F971应用——评估相对湿度：关键因素及其测量

了解干球温度、湿球温度、相对湿度和露点温度之间的相互关系，对于空气调节装置的各个方面都至关重要。这些湿度问题在建筑物和材料完整性、住户健康和舒适、总体室内空气质量方面都扮演着特别重要的角色。

　　很奇怪的是不合适的湿度和温度很可能会引起住户感觉不舒服。住户的抱怨就为HVAC承包人提供了提前发现影响材料完整性和室内空气质量的有关不利因素的机会，包括微生物的滋生。

　　在评估相对湿度、湿球温度和露点时，HVAC技师传统上都使用悬摇式湿度计和温湿图。现在他们则都使用更加准确、更加方便的“湿度”仪，即使在不能使用悬摇式湿度计的狭窄场所也能够进行测量。

采用的标准

　　许多人都认为其建筑规范中采用了ANSI/ASHRAE标准55-2004（湿度标准55-2004和IAQ标准62-2004）。由于这两个标准最近都经过修改，因此以下的描述可能会有助于监测人和承包人改正工作方法，以满足新的要求。

比较舒适

　　ANSI/ASHRAE标准55-2004“Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy”（人类居住的热环境条件）设置了绝对湿度上限（湿度比为0.012或0.012×7000 = 84 含水量/磅干燥空气，也等于62 °F的露点（DP）），超过该上限时，大多数住户就会感觉到不舒服。

　　由于并不是所有的住户都会对相同的热状态感到满意，尤其是在同一时间，因此标准就试图基于80%满意度的PMV（Predictive Mean Vote－预测平均票数）确定一个规范。从此可计算得到一个10% PPD（Predicted Percentage Dissatisfied－预测不满意百分比）的一般热舒适不满意度，以及10% PPD的局部（“我的膝盖很凉”）舒适不满意度。

标准列出了影响热舒适度的6个主要因素：代谢率、服装隔热、空气温度、辐射温度、空气流速、湿度。

　　了解这些因素的综合影响有助于工程师恰当地配置建筑系统。

湿度

　　ANSI/ASHRAE标准62-2001“Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality”（可接受的室内空气质量的通风）规定“人类居住环境的相对湿度应该维持在30%到60%之间，使过敏性或致病性生物的滋生达到最小。”

　　修订的ANSI/ASHRAE标准62.1-2004“Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality”（可接受的室内空气质量的通风）规定得更加详细。现在，相对湿度的上限是基于峰值的。“在以下两种计算参数下，居住空间的相对湿度应该被限值到最大65%或更低：

　　1.峰值室外露点计算参数和峰值室内潜热载荷

　　2.预期发生的最小空间显热比以及此时的室外参数。

　　良好的HVAC设备选择实践通常建议：

　　·冬季参数为68 °F至70 °F和30 % RH（相对湿度）

　　以及

　　·夏季参数为74 °F至76 °F和50 %至60 % RH（相对湿度）

　　条件为

　　·室外参数冬季为97.5 %、夏季为2.5 %干球温度（DB）

　　这意味着平均起来2.5%的极温将超过设备的容量。在这些时间内，设备的容量是不够的。

　　由于舒适制冷设备的工作时间中仅仅有30%发生在5%的室外参数干球温度下，因此这在挑选设备时是非常重要的。尽管大多数商业设备是分级的或具有一定形式的容量控制，但夏季潜热负载控制在部分负载条件下仍然是非常困难。

　　如果舒适制冷设备容量很大，就会出现与潮湿相关的抱怨，问题会增多。应该按照制冷需要而不是加热需要来选择住宅的热力泵，尤其是在“臭袜综合症”比较普遍和空气调节设备位于矮设备层的地区。

霉菌

　　如果具备了足够的知识并进行了足够的测量，就可以将HVAC系统设定在合适的夏季和冬季湿空气状态，防止霉菌滋生。霉菌滋生的条件包括表面上沉积的孢子、具有足够氧气的微环境、适宜的温度、营养和水分。这些条件中，有4项几乎是每种环境下都具备的。最可控的变量就是水分。

　　高于60%的相对湿度可以支持吸湿性（吸附剂）表面霉菌的滋生，80%相对湿度下的吸湿性表面则会促进霉菌的滋生。几乎所有的表面是或会成为吸附剂，包括涂漆面、石膏灰泥墙、地毯、墙面覆盖物和砖石砌墙。

