評估相對濕度：關鍵因素及其測量

評估相對濕度：關鍵因素及其測量

了解干球溫度、濕球溫度、相對濕度和露點溫度之間的相互關系，對于空氣調節(jié)裝置的各個方面都至關重要。這些濕度問題在建筑物和材料完整性、住戶健康和舒適、總體室內空氣質量方面都扮演著特別重要的角色。
　　很奇怪的是不合適的濕度和溫度很可能會引起住戶感覺不舒服。住戶的抱怨就為HVAC承包人提供了提前發(fā)現(xiàn)影響材料完整性和室內空氣質量的有關不利因素的機會，包括微生物的滋生。
　　在評估相對濕度、濕球溫度和露點時，HVAC技師傳統(tǒng)上都使用懸搖式濕度計和溫濕圖�，F(xiàn)在他們則都使用更加準確、更加方便的“濕度”儀，即使在不能使用懸搖式濕度計的狹窄場所也能夠進行測量。

采用的標準
　　許多人都認為其建筑規(guī)范中采用了ANSI/ASHRAE標準55-2004（濕度標準55-2004和IAQ標準62-2004）。由于這兩個標準最近都經過修改，因此以下的描述可能會有助于監(jiān)測人和承包人改正工作方法，以滿足新的要求。

比較舒適
　　ANSI/ASHRAE標準55-2004“Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy”（人類居住的熱環(huán)境條件）設置了絕對濕度上限（濕度比為0.012或0.012×7000 = 84 含水量/磅干燥空氣，也等于62 °F的露點（DP）），超過該上限時，大多數(shù)住戶就會感覺到不舒服。
　　由于并不是所有的住戶都會對相同的熱狀態(tài)感到滿意，尤其是在同一時間，因此標準就試圖基于80%滿意度的PMV（Predictive Mean Vote－預測平均票數(shù)）確定一個規(guī)范。從此可計算得到一個10% PPD（Predicted Percentage Dissatisfied－預測不滿意百分比）的一般熱舒適不滿意度，以及10% PPD的局部（“我的膝蓋很涼”）舒適不滿意度。
標準列出了影響熱舒適度的6個主要因素：代謝率、服裝隔熱、空氣溫度、輻射溫度、空氣流速、濕度。
　　了解這些因素的綜合影響有助于工程師恰當?shù)嘏渲媒ㄖ�系統(tǒng)。

濕度

　　ANSI/ASHRAE標準62-2001“Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality”（可接受的室內空氣質量的通風）規(guī)定“人類居住環(huán)境的相對濕度應該維持在30%到60%之間，使過敏性或致病性生物的滋生達到最小�！�
　　修訂的ANSI/ASHRAE標準62.1-2004“Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality”（可接受的室內空氣質量的通風）規(guī)定得更加詳細�，F(xiàn)在，相對濕度的上限是基于峰值的�！霸谝韵聝煞N計算參數(shù)下，居住空間的相對濕度應該被限值到最大65%或更低：

　　1.峰值室外露點計算參數(shù)和峰值室內潛熱載荷
　　2.預期發(fā)生的最小空間顯熱比以及此時的室外參數(shù)。
　　良好的HVAC設備選擇實踐通常建議：
　　·冬季參數(shù)為68 °F至70 °F和30 % RH（相對濕度）
　　以及
　　·夏季參數(shù)為74 °F至76 °F和50 %至60 % RH（相對濕度）
　　條件為
　　·室外參數(shù)冬季為97.5 %、夏季為2.5 %干球溫度（DB）
　　這意味著平均起來2.5%的極溫將超過設備的容量。在這些時間內，設備的容量是不夠的。
　　由于舒適制冷設備的工作時間中僅僅有30%發(fā)生在5%的室外參數(shù)干球溫度下，因此這在挑選設備時是非常重要的。盡管大多數(shù)商業(yè)設備是分級的或具有一定形式的容量控制，但夏季潛熱負載控制在部分負載條件下仍然是非常困難。
　　如果舒適制冷設備容量很大，就會出現(xiàn)與潮濕相關的抱怨，問題會增多。應該按照制冷需要而不是加熱需要來選擇住宅的熱力泵，尤其是在“臭襪綜合癥”比較普遍和空氣調節(jié)設備位于矮設備層的地區(qū)。

霉菌
　　如果具備了足夠的知識并進行了足夠的測量，就可以將HVAC系統(tǒng)設定在合適的夏季和冬季濕空氣狀態(tài)，防止霉菌滋生。霉菌滋生的條件包括表面上沉積的孢子、具有足夠氧氣的微環(huán)境、適宜的溫度、營養(yǎng)和水分。這些條件中，有4項幾乎是每種環(huán)境下都具備的。最可控的變量就是水分。
　　高于60%的相對濕度可以支持吸濕性（吸附劑）表面霉菌的滋生，80%相對濕度下的吸濕性表面則會促進霉菌的滋生。幾乎所有的表面是或會成為吸附劑，包括涂漆面、石膏灰泥墻、地毯、墻面覆蓋物和磚石砌墻。
　　類似于磚塊、煤渣塊和混凝土這樣的磚石砌墻是極好的吸附劑，能夠吸附大量的水分，成為霉菌繁殖的好場所。結構孔隙中的水汽壓會小于周圍環(huán)境中的水汽壓，從而會將水分擴散至砌石孔隙。當孔隙變得潮濕時，就會發(fā)生毛細管效應并填充孔隙，從而為真菌繁殖提供了理想的滋生環(huán)境。這就解釋了為什么露點之上的一些表面也會變得非常潮濕。

