一种高原太阳能湿膜恒温加湿方法及装置

1.本发明涉及高原地区恒温加湿技术领域，特别涉及一种高原太阳能湿膜恒温加湿方法及装置。


背景技术：

2.高原降雨量稀少，蒸发量大，空气含水量较少，导致空气异常干燥。其中，青藏高原西北部，平均相对湿度在29％到40％之间，拉萨冬季相对湿度甚至低于10％，高原人群常因此喉咙干痒、鼻子出血、皮肤紧皱起皮等。冬季时，由于室内采暖使得空气温度升高，导致室内空气更加干燥，严重影响了室内人员的工作效率和睡眠质量。
3.近年来市场上涌现各类型的加湿设备，比如电热加湿器，虽然技术简单，但耗能大，并不利于缓解目前能源紧张的形势，且具有烧干的风险；超声波加湿器虽然体积小，应用范围广，但是其水雾颗粒大，且含有大量的水垢和细菌，危害人体健康；而湿膜加湿器冬季加湿时常需要采用电热丝对空气进行加热，避免空气发生等焓加湿过程空气降温带来的“冷风”感，避免引起室内人员的不适问题，这无疑会增加电能的消耗，否则需要限制湿膜加湿器在冬季对人员所在区的应用，但湿膜本身具有雾化完全、结构简单、宜维修等优点。
4.综上所述，如何解决湿膜冬季加湿带来的“冷风”和“高能耗”问题，是利用湿膜冬季加湿，改变高原干燥状况的关键。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高原太阳能湿膜恒温加湿方法及装置，该装置及方法改变了传统湿膜冬季等焓加湿降低空气温度的方式，解决传统湿膜在冬季加湿带来的“冷风”问题；同时解决传统湿膜冬季加湿时，需消耗电能加热，以及表面易滋生细菌的问题，从而为高原人群室内提供一个节能、高效、健康的湿环境。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
7.一种高原太阳能湿膜恒温加湿装置，包括设置在室外的吸热水箱、室内的箱体1以及循环水泵；吸热水箱利用太阳辐射或者箱体1通过换热盘管获取热源，利用循环水泵提供动力将热水输送至箱体1内，制取湿润的空气，为室内加湿。
8.所述吸热水箱包括u形保温箱24和玻璃柱21，所述玻璃柱21由外玻璃壳22和内玻璃壳23两端密封组成，外玻璃壳22和内玻璃壳23之间抽成真空，内玻璃壳23的表面镀吸热膜，吸热膜厚度为3mm的金属氧化物，用于吸收太阳辐射热量，为玻璃柱21内水体加热。
9.所述玻璃柱21的上方开口部分嵌入u形保温箱24，u形保温箱由聚氨酯材料制作的橡胶制成，总长度30cm，厚度约为2mm，套在玻璃柱21外部，u形保温箱24下端距离玻璃柱21上端10cm；u形保温箱24顶部距离玻璃柱21上端开口处25cm，为获得的热水保温；为获得的热水保温，玻璃柱21内加热产生的气体，从排气管26排出，排气管26设置在u形保温箱24顶部；温度传感器25设置在吸热水箱内部用于测量吸热水箱内的水温，吸热水箱通过第一供水管31将高温热水输送到室内，吸热水箱内部设置有浮球阀27，浮球阀27与第一电动进水
阀30电连接，第一电动进水阀30设置在自来水管道28上，自来水管道28上安装有软化装置29，软化装置29为钠离子交换树脂，采用钠离子将水中的钙镁离子置换出来。
10.所述室内的箱体1包括上层箱体2和下层箱体3，上层箱体2和下层箱体3通过分隔板4分割开，所述上层箱体2的顶部焊接有固定装置37，第三供水管36固定在固定装置37下部，并在第三供水管底部安装洒水喷头38，将水喷至下方的湿帘6上，形成高温热水水膜；所述湿帘6由复合型湿膜材料构成，形状为矩形，通过由不锈钢组成的圆柱形湿膜固定装置7进行固定。
11.所述上层箱体2后侧面固定风机8，用于将室内空气在风管46进口经空气过滤器47过滤，送达湿帘6与洒水喷头38喷下的高温热水接触后，获得湿润的空气，湿润的空气经过风机8对面的出风口51送至室内；所述风机8为3级可调防腐轴流风机。
12.所述风管46内安装消声器48对循环空气进行降噪，湿度传感器49用于对风管46内的空气进行湿度检测，用于调节风机8转速的大小。
