空气制水机如何工作：从家庭到工业应用

没有进水管，水从哪里来？

空气中含有看不见的水蒸气。即使不下雨、没有雾，空气中也可能存在可利用的水分。空气制水机回收的是环境中原本就有的一部分水，而不是把氢和氧结合起来制造水分子。

一个日常现象有助于理解这一过程：把很冷的玻璃杯放到温暖的房间里，杯子外壁会出现水滴。这些水分来自接触玻璃的空气。空气制水机利用同样的相变过程，但会主动控制冷却、持续输送空气，并将冷凝水引入水处理回路。

关键温度：露点

露点是指在压力保持不变、初始水蒸气含量不变的条件下，将空气冷却至饱和时的温度。低于该温度的表面可以出现凝露。相对湿度则表示水蒸气含量相对于当前温度下饱和状态的比例：80 % 的相对湿度，并不意味着空气的 80 % 是水。美国国家气象局对两者的区别作了说明。

因此，仅知道湿度百分比，不足以预测产水量。评估安装地点时，至少需要同时考察温度和湿度，以及它们在一天内和全年中的变化。

逐步了解工作过程

以下过程以机械制冷系统为例。不同机型的水泵、储水罐和处理工序的位置可能不同。美国环保署关于空气制水的技术简报介绍了这类设备及其对环境条件的依赖。

1. 吸入并输送空气

风机推动空气穿过设备。风量决定有多少空气通过换热器，但单纯增加风量并不保证产水更多，还必须将空气充分冷却。过滤器阻力、污垢以及排出空气回流到进风口，都可能改变运行条件。

2. 换热前先过滤空气

进风过滤有助于截留颗粒物并保护设备部件。效果取决于过滤器的性能及其状态。过滤空气并不等于去除所有气态物质，也不会自动使之后产生的水达到饮用要求。

3. 冷却至露点以下

空气接触低温盘管。当紧邻表面的空气层被冷却时，其中一部分水蒸气转化为液态。在直接膨胀式系统中，这组盘管就是制冷回路的蒸发器。这个名称描述的是管内制冷剂的变化，而不是管外水蒸气的变化。

4. 收集水滴

在表面形成的水沿盘管流入集水盘，再进入水路。排水方式、接触水的材料以及整个结构能否清洁，都属于设计内容。形成水滴只是第一步，之后还要防止水受到污染。

5. 处理冷凝水

根据设备配置，处理过程可结合颗粒过滤、活性炭、膜处理和消毒。每道屏障各有作用。工序顺序应针对已识别的风险和预定用途设计，并有整个系统的性能资料作为依据。

6. 调整水的特性

有些配置通过再矿化来调整矿物质组成和口感。这一过程不能代替消毒，也不能单独使水质不明的水变成可饮用水。

7. 储存与供水

储水罐能够协调相对连续的产水与间歇发生的用水需求。它必须作为供水系统的一部分进行设计和维护。设备可以直接出水，也可以向兼容的设施供水；压力、储水能力和防护要求取决于具体项目。

8. 监控，并在必要时停机

电子控制系统协调压缩机、风机、水泵和液位。设备可设置温度、维护或处理故障报警。屏幕显示湿度或电导率，只反映特定参数，不能单独证明水中不存在微生物或污染物。

制冷回路：为什么蒸发器表面会出现冷凝？

设备通过制冷剂传递热量。从空气中回收的水与制冷剂沿不同路径流动，正常运行时不会混合。

这里描述的是基本的蒸气压缩循环。美国能源部的热泵培训资料介绍了这一循环。具体设备会根据自身结构增加相应的控制装置和部件。

热量去了哪里？

热量必须排出系统。高温盘管排出的热量包括从空气中取走的热量，以及驱动循环所输入的功。在向同一房间排风的紧凑型结构中，运行可能使室内升温。空气的具体路径和热回收方式取决于设计。ASHRAE 对这些机械除湿结构作了说明。