凝結
　　能夠在表面發(fā)生凝結的條件是非常明顯的，因此可以立即采取措施。當一個表面的溫度處于或低于露點溫度時，就會形成凝結。可能會發(fā)生凝結的表面有地下室表面、矮設備層表面、冷水管道、空氣調節(jié)設備和管道支架，以及看不到的裙墻內部。
　　由于舒適制冷設備不能在最小吸熱條件下控制地下室的濕度，因此地下室一般需要附加除濕設備。處理矮設備層是尤其困難且非常昂貴的。但是如果沒有出現(xiàn)積水或地面過于潮濕（這就是假設對于燃燒礦物燃料的設備來說不需要矮設備層的流通空氣），通過利用直到外部地面的防潮層進行處理以及隔熱，并將其整體合并到受控區(qū)域，同時增加其它除濕方法，即可控制許多矮設備層的潮濕問題�？梢詫λ�管進行隔熱�？諝庹{節(jié)設備和管道系統(tǒng)必須密封不透氣且隔熱，在防潮層沒有斷裂，尤其是受控環(huán)境之外。所有墻體內的管道系統(tǒng)必須密封，降低由于氣壓差而引起看不到的濕氣流動。
　　在制冷系統(tǒng)中，新風管中的相對濕度可高達95%或更高，蒸發(fā)器和冷凝盛水盤將會是濕的。由于水分控制并不可行，因此利用良好的、非常合適的過濾系統(tǒng)控制空氣中的孢子和食物（粉塵和懸浮粒子）對控制霉菌的滋生就非常關鍵。如果蒸發(fā)器是抗紫外（UV）輻射的，則能夠照射到整個蒸發(fā)器表面的UVC“殺菌”燈就能夠殺死霉菌和微生物。所選擇的UVC燈應該不會輻射臭氧，臭氧屬于一種刺激劑。特大型的設備會縮短工作時間，產生的冷凝物較少，而冷凝物實際上會促使微生物在冷凝器片上的滋生。

溫濕度儀
　　象Fluke 971這樣的溫濕度儀可以完成從干球溫度到相對濕度的測量，可以計算濕球溫度和露點溫度，濕空氣動力學指出，這對于HVAC的評估和診斷是非常關鍵的。
　　·濕球溫度非常接近于熱函，或者空氣中的總熱（干球和濕球溫度）。在溫濕圖中，濕球溫度線接近平行于熱函刻度值。對于采用固定式限流閥測量裝置的制冷系統(tǒng)，為了精確進氣，回風濕球溫度線是強制性的。
　　·蒸發(fā)器兩側的新風和回風濕球溫度可用于溫濕圖或熱函表來計算總制冷容量、顯熱和潛熱容量，以及S/T比。
　　·利用“CFM×4.5×蒸發(fā)器兩側熱函差”即可求得總熱（Qt = cfm×4.5×△h）。
　　·通過在溫濕圖上繪制各種狀態(tài)或從溫濕圖計算可得到顯熱致冷和潛熱致冷，以及S/T比。
　　·露點對于夏季和冬季的評估都非常關鍵。管道表面溫度必須保持在露點之上，防止在受控區(qū)域內外形成凝結。
　　·冬季的室內相對濕度必須保持足夠低，確保內墻和窗戶表面溫度不會接近露點。如果在窗戶或墻表面發(fā)生凝結，則很可能在裙墻內也發(fā)生了凝結。

解決與舒適度相關的問題
　　如果設備沒有足夠的容量或者是分級的，當基于自動調節(jié)裝置的干球溫度運行時，在部分負載條件下，運行時間會較短，即會發(fā)生與濕度相關的抱怨。工作時間越短意味著除去的水分更少。特大型的設備也僅會加劇這種情況，增大不利狀態(tài)發(fā)生的機會。將固定式限流裝置改為熱膨脹閥將保證在部分負載條件下的最大蒸發(fā)容量，并可用更大的盤管表面來除去水分。
　　大多數(shù)致冷設備能夠承受20%的空氣量減少。如果蒸發(fā)器空氣容積從400 cfm/噸降低為325 cfm/噸蒸發(fā)器的溫度將會遠遠低于露點，并從空氣中除去更多的水分。這種改動也會朝露點溫度降低管道表面溫度和通分調節(jié)器的溫度，影響所占空間的氣流模式。
　　除濕裝置可在增大濕度的情況下降低空氣量。另一種可選的方法是利用定時打開裝置，在開始致冷的前5-10分鐘內，降低cfm值，然后再切換至計算的cfm值，直到致冷周期結束。可以將便攜式除濕器放置在高濕度的區(qū)域（例如地下室）來降低濕度、提高吸熱，并強制致冷周期更長。請確保間歇性高吸濕性區(qū)域（例如浴室、廚房、洗衣服的地方）與室外（不是閣樓或矮設備層）的通風。