　　类似于砖块、煤渣块和混凝土这样的砖石砌墙是极好的吸附剂，能够吸附大量的水分，成为霉菌繁殖的好场所。结构孔隙中的水汽压会小于周围环境中的水汽压，从而会将水分扩散至砌石孔隙。当孔隙变得潮湿时，就会发生毛细管效应并填充孔隙，从而为真菌繁殖提供了理想的滋生环境。这就解释了为什么露点之上的一些表面也会变得非常潮湿。

凝结

　　能够在表面发生凝结的条件是非常明显的，因此可以立即采取措施。当一个表面的温度处于或低于露点温度时，就会形成凝结。可能会发生凝结的表面有地下室表面、矮设备层表面、冷水管道、空气调节设备和管道支架，以及看不到的裙墙内部。

　　由于舒适制冷设备不能在最小吸热条件下控制地下室的湿度，因此地下室一般需要附加除湿设备。处理矮设备层是尤其困难且非常昂贵的。但是如果没有出现积水或地面过于潮湿（这就是假设对于燃烧矿物燃料的设备来说不需要矮设备层的流通空气），通过利用直到外部地面的防潮层进行处理以及隔热，并将其整体合并到受控区域，同时增加其它除湿方法，即可控制许多矮设备层的潮湿问题。可以对水管进行隔热。空气调节设备和管道系统必须密封不透气且隔热，在防潮层没有断裂，尤其是受控环境之外。所有墙体内的管道系统必须密封，降低由于气压差而引起看不到的湿气流动。

　　在制冷系统中，新风管中的相对湿度可高达95%或更高，蒸发器和冷凝盛水盘将会是湿的。由于水分控制并不可行，因此利用良好的、非常合适的过滤系统控制空气中的孢子和食物（粉尘和悬浮粒子）对控制霉菌的滋生就非常关键。如果蒸发器是抗紫外（UV）辐射的，则能够照射到整个蒸发器表面的UVC“杀菌”灯就能够杀死霉菌和微生物。所选择的UVC灯应该不会辐射臭氧，臭氧属于一种刺激剂。特大型的设备会缩短工作时间，产生的冷凝物较少，而冷凝物实际上会促使微生物在冷凝器片上的滋生。

温湿度仪

　　象Fluke 971这样的温湿度仪可以完成从干球温度到相对湿度的测量，可以计算湿球温度和露点温度，湿空气动力学指出，这对于HVAC的评估和诊断是非常关键的。

　　·湿球温度非常接近于热函，或者空气中的总热（干球和湿球温度）。在温湿图中，湿球温度线接近平行于热函刻度值。对于采用固定式限流阀测量装置的制冷系统，为了精确进气，回风湿球温度线是强制性的。

　　·蒸发器两侧的新风和回风湿球温度可用于温湿图或热函表来计算总制冷容量、显热和潜热容量，以及S/T比。

　　·利用“CFM×4.5×蒸发器两侧热函差”即可求得总热（Qt = cfm×4.5×△h）。

　　·通过在温湿图上绘制各种状态或从温湿图计算可得到显热致冷和潜热致冷，以及S/T比。

　　·露点对于夏季和冬季的评估都非常关键。管道表面温度必须保持在露点之上，防止在受控区域内外形成凝结。

　　·冬季的室内相对湿度必须保持足够低，确保内墙和窗户表面温度不会接近露点。如果在窗户或墙表面发生凝结，则很可能在裙墙内也发生了凝结。

解决与舒适度相关的问题

　　如果设备没有足够的容量或者是分级的，当基于自动调节装置的干球温度运行时，在部分负载条件下，运行时间会较短，即会发生与湿度相关的抱怨。工作时间越短意味着除去的水分更少。特大型的设备也仅会加剧这种情况，增大不利状态发生的机会。将固定式限流装置改为热膨胀阀将保证在部分负载条件下的最大蒸发容量，并可用更大的盘管表面来除去水分。

　　大多数致冷设备能够承受20%的空气量减少。如果蒸发器空气容积从400 cfm/吨降低为325 cfm/吨蒸发器的温度将会远远低于露点，并从空气中除去更多的水分。这种改动也会朝露点温度降低管道表面温度和通分调节器的温度，影响所占空间的气流模式。

　　除湿装置可在增大湿度的情况下降低空气量。另一种可选的方法是利用定时打开装置，在开始致冷的前5-10分钟内，降低cfm值，然后再切换至计算的cfm值，直到致冷周期结束。可以将便携式除湿器放置在高湿度的区域（例如地下室）来降低湿度、提高吸热，并强制致冷周期更长。请确保间歇性高吸湿性区域（例如浴室、厨房、洗衣服的地方）与室外（不是阁楼或矮设备层）的通风。

