空調扇是介于電扇與空調之間的一種通風產品適合于在炎夏季節使用，尤其是在干燥酷熱的北方地區使用。空調扇雖有風量小、制冷量小的缺點;但具有增加濕度、過濾除塵、清涼送風等優點，所以空調扇雖幾經沉浮尚有頑強的市場生命力。從目前市售的空調扇產品上來看，雖外形各異而致冷的方法基本相同，即采用簾布式水氣化制冷的方法。
空調扇簾布式水氣化制冷的概念
簾布式空調扇內部最常見的兩種結構如圖1和圖2所示。當橫流風機(又稱貫流)轉動時，風按圖示箭頭方向穿過簾布層帶走部分水氣，再經風機吹送出。水的蒸發氣化過程是一個吸熱的物理過程，水從周邊的空氣中吸收熱量令周邊空氣溫度下降，同時使風的濕度增加。在筆者所在地杭州，夏季晴朗的日子里室內相對濕度一般在55%～65%之間。如果空調扇出風口的相對濕度在75%左右,這樣的風就會令人感到清涼舒適。但空調扇的出風量較小，以直徑120mm、長240mm葉輪在輸入功率50w四極異步電機驅動下為例，其出風口風速為5.5m/s所產生的風量為5m3/min，該風量僅是250mm普通電扇的1/6;加上水的氣化量單靠自然蒸發，蒸發量較少，故制冷效果并不理想。實測出風口溫度僅比環境溫度低0.5℃-1℃。
空調扇配備冰晶盒對制冷效果的影響
有很多空調扇廠家為了提高制冷效果，往往配售冰晶盒。根據實驗，筆者認為增用冰晶盒并不能有效地提高制冷效果，數據分析如下：(1)一般簾布式空調扇水的氣化量每小時僅為80～100g(2)風機起動一段時間后水箱水溫會從35℃(夏季)降至26℃~28℃。(3)加用冰晶盒后水氣化量降至80g/h以下，水溫下降度數幾乎與上相近。為什么呢?假設將空調扇的機箱作為一個絕熱體，在不加用冰晶盒時，似乎是流經的空氣釋放了部分熱量(Q1)，而水氣化所需氣化熱(Q3)即為Q1并隨空氣流出，可以說這是一個等焓過程。但事實是，水氣化所需氣化熱(Q3)初時不僅從空氣流中吸取熱量還從水中吸取熱量(Q2)即Q1+ Q2= Q3。由于水的熱傳導系數大于空氣的熱傳導系數，所以最初水箱水溫迅速下降。當空氣向機內水氣化傳遞的熱量正好等于水氣化所需熱量即達到動態平衡時，水溫便不再下降，且此時Q1≈Q3。如果機內水氣化量很大以至流經的空氣吸取水氣能達到飽和狀態(即相對濕度達100%)，此時空氣流的溫度將下降到與水溫一致26℃~28℃。這是非常誘人的結果。當然，因多種原因這在實際上是達不到的。但是加用冰晶盒后，水所提供的氣化熱(Q2)有一部分被冰晶盒所奪取使水溫降低，引起水氣化量減少，反過來卻使水溫的進一步降低受到了限制(水溫幾與不置冰晶盒時相近)。因此增用冰晶盒不能有效地提高制冷效果。
空調扇簾布式水氣化制冷的原理及提高制冷效果的改進措施
簾布式空調扇制冷效果不理想的根本原因在于水氣化量少造成。因此，可以通過提高水氣化量，阻斷水箱水溫下降迫使空氣流輸出更多的能量(Q1)來提高制冷效果。目前常用的一種增加氣化量方法是采用蜂窩狀紙質層代替平簾布層，其目的是通過增加蒸發面積加大蒸發量以提高制冷效果。然而，由于僅靠自然蒸發沒有額外能量提供所產生的制冷效果還是不理想。
為了提高空調扇的降溫、增濕效果，筆者曾嘗試用噴射霧化及超聲波霧化加大水氣化量的方法取得了較好效果。其中噴射霧化實施難度大于超聲波霧化，關鍵是噴射霧化機構復雜且噪音難以控制、霧化均勻度較差。下面筆者以一空調扇(KTF-100型)為例對超聲波霧化(增大氣化量)制冷方法作一介紹：
采用浮箱式超聲波霧化制冷空調扇結構如圖3所示。該機構中最主要、也是最巧妙的采用了圓罐形浮箱，浮箱內置壓電陶瓷震蕩器元件。震蕩晶振片為36V、0.8A、頻率1.74MHz 、Φ25mm陶瓷片。震蕩器采用LC三點式震蕩電路。浮箱蓋為金屬鋁壓鑄件，該件可以起到密封與散熱兩重作用。浮箱有兩耳孔置于水箱兩定位立柱中，浮箱能順著立柱隨水位高低而上下浮動。
