空调加湿器技术概论

一种方法。换言之，即是将液态水汽化成为空气的组成成份。通称 “空气

加湿”。

一. 加湿工程之基本用词

在进入加湿工程概念前，须先了解相关的专有名词如下:

1.空气之组成：一般所谓空气，是一种气态混合物，包括了氮，氧，

二氧化碳，水蒸汽(湿度)，几种惰性气体，以及少量臭氧与微粒固体物质，

其有时亦被称作恒久大气物质。所有其中附着物质，不属于空气本质之内，

均称为污染物。而水蒸汽(湿度)为气体，与空气同样占有空间体积。空气

中水蒸汽的含量则随着地区及气候条件而不同，故大气湿度在接近水大量

聚集处最高(如下雨前后)，而干燥处则较低 (如沙漠区)，因此在自然状况

下，所有空气皆含有一定量之水蒸汽故实际上并无所谓的干空气(Dry Air)

存在。然而，干空气之概念在简化湿度计算上是非常有用的。

水蒸汽较干空气为轻，分子量约为其3/5，当强制暖湿空气从上头送

至一空间时，应留意此一特性。看得到的水雾，如天上的云，都是由超微

粒水滴(非水蒸汽)所组成，既然水重于空气为何云朵不会掉落下来呢?原因

是云中的每一超微粒水滴均被一层薄水蒸汽包围起来，这层薄水蒸汽正提

供足以让水滴停留在空中所需之浮力。

就HVAC 工程设计而言，空气仅被视为由干空气和水蒸汽两成份所组

成。干空气(Dry Air) 主要由氮(约78%体积)及氧(约20.9%)组成，剩下为

二氧化碳及其它稀有气体，氦，氖，氩等共同所组成。干空气由于比热很

低约0.3105～0.3210 kcal/m3 ℃，而1m3 之空气约重1.28kg 。所以，

热焓比较不随空气温度升降变化。然而，水蒸汽却是与温度变化息息相关，

甚至包括到相的改变(凝结成液态及固态)，因为水的比热为1kcal/kg℃，

蒸发潜热为586kcal/kg ( 在20℃一大气压下)。在这种相的变化，即有很

大的能量转换牵涉其中。这种变化的度量以及对各种空调问题的处理，工

程师有两项基本定律可以遵循着热力学与空气湿度测定法(测湿学)。热力

学是对热能转换及受其影响特质之研究，测湿学是对大气状况，尤其是与

空气相混之水份的测量与研究。

2.道尔顿分压定律：意指

A. 混合物中之任一气体之分压与该气体单独充满于相同空中之压力

相等

B.混合物之总压力等于各组气体压力之总和(Pa=P1+P2+P3+ ……)。

C. 水蒸汽(湿度)为气体，与干空气同样占有相同的空间体积，所以空

气为气体及水蒸汽之物性混合物故同样遵守道尔顿分压定律。

3.焓湿图(Psychrometric)：又称空气线图是一份介由热力学绘制，作

图而成。便于有关水蒸汽及温度变化之各种空调问题以作图方式，简单的

得到解答。

4.相对湿度 (Relative Humidity)：在一定温度及压力下，要描述空

气是干性或湿性时，所使用之名词。相对湿度，此一单位表示出一固定温

度下，空气中存在之水份量对空气中可以存在之水份量的比例，一般用百

分比表示。

5.绝对湿度(Absolute Humidity)：湿度的一种表示方式。即每公斤质

量的空气中所含的水蒸汽质量。常用单位为kgW/kgA 。

6.湿度比(Humidity Ratio)：湿空气中单位质量的干空气里所含的水

份质量。有时亦称为比湿度(Specific Humidity) 。常用单位为kg/kg Dry

Air。

7.含水率 (Specific Humidity)：又称比湿度。湿空气中水蒸汽质量

与干空气质量之此值- ( 皆以公斤(Kg) 为单位)，所以单位为kg/Kg 干空

气。

8.干球温度 (Dry Bulb Temperature)：空气之干球(DB) 温度为普通

的干球温度计所量之温度。当量测空气之DB 温度时，应遮住温度计之感

温球以降低直接辐射热之影响。

9.湿球温度(Wet Bulb Temperature)：湿球(WB) 温度为湿球温度计所

量之温度，湿球温度计为一般之温度计将感温球以湿纱布或湿囊包覆而成

之温度计。欲由湿球温度计读到准确值，须以清洁水浸湿纱布，并且在DB

温度下达近于饱和状态，且蕊周围之空气流速需保持5～10 米/秒(m/s) 之

间实际使用在静止空气中时，可在温度计之上端用绞链旋转以模拟所要求

之流速。当空气愈干燥，蒸发水份产生的冷却效果愈多，因此湿球温度就

会愈低。

10.平均辐射温度(Mean Radiant Temperature)：环境的平均黑体温度，

其数值为黑体表面的均匀温度，在该温度下，其表面的辐射强度与所观察

的平均强度相等。

11.露点(Dew- Point)：当温度降低时，气体混合物中水蒸汽开始凝结

的温度。

12.露点温度(Dew-Point Temperature)：露点温度为一种对应于湿度

比例及一定水份空气线图之饱和温度。换言之即水份在— 表面开始凝结之

表面温度。空气愈湿，露点温度愈高。反之空气愈干，露点温度愈低。

13.结露：空气处于非常潮湿状态，即成为相对湿度100%之饱和空气。

此状态下的空气，只要温度下降即可看见水滴产生的变化。此种现象称为

结露，俗称“冒汗”。刚开始结露的温度，亦称为空气的露点温度。例如：

从冷藏或冷冻库取出冰水果或汽水罐，罐子表面出现凝结水珠，此即为结

