4.1 空气加湿
在空调系统中，常将空气加湿设备布置在空气处理室（空调箱）或送风管道内，通过送风的集中加湿来实现对所服务房间的湿度调控。另一种情况是通过将加湿器装入系统末端机组或直接布置到房间内，以实现对房间空气的局部补充加湿。
空气加湿器很多，根据其加湿的机理可分为两大类：等温加湿过程和等焓加湿过程。
4.1.1 等温加湿过程
用外界热源产生的蒸汽来加湿空气，这类方法在图上是一等温加湿过程。
4.1.1.1 蒸汽喷管加湿
蒸汽喷管加湿是把低压蒸汽通过管子上的小孔，直接喷到空气中加湿空气的方法。蒸汽喷管可以放在空气处理室里，也可以放在需要加湿的地方。蒸汽喷管上开有2～3 mm的小孔，蒸汽在管网压力作用下，从这些小孔中喷出，混合到从蒸汽喷管周围流过的空气中去。为了使蒸汽能均匀地从管中喷出，喷管的长度宜小于1 m，孔间距大于或等于50 mm。每个孔喷出的蒸汽量用下式计算：
式中：g——每个孔喷出的蒸汽量，kg/h；
f——每个喷孔的面积，mm²；
p——蒸汽的工作压力（0.1 MPa），常取 p =0.1 MPa。
根据所需的加湿量，结合上式和具体安装条件即可确定喷管尺寸和喷孔数目与大小。蒸汽喷管虽然构造简单，容易加工，但喷出的蒸汽中带有凝结水滴，影响加湿效果的控制。为了防止蒸汽的冷凝水滴进入空气，通常采用称为“干蒸汽加湿器”的设备来加湿空气。
4.1.1.2 干蒸汽加湿器
干蒸汽加湿器的构造，如图9.14所示。为了防止蒸汽喷管中产生凝结水，蒸汽接管入口先进入外套，对喷管中的蒸汽加热、保温和防止其冷凝。由于外套的外壁直接与被处理的空气接触，所以外套内将产生少量凝结水并随蒸汽进入分离室。由于分离室断面大，使蒸汽减速，再加上惯性作用及分离挡板的阻挡，冷凝水被拦截下来。分离出凝结水的蒸汽经由分离室顶端的调节阀孔减压后，再进入干燥室，使残留在蒸汽中的水滴在干燥室中汽化，最后从小孔喷出的便是没有凝结水滴的干蒸汽。工作原理可分为进入，分离，排除三步。
图9.14 干蒸汽加湿器
4.1.1.3 电加湿器
电加湿器是直接用电加热水，产生蒸汽来加湿空气。根据工作原理的不同，目前使用的电加湿器主要有电热式和电极式两种，如图9.15所示。电热式加湿器是将管状电热元件置于水槽内制成的，如图9.15（a）所示，元件通电后加热水槽中的水，使之汽化，补水靠浮球阀自动调节，以免发生缺水烧毁现象。电极式加湿器是利用三根铜棒或不锈钢棒插入盛水的容器中作电极，如图9.15（b），当电极和三相电源接通后，电流从水中流过，水的电阻转化的热量把水加热产生蒸汽；电极式加湿器结构紧凑，加湿量易于控制，但耗电量较大，电极上易产生水垢和腐蚀，因此适用于小型空调系统。
图9.15 电加湿器
1—进水管；2—电极；3—保温层；4—外壳；5—接线柱；6—溢水管；7—橡皮短管；8—溢水嘴；9—蒸汽出口
电加湿器所需要的功率用下式确定：
式中：P——电加湿器的功率，kW；
W——蒸汽发生量，kg/s；
hq——蒸汽的焓值，kJ/kg；
tw——进水温度，℃；
k——考虑结垢影响的安全系数，根据水质硬度的高低可取 =1.05～1.20。
电加湿器的加湿量易于控制，但是由于使用电能，运行费用高，通常仅用于加湿量小和房间相对湿度需要精确控制的场合。
4.1.1.4 红外线和PTC蒸汽加湿器
红外线加湿器主要由红外灯管、反射器、水箱、水盘及水位自动控制阀等部件组成。它使用红外线灯作热源，其温度高达2 200 ℃左右，箱内水表面在这种红外辐射热作用下产生过热蒸汽并用以加湿空气。单台加湿量约2.2～21.5 kg/h，额定功率为2～20 kW，根据系统所需加湿量大小可单台安装也可多台组装。