設計浮箱體積時，應注意使浮箱上表面低于水面，距離保持在20～25mm之間，以保證壓電片的最佳工作狀態。圖中設置的內網架既是集霧室，也起到阻擋壓電片工作時所激起的水滴外濺的作用。為了減少白色水霧因來不及充分氣化隨風逸出影響制冷效果，故在內網架上又覆蓋一層錦綸紗網簾布來延緩氣流逸出速度以利于水霧充分氣化。在試驗中，我們發現采用超聲波霧化方法在使水變成了霧的同時，由于提供了額外能量，水箱水溫不僅不降反而比常溫時提高0.5℃。所以在霧離開水體進一步氣化時所需的氣化熱(Q3)無法再從水中獲得，只得全部向周圍空氣中取得，因而提高了制冷效果。假如能使超聲霧化量保持足夠多，令出風口氣流的相對濕度達80%以上，那么送出的氣流降溫比較明顯。本文所例舉的空調扇其氣化量大于500ml/h，最大風量15m3/min，在環境室溫35℃、相對濕度55%時，在出風口測得的溫度一般可比室溫低3.5℃～5℃左右。這里所指的氣化量(500ml/h)是指實際的水消耗量而非霧化量，事實上產生的霧化量大于氣化量，未氣化的大顆水霧返回水里。這里的過程是水—霧—氣過程，而非自然的水—氣過程。
空調扇的能量交換在理想狀態下(即將空調扇整體作為一個定壓絕熱體看待)是一個等焓過程，可以按以下方程進行計算：
H1+H′=H2
其中：H1為進入空調扇空氣流所具有的焓,(kJ/kg絕干空氣);H′為水氣水所帶入的焓，(kJ/kg.℃)，該項值很小可以忽略不計;H2為流出空調扇空氣流所具有的焓，(kJ/kg絕干空氣);故可以認為
H1=H2……(1)。
而 H1=1.01t1+(2490+1.88 t1)d1……(2)
其中t1、d1為空氣流在H1狀態時的溫度與含濕量，(kg水氣/kg絕干空氣)。
H2=1.01t2+(2490+1.88 t2)d2……(3)
其中t2、d2為空氣流在H2狀態時的溫度與含濕量，(kg水氣/kg絕干空氣)。
另外2490(kJ/kg)是水在0℃時的氣化熱;1.01(kJ/kg絕干空氣.℃)是絕干空氣的定壓比熱容;1.88(kJ/kg水氣.℃)是水氣的定壓比熱容。
又設： t2-t1=Δ td2-d1=Δd
將此兩式及(2)、(3)式均代入(1)式。
經化簡可得下式：
Δt= -(1.88t1+2500)Δd/(1.01+1.88d1+1.88Δd) ……(4),
顯然Δt是Δd的函數。
現再將上面所例舉的空調扇數據按所列方程進行如下計算：
可以從有關焓-濕圖中查到35℃時飽和蒸氣壓Ps=5.62KPa, 則可求得此時相對濕度φ=55%的含濕量d1。
d1=0.622φ.Ps/(Pt-φ.Ps)=0.622×0.55×5.62 /(101.3-0.55×5.62)=0.0196kg/kg
空氣比容V按下求得
V=(0.733+1.244d1)(ti+273)/273=(0.733+1.244×0.0196)×(35+273)/273=0.91m3/kg , 這里的d1、ti、是暫定值以便于計算，尚可以用逼近法進一步精確計算。
又從氣化量0.5 kg /h可得0.14.10-3kg水氣/s ,從風量5m3/min可得0.083m3/s
故而可折算出氣化后的增濕量： Δd=0.14.10-3×0.91/0.083=1.535.10-3(kg水氣/kg絕干空氣)
將這些數據帶入(4)式可計算得
Δt=-(1.88×35+2490)×0.00154/[1.88(0.0196+0.00154)+1.01]= -3.8 (℃)
計算所得值與實際測試值(降溫3.5℃)相近。
同時可從方程d2=0.622φ2.Ps2/(Pt-φ2.Ps2)，求得流出空調扇空氣流的相對濕度φ2=73%(焓-濕圖中查到31.2 ℃時飽和蒸氣壓Ps2=4.55KPa，d2=Δd+ d1=0.0211 kg水氣/kg絕干空氣)。
顯然，可以進一步的加大霧化量可取得更好的降溫效果，例如將相對濕度提高到85%左右。但是應注意霧的充分氣化。
京ICP備10200025號