冷却空气以及使其中的水蒸气凝结，都需要移走热量。因此，不能仅凭可见的水滴判断效率，换热、通风和制冷回路的运行条件同样重要。

空气中有多少水，设备又能回收多少？

前者描述可利用的资源，后者描述机器的实际表现，两者不能混为一谈。排出的空气仍然含有水分，而设备的风量、制冷能力和运行范围都有上限。

同样是 80 % 湿度，水蒸气含量可能差别很大

这些近似值由本文根据 Magnus 关系式及水蒸气理想气体定律计算，并非 Teexmicron 设备的产水量表。温度单位为 °C，水蒸气分压单位为 hPa，计算方法见下文。

在 30 °C、80 % 相对湿度时，每立方米空气中的水蒸气约为 10 °C、80 % 时的 3.2 倍。这并不能证明某台机器会恰好多产 3.2 倍的水，因为热力条件和循环效率也会变化。

用数字理解水量平衡

研究设备时，可以使用通过系统的干空气质量，以及冷却前后含湿量的差值：

冷凝水质量 ≈ 干空气质量 ×（入口含湿量 − 出口含湿量）

假设每小时有 100 kg 干空气通过系统，含水量从每 kg 干空气 20 克降至 10 克，则质量平衡给出的产水量为每小时 1,000 克，约等于一升。这里的条件只是计算假设，不代表任何产品的性能。

将这一平衡换算成每日产水预测时，还要计入有效运行时间、启动过程、必要时的除霜、储水罐满后的停机，以及处理过程中的损失。此外，风机的 m³/h 需要使用相应密度换算成质量。直接用绝对湿度乘以风量，并假设能捕获全部水蒸气，会高估产水量。

额定产水量与安装地点的实际产水量

以升/日表示的产水量，必须附带测试条件。应索取对应的温度和湿度、运行时间，并确认水量是在处理前还是处理后测得。工作范围说明设备在哪些条件下可以运行，并不意味着在整个范围内都能保持额定产水量。

预测全年表现时，最好采用具有代表性的逐小时气象记录和该机型的性能曲线。全年平均值可能掩盖产水较少的月份。夜间的相对湿度可能更高，但温度也可能更低，因此选择运行时段需要同时比较这两个因素及能耗。

计算方法

采用 eₛ = 6.112 × exp[17.67T/(T + 243.5)]，以及 e = (HR/100) × eₛ，单位为 hPa。水蒸气密度为 ρᵥ = 216.7e/(T + 273.15)，单位为 g/m³。令 γ = ln(HR/100) + 17.67T/(T + 243.5)，则露点 Tᵣ = 243.5γ/(17.67 − γ)。其中 HR 表示相对湿度百分数。这些是相对于液态水的近似关系式，并非设备模拟器。水蒸气分压与露点关系式参考：NWS。

冷凝得到的水已经可以饮用了吗？

不能直接作此假设。空气组成、接触表面和储存过程都可能影响水质。美国环保署在其空气制水机技术评估中指出，某些挥发性有机物可能进入冷凝水，并促进微生物生长。该评估不能作为其他型号或其他安装条件的认证。

每道处理屏障能做什么，又不能保证什么？

关于过滤，CDC 说明了不同技术具有不同处理能力。关于消毒，世界卫生组织指南介绍了水质和工艺条件对效果的影响。例如，浑浊度可能妨碍紫外线作用。各道屏障的选择和顺序，需要针对具体设计进行验证。

传感器无法证明的事

温度、电导率、浑浊度和液位都是有用的参数。但电导率较低不能证明不存在细菌，口感良好也不能排除不希望出现的物质。评估需要结合设计、运行、维护和相关检测。也不能仅凭紫外线灯亮着，就认定系统已经提供了所需的消毒剂量。

审查资料时，应明确测试对象、对应型号、取样时间和取样位置。某个部件通过测试，并不自动等于整个系统实际出水已经经过同样的验证。

需要多少电，怎样计算每升水成本？

功率和电量回答的是不同问题。kW 表示功率，kWh 表示一段时间内消耗的电能。以 kWh/l 表示的单位产水能耗，将电量与获得的水量联系起来。美国能源信息署解释了这些单位。

比较设备时，应在相同时间段、明确的条件下，同时测量电量和水量。计入压缩机、风机以及评估供水系统所包含的辅助设备。如果还要冷却饮用水或将水泵送至另一储水罐，应明确这些能耗是否包含在内。