这种加湿器运行控制简单，动作灵敏，加湿迅速，产生的蒸汽无污染微粒，但耗电量大，价格较高。它很适宜用于对温湿度控制要求严格、加湿量不大的中、小型空调或洁净空调系统。
PTC蒸汽加湿器由PTC热电变阻器（氧化陶瓷半导体）、不锈钢水槽、给水装置、排水装置、防尘罩及控制系统组成。PTC氧化陶瓷半导体发热元件直接放入水中，通电后水即被加热而产生蒸汽。这种发热元件在一定电压下随温度的升高电阻加大。加湿器进行初期水温较低，起动电流为额定电流的3倍，水温很快上升，5s后即可达到额定电流并产生蒸汽。日本定型产品PTC蒸汽发生器加湿量约2～80kg/h，额定功率为1.5～60kW。适宜于温湿度要求较严格的中、小型空调系统中。
4.1.2 等焓加湿过程
用水吸收空气中的显热蒸发来加湿空气，这类方法在图上是一等加湿过程。
4.1.2.1 高压喷雾加湿器
高压喷雾加湿器是利用水泵将水加压到0.3～0.6 MPa（表压）进行喷雾，可获得平均粒径为小于15 μm的水滴，在空气中吸热汽化。优点是加湿量大，噪声低，运行费用低；缺点是有水滴析出，使用未经软化的水会出现“白粉”现象（钙、镁等杂质析出）。
4.1.2.2 超声波加湿器
超声波加湿器的原理是电能通过压电换能片转换成机械振动，向水中发射1.7 MHz的超声波，使水表面直接雾化，雾粒直径约为3～5 μm，水雾在空气中吸热汽化，从而加湿空气。超声波加湿装置要求使用软化水或去离子水，以防止换能片结垢，而降低加湿能力。
超声波加湿的优点是：雾化效果好，运行稳定可靠，噪声低，反应灵敏而易于控制，雾化过程中还能产生有益人体健康的负离子，耗电不多（约为电热式加湿的10%左右）。其缺点是价格贵，对水质要求高。目前国内空调机组尚无现成的超声波加湿段，但可以把超声波加湿装置直接装于空调机组中。(www.xing528.com)
4.1.2.3 透湿膜加湿器
透湿膜加湿是采用化学工业中膜蒸馏原理的加湿技术。水与空气被疏水性的微孔湿膜（透湿膜，如聚四氯乙烯微孔膜）隔开，在两侧不同的水蒸气分压差的作用下，水蒸气通过透湿膜传递到空气中而加湿空气；水、钙、镁和其他杂质等则不能通过。透湿膜加湿器通常是由用透湿膜包裹的水片层及波纹纸板叠放在一起组成，空气在波纹纸板间通过，如图9.16所示。这种加湿设备结构简单，运行费用低，节能，实现干净加湿（无“白粉”现象）。
图9.16 透湿膜加湿原理图
4.2 空气减湿
4.2.1 冷冻除湿机
冷冻除湿机有立式和卧式、固定式和移动式、带风机和不带风机等形式，品种、规格都较齐。国内产品的除湿能力约0.3～160 kg/h，生产厂家通常提供有产品的性能曲线，便于工程选用。
冷冻除湿机实际上是一个小型的制冷系统，如图9.17所示，是其工作原理示意图，减湿过程中空气的状态变化，如图9.18所示。
图9.17 冷冻除湿机工作原理图
图9.18 冷冻除湿机中空气的状态变化
需要减湿的状态1的空气先经过制冷系统的蒸发器，由于蒸发器的表面温度低于空气的露点温度，空气被降温、减湿到状态2。经过降温减湿后的空气离开蒸发器后，又进入冷凝器。由于冷凝器里是来自压缩机的高温高压气态制冷剂，与低温空气进行热交换后，高温高压的气态制冷剂被冷凝成低温高压的液态制冷剂，同时空气也被加热，温度升高到状态3。这时，虽然空气的温度较高，但含湿量已很小，达到了减湿的目的。
从上面的分析可知，除湿机的送风温度较高，适用于既需要减湿又需要加热的场所。否则，也可能满足不了房间的温、湿度要求。当相对湿度低于50%或空气的露点温度低于4 ℃时不可使用。冷冻减湿机的优点是除湿效果显著，使用方便。缺点是投资和运行费用较大。
冷冻除湿机的减湿量为：
蒸发器提供的制冷量为：
式中：W——冷冻除湿机的减湿量，kg/s；
QO——冷冻除湿机的制冷量，kJ/kg；
G——减湿处理的空气量，kg/s。
