家用加湿器适用面积计算及测试方法探讨

刘清龙 姜国璠 王丽娟（珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 509070）

1 引言

目前市面上的加湿器产品一般只标注加湿量、水箱容量、电压及功率指标，现有加湿器标准对于适用面积未有明确要求，导致消费者无法正确选择合适的加湿器。本文通过理论推导及实验验证，结合国内房屋现状给出了家用加湿器加湿量与适用面积的对应关系，以供消费者和空调设计者选择参考。

2 加湿过程理论分析

根据热、湿交换理论，加湿方式分为两种。一种是等温加湿，利用外界热源产生蒸汽，然后再将蒸汽混到空气中来进行加湿，此类方式在焓湿图上表现为等温过程；另一种是等焓加湿，由水吸收空气中的显热而蒸发加湿，空气失去显热而得到水的气化潜热，这类方式在焓湿图上表现为等焓过程。目前采用等温加湿的家用加湿器有：电极式加湿器、电加热式加湿器、光波式加湿器。采用等焓加湿的家用加湿器有：超声波加湿器、离心式加湿器、蒸发式加湿器。

根据加湿原理、焓湿图及能量守恒定律，加湿器加湿量计算公式如下：

其中：W—有效加湿量，增加到空气中的水蒸汽质量，单位为g；

η—加湿转化率。理论上为1，实际上会受环境条件或加湿方式影响；

m1—加湿前加湿器整机的重量(g）；

m2—加湿后加湿器整机的重量(g)；

S—加湿器所在房间的面积(m2)；

h—加湿器所在房间的高度，单位(m)；

ρ—空气密度（kg/m3），一般取1.2；

d1—加湿前加湿器所在房间的空气含湿量(g/kg)；

d2—加湿后加湿器所在房间的空气含湿量(g/kg)。

3 加湿器适用面积理论分析

研究表明，环境相对湿度为50%～60%时对人体健康最有利，人体的抗病能力也最强。我国北方冬季室内相对湿度一般都比较低，约在15%～35%之间。我们将初始工况设置为环境温度20℃±5℃，环境相对湿度为30%±5%。因此，我们将加湿器适用面积定义为：加湿器在温度20℃，相对湿度30%的初始工况下工作1h后环境相对湿度提升至60%对应的房间面积。

根据公式1我们可以得出加湿器适用面积公式如下：

其中：η—加湿转化率；

m—加湿器加湿量；

h—加湿器所在房间的高度(m)，一般取2.8；

ρ—空气密度(kg/m3)，一般取1.2；

d1—环境温度20℃，湿度为30%RH，查焓湿图得d1=4.39g/kg；

d2—环境温度20℃，湿度为30%RH，查焓湿图得d2=8.83g/kg。

我们只需要知道加湿转化率η和加湿器的加湿量m即可推导出加湿器适用面积S适。其中η可根据公式1通过实验数据得出，加湿量m可以用加湿器的额定加湿量来代替。

4 实验及结果分析

4.1 实验条件及相关器材

实验室为8 4 m3的密闭房间，大小为6m*5m*2.8m（长*宽*高），长度方向用隔板密封隔开以调整测试面积，此次测试房间面积调整为15m2。实验室可自由调整环境湿度20%至90%, 温度-8℃至43℃。

准确度为±5%的湿度表，用于记录房间相对湿度。

格力DH40EB除湿机，用于加速房间除湿。

2台额定加湿量为300ml/h的超声波加湿器，1台额定加湿量为350ml/h的蒸发式加湿器。

4.2 实验方法及步骤

表1 实验数据及处理结果

在15m2的封闭室内进行实验，加湿前将工况调至环境温度20℃，湿度30%RH，加湿过程中，每隔10min记录一次室内空气的相对湿度、温度。为保证实验的准确性，进行了3次实验。先让加湿器预工作1h，然后试验时加湿器以最大加湿量状态工作。蒸发式加湿器的蒸发滤芯需进行24h预处理以达到最佳吸水性能。其中1号机和2号机为超声波加湿器，3号机为蒸发式加湿器。

4.3 加湿转化率η

根据公式1我们可以推导出η计算如下：

其中S取15m2，ρ取1.2kg/m3，h取2.8m，d2、d1可以通过焓湿图查到。实验数据及处理结果如表1所示。

从而我们可以算出

η=（69.27%+55.2%+61.6%+63.44%）/4=62.37%。

4.4 加湿器适用面积

根据前面计算，η取62.37%，查焓湿图得知：d2=8.83 g/kg ，d1=4.39 g/kg。

以额定加湿量为300ml/h的加湿器产品计算，加湿器适用面积S适计算如下：

S适=0.62*300/（2.8*1.2*（8.83-4.39））=12m2

从而推断超声波加湿器理论适用面积如表2所示。

4.5 结果讨论

根据文献，超声波加湿效率可以做到80%，蒸发式加湿效率可以做到100%，从实验数据可以看出目前加湿器的加湿转化效率为55.2%～69.27%左右。实验数据小于理论值的原因是：

（1）加湿器出雾口的风速。目前，家用加湿器出雾口风速一般为1.2～1.6m/s。加湿器出雾口出来的湿气大多聚集在加湿器附近，导致加湿器附近的湿度大于远处的湿度。我们在试验时也发现，加湿器连续工作2h后，地面上有明显的水珠。

表2 加湿器适用面积

表3 加湿器推荐适用面积

（2）实验室客观因素的影响。室内墙壁和设备吸湿量及室外空气渗入都会造成室内空气湿度不稳定。试验中应尽量减少设备数量及实验人数，以减少冷负荷等对空气湿度的影响。

需要指出的是，本实验结果对于消费者选择合适的加湿器具有理论指导意义，实际选用加湿器时还需结合房屋高低、室内通风情况（评估室外空气对室内湿度的影响）、房间的设备和人员情况（确定房间的散热量）、加湿器使用时离消费者的距离来确定。根据问卷调查，在室内温度24℃、相对湿度50%时，人体感觉最舒适。为此，笔者在实验结果基础上综合加湿器使用环境给出了家用加湿器加湿量与推荐适用面积的对比关系表，如表3所示。

5 结束语

本文通过理论推导及实验验证，结合加湿器实际使用环境给出了家用加湿器加湿量与适用面积的对应关系，以供消费者和空调设计者选择参考。在实验中我们发现，现有家用加湿器加湿转化率实际值比理论值低，后续我们在加湿器开发时需从结构设计、零部件选型优化等方面来提升加湿转换率。