13.所述出风口51内采用可调百叶49，对室内产生的风场进行调节。
14.所述上层箱体2底部设有换热盘管10；所述换热盘管10为蛇形管道，水平布置，材料为换热性能较高pert薄软管；换热盘管10两端的进水口11和出水口12上的接口13，连接家中太阳能热水器管道或热水管网，通过换热盘管10换热给周围的液体加热，制取高温液体，且位于上层箱体2底部的液体5上设有浮球阀9，检测液面水位，控制系统补水，液面底部设有排水管14，排水管14上设有排水阀15，便于设备排放更换液体5；其中，所述液体5为软化后的自来水。
15.所述分隔板4上设置有小孔，小孔的孔径稍多于重力热管19，小孔内部边缘固定有橡胶卡环20，方便固定重力热管。
16.所述下层箱体3中设有重力热管19，所述重力热管19形状为上下弧形的圆柱体，竖直布置，橡胶卡环20固定在距离重力热管19顶部1/3处；重力热管19通过橡胶卡套20固定在分隔板4的小孔上；所述热管19一部分位于上层箱体2内液体的底部，另一部分位于下层箱体3的污水槽16内，污水槽16两端设有污水进水口17和污水出水口18，生活废热水从污水口17进入，在污水槽16中通过重力热管19换热为上层箱体2内的液体加热，之后从污水出水口18经管道连接至下水道内；其中，所述污水槽16为由不锈钢材料构成的矩形通道，污水槽16底部距离重力热管19底部约15mm，左右测和下部均设有泡沫保温。
17.第一循环水泵43设置在第一供水管31的水平管路中，通过单向电动阀44和液体5相通，且距离液体5底部2/5处。
18.第二循环水泵34设置在第二供水管33的水平管路中，通过第二电磁进水阀35后，与上层箱体2顶部的第三供水管36相连。
19.第二循环水泵34进水端通过第二供水管33、热水电动换向阀32和第四供水管39后连接换热盘管10的出水口12侧，第二循环水泵34出水端经过第二电磁进水阀35后，到达水平安装的第三供水管36内，经洒水喷头38将热水喷至湿帘6上，为室内空气加湿。
20.一种高原太阳能湿膜恒温加湿装置的使用方法，包括以下步骤；
21.室外吸热水箱的水温无法满足要求时，第一循环水泵43启动，负责给上层箱体2补充液体，此时的吸热水箱的作用是储水；上层水箱2中液体5低于设定水位时，浮球阀9控制第一循环水泵43启动，热水电动换向阀32此时处于关闭状态，第一供水管31延伸到玻璃柱
21底部抽水，经电动单向阀44将水送至上层箱体2底部，给蒸发的液体5补给水量，达到水位要求后浮球阀9控制第一循环水泵43关闭，完成补水过程；
22.第二循环水泵34此时进行室内热水循环，第二循环水泵34一端通过第二供水管33、热水电动换向阀32和第四供水管39后连接换热盘管10的出水口12侧，抽取高温热水，避免与补给水形成不良循环，第二循环水泵34另一端通过第三供水管36后，经洒水喷头38将热水喷至湿帘6上，为室内空气加湿；
23.室外吸热水箱水温满足要求时，温度传感器25控制热水电动换向阀32与第一供水管31连通，关闭与第四供水管39的连通，第三电动进水阀42关闭，第二循环水泵34一端通过第一供水管31连接至玻璃柱21底部，抽取高温热水，经过热水电动换向阀32和第二供水管33，送至第三供水管36，经洒水喷头29将热水喷至湿帘6上，为室内空气加湿。
24.本发明的有益效果：
25.1、消除了传统湿膜冬季加湿带来的“冷风”感问题：将喷在湿膜上面的水提前通过太阳辐射或者换热盘管和热管加热，使其温度高于室内温，使得空气在加湿时，热水吸取自身温度，并不会吸取空气的温度，达到空气加湿时不被降温的目的，克服了湿膜冬季加湿带来“冷风”的问题，使得吹出的空气更加舒适。
26.2、高效节能：结合高原当地太阳辐射强的特点，充分利用太阳能资源为吸热水箱内的水加热，吸热水箱下层内玻璃壳表面镀高效吸热膜，上层采用u形保温箱，提高吸热效率和保温效果。当室外太阳辐射无法满足要求时，室内采用换热盘管给水体加热。