一个计算示例，而非性能承诺

假设某套系统一天耗电 15 kWh，提供 50 升净产水量，则单位产水能耗为 0.30 kWh/l。若电价为 0.20 €/kWh，仅电力部分的成本为 0.06 €/l。

如果另一时段同样耗电 15 kWh，却只得到 25 升水，结果就变为 0.60 kWh/l 和 0.12 €/l。这里保持电量不变，是为了说明数学关系；实际设备的耗电也可能随环境变化。

总成本还包括其他项目

评估完整项目时，应在明确的使用周期内计入设备投资和安装费用，以及维护、耗材、能源和辅助设备成本，再除以同一周期内预计可用的水量。正式进行财务评估时，还应考虑融资、更换费用和资金的时间价值。

不要混淆冷凝水量、处理后水量、储存水量和实际用水量。排放冲洗水、某些膜工艺的浓水以及清洁用水，都可能造成差异。出水端的水表也不一定等于产水计量，因为部分出水可能在观测时段之前就已制成并储存在罐内。

可以使用太阳能电池板供电吗？

可以评估兼容的光伏供电方案，但必须协调日用电量、瞬时功率、压缩机启动要求和运行时段。装有太阳能板并不保证夜间运行，还需要电池储能、备用供电，或在有能源时提前制水并储存的方案。

只要水质得到维持，设备停机时，储存的水就可满足部分需求。太阳能发电同样需要投资和维护。因此，“使用太阳能运行”和“制水成本为零”是两个不同的说法。

安装、维护与运行状态

安装前，应核查制造商要求的通风空间、电源、进风条件和水的用途。如果设计并未考虑排风回流，就应避免排出的空气不断返回进风口。封闭房间中的水蒸气储量不会永久保持不变，持续取水可能改变房间本身的温湿度条件。

在靠近废气排放口、粉尘较多或工艺排放的地方，尤其要注意进风位置。过滤器的处理范围有限，不能替代安装地点评估。在室外使用时，还要考虑设备防护以及资料规定的环境条件。

维护周期应依据说明书和使用条件确定，不应把统一周期套用于所有设备。出现水质报警或水的异常变化时，应先按设备规定处理，再继续提供饮用水。长期停机后，应按制造商规定完成清洁和重新投入使用的程序。制冷与电气维护应由具备相应能力的人员承担。

哪些因素会降低产水量？

温度或湿度不利、过滤器堵塞、风量不足、排风回流、污垢、除霜循环，或储水罐满后停机，都可能降低产水量。如果盘管在 0 °C 以下工作，表面可能结冰，除霜过程会减少有效产水时间。产水下降本身并不能证明设备故障，应先将测得的环境条件和运行状态与设备性能曲线进行比较。

所有空气制水技术的工作方式都一样吗？

并不一样。压缩式制冷是一类重要技术，但大气取水还有其他途径。美国能源部的替代水源指南区分了多种方法。在吸附或吸收式系统中，材料先捕获水蒸气，再通过再生过程将水分释放并回收。Nature Reviews Materials 关于吸湿材料取水的综述分析了从材料到完整装置的发展过程。

实验室中以每千克吸湿材料表示的结果，不能直接与商用机器的升/日产水量比较。比较时必须明确系统边界、测试时长、气候和全部能量输入，包括存在再生过程时所需的热量。

空气制水机、除湿机与家用反渗透设备

除湿机可能采用相同的冷凝原理，但其目的在于降低空气湿度。若没有为饮用水用途设计并验证的系统，就不应认为其冷凝水可饮用。面向饮用水的空气制水设备，还必须解决卫生集水、水处理和水质保持等问题。

家用反渗透设备需要进水，它处理已有水源。空气制水机则从空气中回收水，并可能将膜处理作为其中一个环节。两者解决的问题不同，尽管可能使用某些相同部件。

它一定是最可持续的选择吗？

这取决于它替代的供水方式。需要比较能源、制造、耗材、减少的运输以及实际可用水量。假设电网排放因子为 0.20 kg CO₂e/kWh，单位产水能耗为 0.30 kWh/l，那么电力部分的排放为 0.06 kg CO₂e/l。这只是算术示例，不是某个型号的完整碳足迹，也不是经过认证的减排量。

