工業(yè)廠房濕度控制

賈雪峰 張嵩

摘要：濕度控制是建筑物室內(nèi)環(huán)境控制的重要方面，濕度不僅會(huì)對(duì)空調(diào)舒適性產(chǎn)生重要影響，在許多生產(chǎn)車間里，工藝也對(duì)環(huán)境濕度有一定的要求。從暖通專業(yè)來(lái)看，應(yīng)對(duì)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(yè)廠房中對(duì)室內(nèi)濕度控制的方法，包括加濕及除濕，并對(duì)以往項(xiàng)目中出現(xiàn)的濕度控制案例進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：工業(yè)廠房;濕度控制;加濕;除濕

導(dǎo)言：

在常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，夏季通常采用表冷的方式對(duì)熱、濕進(jìn)行同時(shí)處理，對(duì)空氣進(jìn)行降溫的同時(shí)進(jìn)行除濕，從而帶走室內(nèi)的顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷。在舒適性空調(diào)中，因?yàn)橥ǔ２捎檬覂?nèi)溫度作為控制目標(biāo)，實(shí)際上只是控制了顯熱，而放棄了對(duì)潛熱的控制，因此室內(nèi)的相對(duì)濕度并不能實(shí)時(shí)保證。在對(duì)濕度有要求的工藝空調(diào)系統(tǒng)中，需要保證處理后的空氣濕度滿足工藝要求，則需要進(jìn)行相應(yīng)的濕度控制，進(jìn)行加濕或除濕。

一、常用的除濕方法及優(yōu)缺點(diǎn)

1.1升溫除濕

升溫除濕的原理有幾種，最常見(jiàn)的是機(jī)械除濕，所謂的機(jī)械除濕是一般常見(jiàn)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(jiǎn)單，當(dāng)空氣溫度升高，空氣中含水量不變的情況下，相對(duì)濕度會(huì)下降。這種除濕的方式是降低相對(duì)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(diǎn)：空氣中的濕度只是被過(guò)熱蒸發(fā)，變成了“過(guò)熱蒸汽”形式，如果沒(méi)有必要的措施，過(guò)熱蒸汽被冷凝后，還是會(huì)恢復(fù)到原來(lái)的空氣濕度的。因此加熱除濕的方式，適合于對(duì)室內(nèi)溫度沒(méi)有要求的場(chǎng)合，例如干燥階段無(wú)人值守（環(huán)境溫度常大于40度），干燥完畢產(chǎn)品馬上進(jìn)行處理（或包裝）的環(huán)境。

1.2通風(fēng)除濕

通風(fēng)除濕就是“開(kāi)窗通風(fēng)”，一方面自室外引入較為干燥的空氣，同時(shí)向室外排出相對(duì)潮濕的空氣，以置換、混合的方式降低室內(nèi)濕度，經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn)：通風(fēng)除濕不需要任何消耗，經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單，但要求室外空氣比干燥，并且受風(fēng)向風(fēng)力影響，因此保證率較低;除濕度外，還有溫度等各種室內(nèi)外混合，適用于室外空氣干燥，室內(nèi)要求不很嚴(yán)格的場(chǎng)合。且經(jīng)常須與其它除濕方式配合使用，如北方地區(qū)，夏季時(shí)“桑拿天”室外空氣相對(duì)濕度可能會(huì)達(dá)到85%以上，此時(shí)依靠通風(fēng)除濕將不會(huì)起到任何效果，若濕度要求不嚴(yán)格，可配備升溫或降溫型除濕系統(tǒng)。

1.3冷凍除濕

當(dāng)空氣溫度低于露點(diǎn)溫度，空氣中的水分就會(huì)由于達(dá)到飽和狀態(tài)而析出，所以把空氣溫度降低到露點(diǎn)以下，可以實(shí)現(xiàn)絕對(duì)含濕量的降低;相同的含水量，溫度越低，相對(duì)濕度越高，高到100%的時(shí)候就會(huì)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(nèi). 性能穩(wěn)定，工作可靠，能連續(xù)工作。