27.3、一箱多用：吸热水箱不仅可以吸收太阳辐射热，而且可以储水保温，延长热水保温时长。
28.4、采用重力热管技术，增加对废热的利用效率：室内采用了热管技术，上部和上层箱体相通，热管下部吸收生活中各种废弃热水的热量，热管上部为上层箱体内的水加热，增加对废热的利用，使系统更节能。
29.5、智能化调节，增加加湿效率。随着风速适当增大，热质交换系数增大，加湿效果会提高。对于空气循环中的风机采用三级可调，且在风管内安装湿度传感器，湿度传感器感受空气湿度，自动调整风机转速，改变空气流速，提高室内加湿效率。
30.6、噪声低：加湿装置采用两个风机，风机采用橡胶连接固定在上层箱体上，并在风管道安装消声器，避免震动和噪声对室内人员工作和休息产生影响。
31.7、个性化送风设置：出风口采用可调百叶，室内人员根据需求，可自行调节湿润空气的出口方向，避免了直吹带来的不舒适感。
32.8、具有杀菌作用：在透明玻璃水箱和上层箱体的水体中加入相应的药物，可以达到杀菌的作用，特别是冬季，湿膜上的水对空气过滤可以消灭部分病毒；同时控制水体内的ph值，防止滋生藻类生物。
33.9、采用复合型湿膜新型材料，抑制霉变和细菌滋生：湿膜材料采用复合型湿膜，其具有金属湿膜清洗方便，不易霉变和滋生细菌，使用寿命长，膜体含水率高，加湿效果好的优势。
34.11、湿膜优势：湿膜加湿器有净化空气的作用，在加湿的同时对空气进行净化，并且不会出现“白粉”现象污染空气；该湿膜加湿器无水雾，不会产生再凝结和结露现象。装置中只有风机和水泵消耗少量电能，有显著节能效果。
附图说明
35.图1是本发明的太阳能湿膜恒温加湿装置正视图。
36.图2是本发明太阳能湿膜恒温加湿装置室内箱体侧视图。
37.图3是本发明太阳能湿膜恒温加湿装置箱体加湿结构示意图。
38.图4是本发明太阳能湿膜恒温加湿装置吸热水箱结构示意图。
39.图中的标号为：1-箱体、2-上层箱体、3-下层箱体、4-分隔板、5-液体、6-湿膜、7-湿膜固定装置、8-风机、9-浮球阀、10-换热盘管、11-进水口、12-出水口、13-接口、14-排水管、15-排水阀、16-污水槽、17-污水进水口、18-污水出水口、19-热管、20-橡胶卡环、21-真空电动玻璃柱、22-玻璃外壳、23-玻璃内壳、24-u形保温箱、25-温度传感器、26-排气管、27-浮球阀、28-自来水管、29-软化装置、30-第一电磁进水阀、31-第一供水管、32-热水电动换向阀、33-第二供水管、34-第二循环水泵、35-第二电磁进水阀、36-第三供水管、37-固定装置、38-洒水喷头、39-第四供水管、40-回水阀、41-回水管、42-第三电磁进水阀、43-第一循环水泵、44-电动单向阀、45-墙体、46-风管、47-空气过滤器、48-消声器、49-湿度传感器、50-橡胶接口、51-出风口、52-可调百叶。
具体实施方式
40.下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
41.本发明的太阳能湿膜恒温加湿方法，包括利用太阳辐射或其他热源加热，获得温度高于室内空气的高温热水，通过管路送到湿膜上部，水在重力的作用下沿湿膜向下渗透，水被湿膜吸收形成均匀的水膜。干燥的空气通过湿膜时，水分子充分吸收自身的热量而汽化、蒸发，使空气的湿度增加，形成湿润的空气。该方法改变了传统湿膜等焓加湿的过程，采用升温加湿，不仅可以获得湿润的空气，而且可以保证空气的温度不会降低，解决了传统湿膜等焓加湿空气温度降低导致“冷风”而冬季无法应用的问题。结合图1-4，该装置采用太阳能湿膜恒温加湿方法对室内进行加湿。
42.本发明公开了一种太阳能湿膜恒温加湿装置包括设置在室外的吸热水箱、室内的箱体1以及循环水泵。吸热水箱利用太阳辐射或者箱体1通过换热盘管获取热源，利用循环水泵提供动力将热水输送至箱体1内，制取湿润的空气，为室内加湿。其中：