就地制水可能减少某些运输需求，但这一优势需要与其他生命周期影响一起评估。对于用水量较大的场景，还应根据当地条件比较自来水、获准的取水方式、雨水、再生利用或运水等方案。

从家庭到工业设施：需要什么类型的设备？

冷凝原理可用于不同规模。厨房需要紧凑型设备，并明确饮用水需求；工业设施则需要系统评估产水、能源、储存和输配水。设备大小应与使用环境相匹配。

家庭使用：TEEX H20L 与 TEEX H20-lux

Teexmicron 提供面向家庭的机型，例如TEEX H20L和TEEX H20-lux。前者面向家庭和办公室空间，后者采用紧凑的台式结构，适用于厨房和小型工作空间。

选择这两款设备时，应核对饮用和烹饪所需的水量、可用空间和通风条件、噪声以及室内环境。住宅总用水量，包括淋浴、洗衣、清洁或花园用水，与饮用水需求不同。不能因为紧凑型设备装在家中，就假设它能满足整栋住宅的所有用水需求。

办公室与商业场所：TEEX H80 与 MICRON K100

其中，TEEX H80面向办公室和小型商业场所。MICRON K100则是目录中另一款适用于商铺及工作空间的选择。选型时应考虑使用供水点的人数，以及一天中需求的分布情况。

在商业场所，每日产水量与出水流量是两个不同问题。即使机器逐步产水，储水罐也能应对短时用水高峰。系统设计应考虑储水容量、水的更新以及高峰时段的供水需求。

工业与大型设施：Micron Black 5000

其中，Micron Black 5000 是工业解决方案，并非家用设备。它面向工程、能源和水务管理需求更大的项目。比较现有工业方案时，可查阅Teexmicron 产品目录，以及TEEX H5000和MICRON KM5000的资料。这些是目录中不同的型号名称，各自性能应分别核实。

在这一规模下，项目可能包含储水罐、泵送、补充处理和专门的电力配置。Teexmicron 工程服务可帮助在选择配置前，梳理整套系统的要求。

在沙漠里呢？讨论独立供水前需要核实什么？

“沙漠”描述的是一种环境背景，并不对应唯一的温湿度条件。沿海干旱地区、内陆地区和高海拔营地可能有很大差异。冷凝式空气制水需要足够的可用水蒸气，以及能够在该环境中以可接受能耗运行的设备。

评估营地、偏远基地或离网设施时，应先取得当地逐小时气象数据，再将其与机型性能曲线、可用能源及最低必需水量进行对照。夜间相对湿度较高，并不自动意味着产水更多，因为温度也会变化。

• 气候：关注不利月份的温度和湿度，而不是仅看某个条件良好的日子。
• 粉尘与高温：过滤、清洁、通风和设备防护应与安装地点相适应。
• 能源：太阳能或其他供电方案应按设备功率和服务时长进行配置。
• 储备水量：采用卫生储水方案，并为产水不足时段准备备用供水。
• 机型：应有预期工况下的性能资料，不能直接套用其他气候条件下的额定数据。

吸湿材料取水研究也在探索适合干燥空气的方案；Nature Reviews Materials 的综述介绍了这一技术类别。其研究结果不能直接归属于 Teexmicron 的冷凝式设备。对于偏远项目，可申请可行性评估，并了解能源供应与储水方案。

水与健康：关键是用水点的水质

关于健康，世界卫生组织指出，安全饮水与健康保护密切相关。无论水来自自来水管网、水井、瓶装水还是空气回收，这一原则都适用。对空气制水机而言，关键问题是实际出水是否符合适用要求，并能否在使用期间保持这一水质。

此外，CDC 解释了水源、处理和输配过程对水质的影响。因此，方案应覆盖从取水到水龙头的全过程，而不是只罗列过滤器。

评估家用机型，例如TEEX H20L或TEEX H20-lux时，应索取其水处理、维护和检测资料。对于集中供水设施，应将同样的核查扩展到整个系统，包括储水罐和输配水设施。