缺點(diǎn)：冷凍除濕除濕后，空氣溫度較低，一般都會(huì)再作升溫處理，浪費(fèi)能源。設(shè)備費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)較高，有噪聲。因此，此種方式一般適用于要求空氣露點(diǎn)溫度高于4度的場(chǎng)合（相對(duì)濕度大約30%）。此時(shí)露點(diǎn)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(duì)要處理的空氣進(jìn)行處理，在除濕側(cè)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(cè)則過(guò)程相反，對(duì)溶液內(nèi)進(jìn)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(xù)對(duì)被處理空氣進(jìn)行除濕。如此循環(huán)進(jìn)行。除濕效果好，能連續(xù)工作，兼有清潔空氣的功能。

缺點(diǎn)：設(shè)備比較復(fù)雜，占地面積大，初期投資高，再生時(shí)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(nèi)顯熱比小于60%，要求空氣露點(diǎn)溫度低于5度的系統(tǒng)。

1.5固體除濕

利用某些固體物質(zhì)表面的毛細(xì)管作用，或相變時(shí)的蒸汽分壓力差吸附或吸收空氣中的水份。設(shè)備簡(jiǎn)單，投資和運(yùn)行費(fèi)用都較低。

缺點(diǎn)：除濕性能不太穩(wěn)定，并隨時(shí)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(diǎn)溫度低于4度的場(chǎng)合。

1.6轉(zhuǎn)輪除濕

濕空氣通過(guò)以吸濕材料加工成的載體，如氯化鋰轉(zhuǎn)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(jié)晶水，而不變?yōu)樗芤?轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)至另一半空間時(shí)，吸濕載體通過(guò)過(guò)加熱而被再生。吸濕面積大，性能穩(wěn)定，能連續(xù)進(jìn)行除濕。濕度可調(diào)，除濕量大，能全自動(dòng)運(yùn)行。

缺點(diǎn)：設(shè)備較復(fù)雜，并需要再生。特別適用于低溫.低濕狀態(tài)下應(yīng)用。

二、常用的加濕方法及優(yōu)缺點(diǎn)

2.1干蒸汽加濕

屬于等溫加濕。飽和蒸汽從蒸汽入口進(jìn)入加濕器，蒸汽在蒸汽套管中軸向流動(dòng)，利用蒸汽的潛熱將中心擴(kuò)散管加熱，確保中心擴(kuò)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(jìn)入套管后，進(jìn)入汽水分離器。分離器內(nèi)設(shè)折流板，使蒸汽進(jìn)入分離器后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，且垂直上升流動(dòng)，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(guò)疏水器排出。當(dāng)需要加濕時(shí)，打開(kāi)調(diào)節(jié)閥，干燥的蒸汽進(jìn)入中心擴(kuò)散管，從帶有消聲裝置的噴孔中噴出，實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的加濕。

優(yōu)點(diǎn)：加濕迅速、均勻、穩(wěn)定，控制方便靈活;不帶水滴、不帶細(xì)菌;節(jié)省電能，運(yùn)行費(fèi)低;裝置靈活，可以滿足室內(nèi)相對(duì)濕度波動(dòng)范圍≤±3%的要求。加濕效率高，可達(dá)95%以上。

缺點(diǎn)：必須有蒸汽源，并伴有輸汽管道;設(shè)備結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，初投資高。

2.2高壓噴霧加濕器

將自來(lái)水經(jīng)過(guò)加濕器主機(jī)增壓后，通過(guò)特制的陶瓷噴頭霧化高速噴出，形成細(xì)小的水霧顆粒，在加濕段內(nèi)與空調(diào)送來(lái)的干燥空氣混合后，形成濕潤(rùn)的空氣并送出。

實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jī)壁掛在空調(diào)箱板外，噴霧系統(tǒng)（噴頭、噴桿等）安裝到空調(diào)箱的加濕段內(nèi)部，優(yōu)點(diǎn)：加濕量大，霧粒細(xì)，效率高，運(yùn)行可靠，耗電量低。