43.吸热水箱由一个聚氨酯材料构成的u形保温箱24和玻璃柱21组成；玻璃柱21由外玻璃壳22和内玻璃壳23两端密封组成，外玻璃壳22和内玻璃壳23之间抽成真空，内玻璃壳23的表面镀吸热膜，吸收太阳辐射热量，为玻璃柱内水体加热；玻璃柱21的上方开口部分嵌入u形保温箱24的开口端，为获得的热水保温。玻璃柱21内加热产生的气体，从排气管26排出；温度传感器25测量吸热水箱内的水温，满足要求时，通过第一供水管31输送到室内。玻璃柱21内水位低于设定水位后，浮球阀27控制第一电动进水阀30打开，使自来水通过自来水管道28经软化装置29软化后送到玻璃柱21内，以便及时补水。
44.室内箱体1包括分隔板4、上层箱体2和下层箱体3，分隔板4上方为上层箱体2，下方为下层箱体3。上层箱体2的顶部焊接有固定装置37，第三供水管36固定在固定装置37下部，并在第三供水管安装洒水喷头38，将水喷至下方的湿帘6上，形成高温热水水膜。
45.上层箱体2侧面固定的风机8作为动力，将室内空气在风管46进口经空气过滤器47过滤，送达湿帘6与高温热水接触进行升温加湿，获得湿润的空气，湿润的空气经过风机8对
面的出风口51送至室内。其中，风管46内安装消声器48对循环空气进行降噪，湿度传感器49风管内的空气进行湿度检测，以便及时调节风机8转速的大小。出风口51内采用可调百叶49，对出风口48的方向进行调节，避免直吹带来不适。
46.进一步的，上层箱体2底部设有换热盘管10，换热盘管10两端的进水口11和出水口12上的接口13，连接家中太阳能热水器管道或热水管网，通过换热盘管10换热给周围的液体加热，制取高温热水，且液体5上设有浮球阀9，检测液面水位，控制系统补水。液面底部设有排水管14，排水管14上设有排水阀15，便于设备更换液体5。
47.下层箱体3中设有重力热管19，通过橡胶卡套20固定在分隔板4的小孔上，热管19一部分位于上层箱体2内液体的底部，一部分位于下层箱体3的污水槽16内，污水槽16两端设有污水进水口17和污水出水口18，生活废热水从污水口17进入，在污水槽16中通过重力热管19换热为上层箱体2内的液体加热，之后从污水出水口18经管道连接至下水道内。
48.室外吸热水箱的水温无法满足要求时，第一循环水泵43启动，负责给上层箱体2补充液体，此时的吸热水箱的作用是储水。上层水箱2中液体5低于设定水位时，浮球阀9控制第一循环水泵43启动，第一供水管31的热水电动换向阀24处于关闭状态，第一供水管31延伸到玻璃柱21底部抽水，经电动单向阀44将水送至上层箱体2底部，给蒸发的液体5补给水量，达到水位要求后浮球阀9控制第一循环水泵43关闭，完成补水过程。
49.进一步，第二循环水泵34此时进行室内热水循环。第二循环水泵34一端通过第二供水管33、热水电动换向阀32和第四供水管39后连接换热盘管10的出水口12侧，抽取高温热水，避免与补给水形成不良循环。第二循环水泵34另一端通过第三供水管36后，经洒水喷头38将热水喷至湿帘6上，为室内空气加湿。
50.室外吸热水箱水温满足要求时，温度传感器25控制热水电动换向阀32与第一供水管31连通，关闭与第四供水管39的连通，第三电动进水阀42关闭。第二循环水泵34一端通过第一供水管31连接至玻璃柱21底部，抽取高温热水，经过热水电动换向阀32和第二供水管33，送至第三供水管36，经洒水喷头29将热水喷至湿帘6上，为室内空气加湿。
51.本发明主要用于高原低压、低湿地区室内干燥环境改善，以解决室内干燥问题，改善工作和睡眠环境，提高工作和生活质量。
52.本发明为解决传统的湿膜冬季等焓加湿降带来“冷风”的问题，采用高原太阳辐射或者换热盘管对喷在湿膜上的水提前预热，获得稍高于空气温度的高温热水，室内空气在与湿膜热水交换时，由于热水温度高于空气，发生升温加湿过程，从而保证空气在加湿的同时温度不被降低。
53.计算案例：