再矿化并不能证明水具有特殊医疗益处，来自空气也不意味着水可以治疗疾病。世界卫生组织的饮用水水质指南提供了技术参考框架；链接这些指南，不代表世界卫生组织认证了本品牌的任何设备。

选择空气制水机之前，应索取哪些资料？

有用的方案应把设备与实际需求联系起来。先明确水的用途、所需水量和用水时段，再核查以下七点：

1. 产水曲线：各测点的温度、湿度及测试方法。
2. 单位产水能耗：在可比条件下测得的电量和净产水量。
3. 有资料支持的水处理：该型号的处理功能、维护要求和测试结果。
4. 储存：容量、停机管理和水质保持措施。
5. 安装：通风、电源、噪声和环境条件。
6. 服务：耗材供应、技术支持和保修条件。
7. 不利工况：关键月份的预计产水量及必要备用方案。

Teexmicron 在其技术介绍中展示冷凝式制水方案和处理配置。具体性能及适用工序，应以所选型号的技术资料为准。

空气制水机常见问题

必须下雨才能运行吗？

冷凝水蒸气的系统不需要下雨。它们需要空气中有可用水分，并满足设备的运行条件。降雨不是必需的输入条件。

可以在干燥地区运行吗？

取决于技术和型号。仅知道标称最低湿度，无法得知在该湿度下的产水量或能耗。应索取项目工况下的性能数据。

一天能产多少升水？

取决于设备在实际工况和运行时间内能够达到的产水能力。解释额定产水量时，必须同时知道温度、湿度和测试方法。

夜间可以制水吗？

可以，前提是有能源供应，并且工况在允许范围内。判断夜间制水是否合适时，需要综合考虑温度、湿度、电价和储水方案。

排出的空气完全不含水分吗？

不是。这类设备排出的空气仍保留一部分水蒸气。出口相对湿度还取决于温度，不能孤立解读。

除湿机收集的水可以喝吗？

不应假设可以饮用。回收空气中的水分，不等于具备适合饮用水的材料、处理工艺、保存条件和控制措施。

紫外线能消除所有污染物吗？

不能。其作用是在经验证的条件下灭活微生物，不能去除溶解盐类，也不能替代其他所有处理屏障。

每日产水量代表水龙头的出水流量吗？

不是。产水量表示设备在一定时间内生成的水量。实际出水流量还取决于水泵、管路以及储水罐中已有的水量。

设备能完全自主运行吗？

设备可以不依赖外部进水，但仍需要能源、维护和适宜的环境条件。独立供水能力需要综合研究产水量、储水罐及可能的备用方案。

可以满足整栋住宅用水，或灌溉农场吗？

需要将全部需求与预计产水量及成本进行比较。饮用和烹饪、淋浴、清洁与灌溉的需求不同，不能仅凭每日额定升数选型。

阅读技术资料的简明术语表

相对湿度 · %

实际水蒸气分压与该温度下饱和水蒸气压的比值。

绝对湿度 · g/m³

单位湿空气体积中的水蒸气质量。

含湿量 · g/kg 干空气

单位干空气质量所含的水蒸气质量，可用于质量平衡。

露点 · °C

与当前水蒸气含量对应的饱和温度。

功率 · kW

能量传递或消耗的速率。

能量 · kWh

一段时间内累计的能量。

单位产水能耗 · kWh/l

在明确计量边界下，每升水对应的能耗。

参考资料与本指南的适用范围

文中链接的资料解释物理及水处理原理，并不认证 Teexmicron 某一型号的性能或水质。气象表格和计算示例用于教学说明；供水预测需要具体设备及安装地点的数据。

• EPA — Atmospheric Water Generation Technology。
• NWS — Dew Point vs Humidity以及计算关系式。
• ASHRAE — Mechanical Dehumidifiers and Related Components。
• DOE — Heat Pump Basics。
• CDC — Choosing Home Water Filters。
• OMS — Treatment Methods and Performance。
• EIA — Measuring Electricity。
• DOE — Alternative Water Sources。
• Nature Reviews Materials — Sorption-based atmospheric water harvesting。