過高以及濕度變化過大的情況。

圖2 六個霧化器不加風機工作的濕度變化

2.2 工作時間及作用距離對加濕效率的影響分析

圖3所示為六個超聲波霧化器不加風機工作模式下，加濕器分別工作30 min、45 min和60 min時，在距離加濕器0.3～3.0 m實時檢測空氣相對濕度所得到的濕度變化曲線。

2.2.1 工作時間對加濕效率的影響分析

對比分析加濕器工作30 min、45 min和60 min的濕度變化曲線[19-20]。顯而易見，60 min濕度曲線整體高于45 min和30 min濕度曲線，45 min濕度曲線低于60 min濕度曲線而高于30 min濕度曲線，工作時間長的濕度曲線整體濕度值大于工作時間短的濕度曲線的濕度值。同時，通過對 60 min、45 min和30 min濕度曲線在相同距離監測點的濕度數值進行對比分析可以發現，在0.3～1.25 m距離內，不同工作時間在同一距離檢測點的濕度數值差異較大。分析 60 min和30 min的濕度曲線，0.3～1.25 m距離內濕度值差異分別為8.8%、11.3%、10.9%、9.7%，均值為10.2%；在1.25～2.5 m距離內，不同工作時間在同一距離檢測點的濕度數值差異變小，濕度差均值約為5.1%；2.5 m距離之外，工作時間增加加濕效率并未提高，此時加濕器工作時間對濕度的影響可以忽略。

2.2.2 作用距離對加濕效率的影響分析

對比加濕裝置周圍0.3～3.0 m距離內空氣濕度的變化曲線。加濕器工作30 min、45 min和60 min的濕度變化曲線整體趨勢都是濕度隨距離的增大而減小；同時可以發現，0.3～1.25 m區段內濕度曲線的降幅大于1.25～3.0 m區段內濕度曲線的降幅。

由此可見，前1.25 m距離內，加濕器的加濕效率與距離的相關性大于1.25 m距離以外的加濕器加濕效率與距離的相關性。

圖3 六個超聲波霧化器工作濕度變化數據圖

2.3 超聲波霧化器工作數量及風機工作情況對加濕效率的影響分析

圖4和圖5所示分別為三種工作模式下（單個超聲波霧化器加風機、六個超聲波霧化器加風機、六個超聲波霧化器不加風機），加濕器分別工作30 min和60 min的濕度變化曲線。

2.3.1 超聲波霧化器數量對加濕效率的影響分析

當風機工作時，對比單個霧化器和六個霧化器工作時濕度變化曲線可知，六個霧化器加風機作用下，工作30 min濕度從80.1%降到67.7%，降幅7.1 %/m；工作60 min濕度從86.1%降到73.0%，降幅5.2 %/m[21]。單個霧化器加風機作用下，工作30 min濕度47.1%降到44.6%，降幅1.0%/m；工作60 min濕度從46.4%降到45.6%，降幅0.3%。由此可見，霧化器的數量增多一定程度上可以大幅提高加濕效率；同時，霧化器數量越多，隨著距離增大濕度的下降幅度越大。

2.3.2 風機工作情況對加濕效率的影響分析

當相同數量霧化器工作時，對比加風機與不加風機工作模式下濕度變化曲線。加風機工作模式下的濕度變化曲線的濕度值明顯高于不加風機工作模式下濕度變化曲線的濕 度值。

由此可知，在風機的作用下可以提高加濕器濕度調節的效率。不加風機工作模式下，0.5～1.5 m距離內濕度曲線的斜率明顯大于1.5 m之后的濕度曲線斜率，加風機工作模式下，濕度變化曲線斜率隨距離的變化差異不大，曲線斜率基本保持一致。由此可知，加風機作用下濕度隨距離的增大，近似線性遞減；不加風機作用下，空氣濕度在短距離內急劇減小，隨后近似線性遞減。

圖4 三種工作模式下加濕器工作30 min的濕度變化曲線

圖5 三種工作模式下加濕器工作60 min的濕度變化曲線

3 結論

六個超聲波霧化器加風機工作模式可以保證短時間內高效率調節空氣濕度，并且加濕器停止工作一段時間之內周圍空氣的濕度仍然能夠保持在適宜的濕度范圍內；六個霧化器不加風機工作模式下，增濕后濕度較為穩定，周圍環境可以基本維持恒濕狀態。

超聲波霧化器工作時間的延長，有利于空氣濕度的增加，且隨工作時間的延長，空氣濕度在短距離（1.25 m）內的增長幅度更大；超聲波霧化器的加濕效率隨距離的增大而逐漸減小，且在短距離（1.25 m）內的降幅更大。

霧化器的數量增多一定程度上可以大幅提高加濕效率，同時，霧化器數量越多，隨著距離增大濕度數值下降幅度隨之增大；在風機的輔助作用下，濕度隨距離為線性遞減，而在未加風機情況下，超聲波霧化器對空氣的加濕效率通常會在短距離內急劇下降。

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X22；TB47

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.01.009

2095－6835（2021）01－0026－04

國家自然科學基金項目（編號：51869023）；國家級一流專業“雙萬計劃”項目，寧夏高等學校一流學科建設（水利工程學科）資助項目（編號：NXYLXK2017A03）；寧夏自治區級青年拔尖人才項目（編號：030103030008）

鄭嬌萌（1999—），女，山西運城人，寧夏大學本科生，農業水利工程專業。

李王成（1974—），男，陜西勉縣人，教授，主要研究方向為節水灌溉技術與理論、農業水資源高效利用。

〔編輯：王霞〕