露；由于罐子周围潮湿空气被急速冷却至露点温度，水珠因而附着于冰冷

的罐子表面。

14.蒸汽的移动：水蒸汽为一种气体，亦遵循标准气体相关定律。如道

尔顿分压定律— 气体混合物之总压力，为各单独气体压力之总和。此代表

在水蒸汽与干空气混合物中，水蒸汽有其独立之蒸汽压力，并会由较高压

力区向较低压力区移动。此种移动不受空气移动影响，但会在相同移动方

向时加速达成。这种特性可利用在设计大空间加湿系统，或具有一组以上

空气分配系统时。此外，移动速度会受到两区域间之压差影响，压差愈大，

移动速率愈快。这一点在设计供建筑物或建筑物内部空间之加湿系统时至

为重要。因为在使用具有防水建筑材料时，须详加考虑，以免水份损失或

于结构或隔间材料形成结露，造成对材料之伤害。

15.潜热( Latent Heat )：〝潜〞代表〝隐藏〞，HVAC 的用法是指〝

相变化〞即溶化或凝固或蒸发(产生水蒸汽)时，温度不改变下的能量变化。

对水言，溶融需要每公斤80Kcal ，蒸发需要每公斤539Kcal 。这些数值

是在海平面大气压力为准，若压力改变，其值亦不同。每种物质有不同潜

热焓。

16.显热( Sensible Heat )：〝显〞代表〝可感觉〞。HVAC 用法上，

代表改变温度所需之热量。此种变化可藉温度计〝感觉〞或测出。

17.比热( Specific Heat )：指的是每单位质量温度变化一度所需热

量。常用单位为BTU/Lb，每磅BTU 数(华氏)；或Kcal/Kg 每公斤千卡数(摄

氏)。水的比热为1Kcal/Kg 。

二. 加湿工程之湿度量测

空气中水份含量是以湿度计测量。湿度计型式甚多，主要为干湿球温

度计，露点湿度计，尺寸变化湿度计，电导度感知器，电解式与重力式湿

度计。各种型式各有其对不同应用之优点，且几乎是以完全不同原理设计

而成。

1.干湿球温度计( Psychrometers )：干湿球温度计能在0℃到260℃

温度使用，为一种最常用来测量建筑物室内、外界空气、及空气风管湿度

的方法。

其主要包括两个温度感知器；其中一个为干球，而另一个为以棉织物

或棉花等吸水材料包覆之湿球。在使用时，该吸水材料必须为润湿状态，

而空气以每秒钟5～10 公尺流速通过。由此产生之挥发作用，而将感知器

冷却，使温度降低，此温度称为热动态湿球温度。

（湿球温度计）

（干球温度计）

手摇式干湿球温度计原理相同，由两个温度计并列在一只特殊架上，

并附有转环之把手使其可轻易旋转。并非利用流动空气冷却湿球，而是当

感温球上的纱布上的清水饱和后，将其快速在空气中旋转约一分钟后，再

读取DB 及WB 温度计上的值。此过程需重复数次以记录最低WB 温度值。

此种设计在结冻以下温度甚难达到正确效果。

2.露点湿度计( Dew-Point Hygrometers )：此种设计适用在工业制程

自动系统之高温研究或远程监控。其系利用一面镜子或任何其它一种明亮

表面，易于在其表面观察到露点形成者。此表面材料以各种不同设计方式

冷却。而以在表面上形成可观察到露点之最高温度订为露点温度再利用此

露点温度制作图表，得到空气中的相对湿度。

3.尺寸变化湿度计( Dimensional Change Hygrometers )：此种设计

最常用在空气近乎不动或滞留的清况，其原理为利用某些感知材料所含水

份变化产生之膨胀或收缩，例如木材，人类毛发，以及合成物如尼龙。这

种设计显然在校正上有严重缺点，但因其能藉连续以笔及旋转纸盘纪录而

直接得知相对湿度，或立刻以表上数字看出，故仍常利用。这里所用原理

亦应用在湿度控制器，藉由电机开关促成或中止循环空调或加湿设备。

4.导电性感知器( Electrical Conductivity Sensors )：此种装置对

湿度变化呈现高敏感性，但仅局限在湿度较低情况。许多物质随相对湿度

变化而吸收或放出水份，因此具有相对应之电阻抗改变。导电性感知器即

利用此种特性，量测在一个包括此种物质线路，因湿度改变而产生之电阻

变化。譬如，在塑料板上贴上梳子状的纯金箔膜之极板，表面上涂布碱性

锂；当周围空气的相对湿度一改变，电极间的电阻值即会改变。

5.电解质湿度计(Electrolytic Hygrometers)：电解质湿度计中，空

气通过内含高效干燥剂(通常为五氧化磷) 之瓶中，使水份被吸收，并成电

解质。在空气流量不变情况下，电解所需电流可直接解释成相关湿度程度。

6.重力式湿度计(Gravitometer Hygrometers)：这是一种花费甚高的

量具，操作时必须极度谨慎，并配合特殊设备，从一已知大气量抽出一小

部分来称重，由此求出湿度。

7.远红外线吸收湿度计( Infrared Absorption Hygrometer )：为一

花费颇高的量具，相当灵敏但需配合特殊设备来取得精密之量测。湿度之

测量是利用特定光源经过滤波玻璃产生特定波长之光波来照射被测物体，

再将被测物体反射或穿透出来的波长与照射前之特定波长作比较后来取得

湿度。

8.α射线湿度计：这是一种花费更高之湿度量具与远红外线式相当，

一般使用于微量水份侦测。其优点，放射源使用长效性所以反应快速，敏

感度高，准确性高，适合直接在生产线上使用；缺点，设备昂贵，有放射

线顾虑。