缺點(diǎn)：可能帶菌，噴嘴易堵塞（對(duì)水未進(jìn)行有效的過(guò)濾時(shí)），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(jīng)過(guò)電磁閥的清潔自來(lái)水通過(guò)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(rùn)濕，流到接水盤(pán)中的水通過(guò)排水彎管排到下水管道中，即水不循環(huán)使用。當(dāng)熱空氣穿過(guò)潮濕的濕膜時(shí)，其濕度增加，溫度下降，這一加濕過(guò)程為等焓加濕過(guò)程。（注：當(dāng)水溫低于露點(diǎn)溫度時(shí)，此過(guò)程為減焓加濕過(guò)程）。在這一過(guò)程中，濕膜上的部分水被蒸發(fā)掉，但不消耗額外的能源！

濕膜循環(huán)水工作原理：潔凈的自來(lái)水（或冷凍水）通過(guò)進(jìn)水管路送到濕膜循環(huán)水的循環(huán)水箱中，進(jìn)入循環(huán)水箱的水是由浮球閥或是液位開(kāi)關(guān)來(lái)控制。濕膜循環(huán)水的水泵將水箱中的水送到濕膜頂部布水器，通過(guò)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(rùn)濕，當(dāng)空氣穿過(guò)潮濕的濕膜時(shí)，其濕度增加，溫度下降，這一加濕過(guò)程稱為等焓加濕過(guò)程（注：當(dāng)水溫低于露點(diǎn)溫度時(shí)，此過(guò)程為減焓加濕過(guò)程）。在這一過(guò)程中濕膜上的水被蒸發(fā)掉一部分，但不消耗額外的能量。從濕膜上流下來(lái)的未蒸發(fā)的水流進(jìn)循環(huán)水箱，再由循環(huán)水泵送到濕膜頂部，過(guò)程循環(huán)往復(fù)，從而達(dá)到節(jié)水的目的！

優(yōu)點(diǎn)：加濕段短（汽化空間等于濕膜厚度），飽和效率高，節(jié)電、省水;使用周期長(zhǎng)，初投資和運(yùn)行費(fèi)用都較低。

缺點(diǎn)：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(duì)空氣有過(guò)濾作用，灰塵較多，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行容易滋生細(xì)菌，易于引發(fā)呼吸系統(tǒng)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(guò)，水被加熱而產(chǎn)生蒸汽，通過(guò)蒸汽管送至需要加濕的空間。

加濕器充水容量的多少，與導(dǎo)電面積成正比。對(duì)同一規(guī)格的加濕器來(lái)說(shuō)，水位越高，容水量越多，相應(yīng)的導(dǎo)電面積越大，產(chǎn)生的蒸汽量也越多。因此，通過(guò)改變溢水口的高度，可以達(dá)到調(diào)節(jié)蒸汽供應(yīng)量的目的。

電極加濕器開(kāi)機(jī)后，電腦控制器先開(kāi)啟進(jìn)水閥，使水通過(guò)進(jìn)水盒（此時(shí)電腦可以測(cè)出進(jìn)水的導(dǎo)電率）進(jìn)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(guò)水構(gòu)成電流回路，加熱水并使之沸騰，水位越往上升，電極所流過(guò)的電流就越大，當(dāng)水位升到最高點(diǎn)時(shí)，電腦控制器就會(huì)通過(guò)高水位檢測(cè)電極，檢測(cè)出此信號(hào)，并關(guān)閉進(jìn)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(shí)電腦控制器將再次開(kāi)啟進(jìn)水閥，給電極罐補(bǔ)新水，滿足所需要的加濕量要求。

當(dāng)加濕罐中的礦物質(zhì)不斷增多和水的電導(dǎo)率過(guò)高時(shí)，電腦控制器及時(shí)打開(kāi)排污閥，排掉部分水及污物，加濕器再次自動(dòng)補(bǔ)水，從而確保加濕器工作在最佳狀態(tài)和達(dá)到延長(zhǎng)加濕罐壽命的目的。