解決與露點和/或霉菌相關的問題
　　在非受控區(qū)域承載潮濕冷空氣的管道必須利用NFPA認證的管道膠粘劑進行密封。管道的任何漏泄都會導致該點的隔熱無效，并且很可能會發(fā)生凝結。管道包裹物的的隔熱層不能被托架壓扁。托架必須放置在管道包裹層的下方。管道包裹隔熱層必須沒有斷裂，并且在接縫處要密封。
　　在不受控的閣樓，閣樓溫度的升高可能會增大下邊天花板的吸熱，但是會降低管道發(fā)生凝結的機會。在采用較新建筑技術的住宅中，閣樓的溫度可能會較低，但是這樣會增加管道或空氣調節(jié)裝置表面上發(fā)生凝結的機會。密封閣樓的通風孔并添加恒濕器控制的投光燈來提高閣樓的溫度，對此有一定的補償作用。
　　矮設備層具有獨特性。一般的矮設備層通風孔的大小不合適，不利于通過通風控制濕度。100%地面覆蓋的隔熱層沿內墻直到外部地面、密封通風孔、隔熱周圍的墻壁，并將其做為受控區(qū)域一樣對待，是控制濕度的最好方法，往往會需要額外的補充除濕設備。矮設備層的空氣調節(jié)裝置必須具有非常好的粒子過濾器，不會發(fā)生回風漏泄，減少蒸發(fā)器和新風管中微生物及其食物來源。地下室的濕度必須被控制在低于60%RH，以防止微生物滋生。對吸濕性砌墻（煤渣塊、磚塊、砂漿）刷漆會降低保水性，抑制微生物。

資源
　　如果您對這里簡要介紹的復雜課題有興趣進行更深的研究，可從ASHRAE的網站www.ashrae.org獲得更多的資源。ASHRAE手冊和月刊是探索問題的極好媒介。在軟件部分還提供溫濕圖，使得計算工作非常方便。其它的HVAC組織包括：
　　·ACCA（美國空調承包商協(xié)會）（www.acca.org）
　　·PHCC（美國管道、加熱、制冷承包商協(xié)會）（www.phccweb.org）
　　·SMACNA（美國金屬散熱與空氣調節(jié)承包商協(xié)會）（www.smacna.org）
　　·RSES（美國制冷工程師協(xié)會）（www.rses.org）

　　濕空氣動力學具有自己的專業(yè)術語。為了更好地理解不同參數(shù)對維持熱舒適度的影響，這里列出了本文描述中的一些更加常見的術語：

濕球溫度：表示蒸發(fā)水的制冷效應，當水分被蒸發(fā)到飽和空氣時空氣將冷卻到的溫度。
露點溫度：水分將會從空氣中凝結出來的溫度點。
干球溫度：由普通的溫度計測得的空氣溫度。
相對濕度：在給定的空氣溫度下，水蒸氣壓（當前空氣中的水分量）和飽和水蒸汽壓（空氣中能夠維持的水分總量）之比。
代謝率：人體通過活動將化學能轉化為熱能和功的速率。在ASHRAE 55中，這個速率是用“代謝單位”（18.4 Btu/h*ft2）表示的。
顯熱致冷：人、電器、太陽輻射和滲透等因素造成的吸熱，每一因素都對房間、辦公室等環(huán)境增加顯熱負載。這種顯熱負載會使干球溫度上升。不改變空氣中的水分而使感覺溫度或干球溫度降低的過程就稱為顯熱致冷過程。
潛熱致冷：通過植物、人、烹飪和其它來源，會將大量的水分擴散到空氣之中。潛熱致冷指的是空氣中水分凝結，從而濕球溫度、露點和濕度降低，但是干球溫度保持不變的過程。
S/T比：顯熱和總熱之比，又稱為顯熱比。在制冷系統(tǒng)的總容量之中，存在顯熱容量和潛熱容量。顯熱容量通過吸收熱量、降低干球溫度來冷卻空氣；潛熱容量通過吸收蒸汽的潛熱從空氣中除去水分，并不改變實際的干球溫度。當和溫濕圖一起使用時，S/T比能夠說明在什么溫度下，冷卻盤管必須工作才能除去顯熱和潛熱。
“臭襪綜合癥”：在寒冷季節(jié)發(fā)生的一種常見現(xiàn)象，形容室內盤管上燃燒的空中污染物產生的一種氣味，一般發(fā)生在熱力泵的除霜周期。
克洛（col）：一個測量單位，表示衣服或其它衣著提供的隔熱量。
　　·例子：由內褲、體恤衫、長統(tǒng)襪、鞋、長褲、長袖襯衣、雙排扣（厚）夾克組合在一起的總隔熱量為1.14 col*
　　·例子：由內褲、短袖緊身運動衣、散布短褲組合在一起的總隔熱量為0.31 clo*
　　* ASHRAE 55-2004規(guī)定的克洛值