解决与露点和/或霉菌相关的问题

　　在非受控区域承载潮湿冷空气的管道必须利用NFPA认证的管道胶粘剂进行密封。管道的任何漏泄都会导致该点的隔热无效，并且很可能会发生凝结。管道包裹物的的隔热层不能被托架压扁。托架必须放置在管道包裹层的下方。管道包裹隔热层必须没有断裂，并且在接缝处要密封。

　　在不受控的阁楼，阁楼温度的升高可能会增大下边天花板的吸热，但是会降低管道发生凝结的机会。在采用较新建筑技术的住宅中，阁楼的温度可能会较低，但是这样会增加管道或空气调节装置表面上发生凝结的机会。密封阁楼的通风孔并添加恒湿器控制的投光灯来提高阁楼的温度，对此有一定的补偿作用。

　　矮设备层具有独特性。一般的矮设备层通风孔的大小不合适，不利于通过通风控制湿度。100%地面覆盖的隔热层沿内墙直到外部地面、密封通风孔、隔热周围的墙壁，并将其做为受控区域一样对待，是控制湿度的最好方法，往往会需要额外的补充除湿设备。矮设备层的空气调节装置必须具有非常好的粒子过滤器，不会发生回风漏泄，减少蒸发器和新风管中微生物及其食物来源。地下室的湿度必须被控制在低于60%RH，以防止微生物滋生。对吸湿性砌墙（煤渣块、砖块、砂浆）刷漆会降低保水性，抑制微生物。

资源

　　如果您对这里简要介绍的复杂课题有兴趣进行更深的研究，可从ASHRAE的网站www.ashrae.org获得更多的资源。ASHRAE手册和月刊是探索问题的极好媒介。在软件部分还提供温湿图，使得计算工作非常方便。其它的HVAC组织包括：

　　·ACCA（美国空调承包商协会）（www.acca.org）

　　·PHCC（美国管道、加热、制冷承包商协会）（www.phccweb.org）

　　·SMACNA（美国金属散热与空气调节承包商协会）（www.smacna.org）

　　·RSES（美国制冷工程师协会）（www.rses.org）

　　湿空气动力学具有自己的专业术语。为了更好地理解不同参数对维持热舒适度的影响，这里列出了本文描述中的一些更加常见的术语：

湿球温度：表示蒸发水的制冷效应，当水分被蒸发到饱和空气时空气将冷却到的温度。

露点温度：水分将会从空气中凝结出来的温度点。

干球温度：由普通的温度计测得的空气温度。

相对湿度：在给定的空气温度下，水蒸气压（当前空气中的水分量）和饱和水蒸汽压（空气中能够维持的水分总量）之比。

代谢率：人体通过活动将化学能转化为热能和功的速率。在ASHRAE 55中，这个速率是用“代谢单位”（18.4 Btu/h*ft2）表示的。

显热致冷：人、电器、太阳辐射和渗透等因素造成的吸热，每一因素都对房间、办公室等环境增加显热负载。这种显热负载会使干球温度上升。不改变空气中的水分而使感觉温度或干球温度降低的过程就称为显热致冷过程。

潜热致冷：通过植物、人、烹饪和其它来源，会将大量的水分扩散到空气之中。潜热致冷指的是空气中水分凝结，从而湿球温度、露点和湿度降低，但是干球温度保持不变的过程。

S/T比：显热和总热之比，又称为显热比。在制冷系统的总容量之中，存在显热容量和潜热容量。显热容量通过吸收热量、降低干球温度来冷却空气；潜热容量通过吸收蒸汽的潜热从空气中除去水分，并不改变实际的干球温度。当和温湿图一起使用时，S/T比能够说明在什么温度下，冷却盘管必须工作才能除去显热和潜热。

“臭袜综合症”：在寒冷季节发生的一种常见现象，形容室内盘管上燃烧的空中污染物产生的一种气味，一般发生在热力泵的除霜周期。

克洛（col）：一个测量单位，表示衣服或其它衣着提供的隔热量。

　　·例子：由内裤、体恤衫、长统袜、鞋、长裤、长袖衬衣、双排扣（厚）夹克组合在一起的总隔热量为1.14 col*

　　·例子：由内裤、短袖紧身运动衣、散布短裤组合在一起的总隔热量为0.31 clo*

　　* ASHRAE 55-2004规定的克洛值