電熱式加濕器是根據(jù)電流通過(guò)電阻產(chǎn)生熱，電能轉(zhuǎn)換成熱能的原理，電加熱管浸沒(méi)在水中，電熱管產(chǎn)生熱量，從而使水沸騰變成水蒸汽。

優(yōu)點(diǎn)：加濕迅速、均勻、穩(wěn)定;不帶水滴、不帶細(xì)菌;節(jié)省電能，裝置簡(jiǎn)單，沒(méi)有噪聲;可以滿足室內(nèi)相對(duì)濕度波動(dòng)范圍≤±3%的要求。

缺點(diǎn)：耗電量大，運(yùn)行費(fèi)高;不使用軟化水或蒸餾水時(shí)，內(nèi)部易結(jié)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(zhuǎn)換成機(jī)械能，向水中發(fā)射1.7MHz 超聲波。水表面在空化效應(yīng)作用下，產(chǎn)生直徑為3-5μm的超微粒子。水霧粒子與氣流進(jìn)行熱濕交換， 對(duì)空氣進(jìn)行等焓加濕。

優(yōu)點(diǎn)：體積小，加濕強(qiáng)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(diǎn)：可能帶菌，噴嘴易堵塞（對(duì)水未進(jìn)行有效的過(guò)濾時(shí)），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(diào)節(jié)設(shè)備，可對(duì)空氣進(jìn)行加熱、冷卻、加濕及減濕等多種處理。噴水室是利用細(xì)小水滴使空氣與水進(jìn)行熱濕交換，以實(shí)現(xiàn)多種空氣處理過(guò)程。

優(yōu)點(diǎn)：能夠?qū)崿F(xiàn)多種空氣處理過(guò)程，耗金屬量少和容易加工，加濕量大，可以利用循環(huán)水;裝置簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)低，穩(wěn)定、可靠。

缺點(diǎn)：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(duì)于電池工廠中的正負(fù)極片庫(kù)、正負(fù)極碾壓、剪切車間等濕度要求不高于20%的10萬(wàn)級(jí)潔凈區(qū)，車間濕度控制采用單轉(zhuǎn)輪機(jī)組，機(jī)組段體設(shè)置包括：初效新風(fēng)段+一次表冷段+一次回風(fēng)段+中效過(guò)濾段+轉(zhuǎn)輪除濕段+二次回風(fēng)段+風(fēng)機(jī)段 +后表冷段+后加熱段+亞高效過(guò)濾段+出風(fēng)段。

房間換氣次數(shù)12-15次，10-15Pa微正壓。干燥機(jī)組均布置在空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)，干燥間送風(fēng)口采用方形散流器，送風(fēng)口均自帶調(diào)節(jié)風(fēng)閥，回風(fēng)口采用潔凈板制作的回風(fēng)柱，氣流組織為上送風(fēng)下回風(fēng)。

對(duì)于電芯研發(fā)干燥間、注液車間及卷繞車間等要求濕度不高于1%的10萬(wàn)級(jí)潔凈區(qū)，車間濕度控制采用雙轉(zhuǎn)輪機(jī)組，機(jī)組段體設(shè)置包括：初效新風(fēng)段+一次表冷段+中效過(guò)濾段+轉(zhuǎn)輪除濕段+回風(fēng)段+二次表冷段+風(fēng)機(jī)段+中效過(guò)濾段+轉(zhuǎn)輪除濕段+風(fēng)機(jī)段+后表冷段+后加熱段+亞高效過(guò)濾段+出風(fēng)段。

干燥機(jī)組均布置在空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)，干燥間送風(fēng)口采用方形散流器，送風(fēng)口均自帶調(diào)節(jié)風(fēng)閥，回風(fēng)采用潔凈板制作的回風(fēng)柱，氣流組織為上送風(fēng)下回風(fēng)。送風(fēng)管采用鍍鋅鐵皮制作，法蘭連接，回風(fēng)管采用δ=1.2mm不銹鋼板滿焊連接，防止漏風(fēng)。