54.当水温高于空气干球温度时，发生升温加湿过程。此时水温高于空气温度，空气的水蒸气分压力没达到饱和，空气会被加热和加湿。水蒸发所需热量及加热空气的热量均来自于水本身，本计算本着简明、易懂的方法进行计算。
55.根据西藏民用自治建筑供暖通风设计规范《dbj540002-2016》，已知供暖主要房间温度18℃～24℃，风速不宜大于0.2m/s，《gb/t18883-2002》规定相对湿度30～60％。假设西藏拉萨冬季某住宅，空间为4m*5m*3m，室内供暖温度为20℃，相对湿度为10％，加湿后湿润空气温度为22℃，室内最终处理到空气相对湿度为60％，取新风量为80m3/h，新风温度由室内供暖设备处理后室内设计温度20℃，水的密度近似为1
×
103kg/m3，拉萨压力为
0.065290mpa。
56.1)湿膜加湿循环风量
57.室内供暖温度为20℃，相对湿度为10％，假定空气的密度不变为0.8kg/m3。
58.设定值：出风口温度为22℃，相对湿度为100％，与室内空气混合后认为空气温度不变仍为20℃，相对湿度为50％。
59.查阅焓湿图可得：
60.未加湿处理新风空气温度为20℃，相对湿度为10％，含湿量为d1＝2.2g/kg，ρ1＝0.774kg/m3；
61.加湿设备出风口温度22℃，相对湿度为100％，加湿后的空气含湿量d2＝26.3g/kg，ρ2＝0.758kg/m3；
62.混合后新风空气温度20℃，相对湿度为60％，混合室内空气后，含湿量d3＝13.7g/kg，ρ3＝0.769kg/m3。
[0063][0064]
式中：g-空气中水蒸气的质量流量(kg/h)
[0065]
q-处理的空气量(m3/h)
[0066]
d-所处理的空气的含湿量(g/kg)
[0067]
由空气中水蒸气的质量守恒：
[0068]g进-g
出
＝g
混
[0069]
式中：g
进-进入湿帘的空气中水蒸气的质量流量(kg/h)
[0070]g未-经湿帘处理后空气中水蒸气的质量流量(kg/h)
[0071]g出-室内混合后的空气中水蒸气的质量流量(kg/h)
[0072]
q3ρ3d
3-q1ρ1d1＝q2ρ2d2[0073]
80
×
0.769
×
13.7-80
×
0.774
×
2.5＝q
×
0.758
×
26.3解方程得风机进口风量为q＝34.5m3/h
[0074]
2)出风口面积大小：
[0075][0076]
式中：q-处理的空气量(m3/h)；
[0077]
v-风口风速(m/h)；
[0078]
可得：
[0079][0080]
由此可知出风口最小面积为0.42m2，因此取出风口面积为0.3m*0.4m
[0081]
则此时风速为：
[0082][0083]
即：
[0084]
满足西藏民用自治建筑供暖通风设计规范《dbj540002-2016》风速要求，且室内人群吹风感较小。
[0085]
3)蒸发水量
[0086][0087]
式中：w-加湿量(kg/h)；
[0088]
q-处理的空气量(m3/h)；
[0089]
ρ-空气密度(kg/m3)；
[0090]d2-处理后的空气含湿量(g/kg)；
[0091]d1-处理前的空气含湿量(g/kg)；
[0092]
k-安全系数，取1.1；
[0093][0094]
每小时所需水的容积:每小时所需水的容积:
[0095]
4)洒水喷头喷水温度
[0096]
根据能量守恒计算洒水喷头水温要求:
[0097]
洒水喷头总喷水量温度变化＝空气的吸热量 水分蒸发的吸热量
[0098]
假设：喷水的水量为50kg/h，查找相关参数知比热容为4.18kj/(kg
·
℃)，喷水加热后温度认为和处理后空气温度一致为22℃，水的汽化潜热取2393.1kj/kg，水的比热取1kj/(kg
·
k)。
[0099]
50
×
4.18
×
(t-22)
[0100]
＝0.783
×
2293.1 0.8
×
34.5
×
(22-20)
×1[0101]
解方程得t＝31℃。