由式（9-9）和（9-10）可得到：
式中：ε——空气减湿过程的热湿比。
结果表明，冷冻除湿机的减湿量，与其制冷量成正比，与减湿过程的热湿比成反比。因此，每台冷冻除湿机的实际减湿量是随着所处理空气的状态不同而变化。
4.2.2 固体吸湿剂减湿
4.2.2.1 固体吸湿剂减湿及其减湿原理
某些固体材料具有较强的吸水性，这类固体吸湿材料称为固体吸湿剂。固体吸湿剂按其吸湿原理可分为两类。一类固体吸湿材料，如硅胶、活性炭等，它们本身具有大量的微小孔隙，形成大量的吸附表面。而且这些吸附表面上的水蒸气分压力比周围空气中的水蒸气分压力低，因此可以从空气中吸收水分，这类固体材料的吸湿过程是个纯物理过程。另一类固体吸湿材料，如氯化钙、生石灰等，它们表面上的水蒸气分压力也比周围空气中的水蒸气分压力低，因而，也可以吸收空气中的水分，但这类固体材料在吸收了水分之后，本身也变成了含有多个结晶水的水化物，如果继续吸收水分，还会从固态变成液态.这类材料的吸湿过程是个物理化学过程。
空调工程中，常用的固体吸湿剂是硅胶和氯化钙。硅胶（SiO2）是一种无毒、无臭、无腐蚀性的半透明晶体，它不溶于水，孔隙率可达到70%左右，吸湿能力为自重的30%左右。硅胶吸附达到饱和后，可用150～180℃的热风再生，把吸收的水分蒸发掉。再生后的硅胶仍可重新使用。但析湿能力有所下降。氯化钙是白色的多孔结晶体，吸湿后潮解，最后变成氯化钙溶液。氯化钙对金属有较强的腐蚀作用，使用起来不如硅胶方便，但是它价格便宜，吸湿能力较强，加热再生后可重复使用，所以用的也较多。常用的氯化钙有工业纯氯化钙和无水氯化钙两种，工业纯氯化钙的纯度在70%左右，吸湿量为自身质量的15%左右，因此，使用工业纯氯化钙较为经济。
4.2.2.2 固体吸湿剂的减湿方法
固体吸湿剂的减湿方法分为静态和动态两种。静态吸湿是让潮湿的空气呈自然状态与吸湿剂接触吸湿；动态吸湿则是让潮湿空气在风机的强制作用下，通过固体材料层，达到减湿目的。硅胶吸湿通常采用静态方法，这种吸湿方法简单，但吸湿过程慢，通常用于局部小空间，如仪器箱，密闭工作箱等。使用时可将硅胶平铺在玻璃器皿里或放在纱布口袋中部。
氯化锂转轮除湿机是以氯化锂为吸湿剂的一种干式动态吸湿设备。它利用一种特制的吸湿纸来吸收空气中的水分。吸湿纸是以玻璃纤维滤纸为载体，将氯化锂等吸湿剂和保护加强剂等液体均匀地吸附在滤纸上烘干而成。存在于吸湿纸里的氯化锂的晶体吸收水分后生成结晶体而不变成水溶液。常温时吸湿纸表面水蒸气分压力比空气中蒸汽分压力低，所以能够从空气中吸收水蒸气；而高温时吸湿纸表面水蒸气分压力比空气中水蒸气分压力高，所以又将吸收的水蒸气释放出来。如此反复达到除湿的目的。
如图9.19所示，是氯化锂转轮除湿机的基本工作原理图。这种转轮除湿机是由吸湿转轮、传动机构、外壳、风机、再生加热器（电加热器或热煤为蒸汽的空气加热器）等组成。转轮是由交替放置的平吸湿纸和压成波纹的吸湿纸卷绕而成。在转轮上形成了许多蜂窝状通道，因而也形成了相当大的吸湿面积。转轮的转速非常缓慢，潮湿空气由转轮的3/4部分进入干燥区，再生空气从转轮的另一端1/4部分进入再生区。氯化锂转轮除湿机吸湿能力较强，维护管理方便，是一种较为理想的吸湿机。在空调系统中应用广泛。
此外，还有加热通风降湿和液体吸湿剂减湿等方法。
图9.19 氯化锂转轮除湿机工作原理图
1—风机电机；2—再生空气过滤器；3—再生空气入口；4—再生风机叶轮；5—处理空气入口；6—转轮减速传动装置；7—除湿转轮；8—再生空气加热器；9—除湿机外壳；10—处理风机叶轮；11—处理空气过滤器；12—处理空气入口；13—再生空气入口
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