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(nèi)有一定的濕度，一般需要保證相對(duì)濕度在30%～70%。為滿足濕度要求，冬季送熱風(fēng)時(shí)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(jīng)濟(jì);濕膜加濕容易滋生細(xì)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(dá)95%以上，加濕迅速均勻，但是必須有蒸汽系統(tǒng)，很多項(xiàng)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(jīng)耐高壓輸送管線由專業(yè)噴嘴將其霧化，使其能夠迅速?gòu)目諝庵形諢崃客瓿善U(kuò)散，從而完成空氣加濕、降溫的目的。單機(jī)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(shí)，一般需要先對(duì)空氣進(jìn)行加熱處理，在通過(guò)等焓加濕處理到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，再送進(jìn)車間。

3.3機(jī)械裝配車間夏季濕度控制

機(jī)械裝配車間一般要求在夏季溫度≤26℃，濕度≤60-70%，這個(gè)濕度要求并不苛刻，但是由于工業(yè)廠房密閉性不好，大門(mén)經(jīng)常開(kāi)啟，工藝排風(fēng)較多，尤其是位于南方的空調(diào)廠房，在梅雨季節(jié)室外濕度經(jīng)常高于90%，因此僅設(shè)置表冷器的一次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，此時(shí)并無(wú)法保證濕度≤60-70%，需要在設(shè)計(jì)時(shí)就提前采取措施。

某機(jī)械裝配車間環(huán)境夏季要求溫度≤28℃，濕度≤65%，車間空調(diào)采用雙風(fēng)機(jī)空調(diào)機(jī)組，過(guò)渡季全新風(fēng)運(yùn)行，夏季及冬季最小新風(fēng)比一次回風(fēng)運(yùn)行，車間氣流組織上送上回?？照{(diào)機(jī)組段位包括：回風(fēng)段+回風(fēng)機(jī)段+排風(fēng)段+新風(fēng)段+過(guò)濾段+加熱段+表冷段+送風(fēng)機(jī)段+送風(fēng)段。

項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)了車間溫度滿足設(shè)計(jì)要求，但濕度遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值的情況，因此根據(jù)實(shí)際情況對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的控制和運(yùn)行進(jìn)行了改造，改造方案如下：

對(duì)其中三臺(tái)空調(diào)機(jī)組的自控系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加一個(gè)“除濕”運(yùn)行模式。濕度較高的季節(jié)，這三個(gè)空調(diào)機(jī)組按“除濕”模式運(yùn)行，車間相對(duì)濕度目標(biāo)值65%，當(dāng)車間濕度高于63%時(shí)，回風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，新風(fēng)閥和排風(fēng)閥關(guān)閉，混風(fēng)閥全開(kāi)，風(fēng)機(jī)變頻，均按最小風(fēng)量運(yùn)行，開(kāi)啟蒸汽電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度，使車間溫度升高，相對(duì)濕度不高于65%，當(dāng)送風(fēng)溫度升至40℃時(shí)，增加送風(fēng)機(jī)和回風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，使送風(fēng)溫度穩(wěn)定在40℃，使車間相對(duì)濕度不高于65%;當(dāng)車間相對(duì)濕度低于55%時(shí)，首先減小送風(fēng)機(jī)和回風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，使送風(fēng)溫度穩(wěn)定在40℃，當(dāng)風(fēng)量減小至最小風(fēng)量時(shí)，根據(jù)車間相對(duì)濕度調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，降低送風(fēng)溫度，使車間相對(duì)濕度不低55%，直至電動(dòng)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，當(dāng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉后，關(guān)閉回風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)。

四、結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)常見(jiàn)的濕度控制方法進(jìn)行了介紹，并結(jié)合案例對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的有關(guān)工業(yè)廠房室內(nèi)空氣的加濕、除濕設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了分析總結(jié)，望對(duì)有濕度控制要求的工藝廠房進(jìn)行通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)提供借鑒和參考。

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【5】中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部.鋰離子電池工廠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).北京 ： 中國(guó)計(jì)劃出版社，2019

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