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冬季如何克服室内湿冷问题 精选

已有 21370 次阅读 2015-1-28 08:52 |系统分类:科研笔记

冬季如何克服室内湿冷问题

许鹏

  大家形容南方冬季的冷经常用湿冷两个字。就是又冷又潮。衣服晾不干,睡觉的被子和穿的鞋子都是湿漉漉的。但是同样气候下的日本的九州,冬季却普遍采用加湿器。使用地暖的家庭,普遍也会觉得室内干燥。南方冬天室内过冷大家没有什么争议,但是到底是湿还是干,以及如何克服潮湿问题似乎不是特别清楚。要弄明白这个问题需要涉及一个特别的学科,就是湿空气学。这门学问比较冷僻,即使是工科学生大多数也不了解,这里我给大家简单介绍一下最基本的原理。

  大家在学习初中物理时已经了解空气的构成。空气主要是由氮气、氧气、惰性气体以及二氧化碳等微量的气体构成。在湿空气学里,这些气体统称为干空气,与之相对应的是空气中的水蒸气。现实生活中的空气总是含有水蒸气的。那么空气中有多少水蒸气呢?

  根据理想气体方程:

  PV=nRT

  P 是压力,V是体积,R是常数,T是温度,n是空气摩尔数,就是空气中各种分子的数量。这个方程很不简单,它揭示了单位体积里面,在一定的压力和温度下,只能装固定数量的气体分子。数量的总数是一定的,无论你装哪种气体分子。

  发明理想气体方程的是法国人埃米尔·克拉佩龙。第一次接触学习这个公式的时候,会惊叹有人能把复杂现象归结为这么简单的方程,实在太了不起了。可惜今天你去法国,恐怕没有什么人知道他,大家只记得那些会画裸体及光与影的画家了。

  所以在实际空气中,当温度和压力是一定的时候,水分子的比例越高,干空气的比例也就越低。大家知道在一个大气压下,水在100度的时候会沸腾蒸发。在100度的时候,蒸笼里的水蒸气可以把所有的干空气都赶跑,做到都是100%的水蒸气。同样一个蒸笼,在普通室内温度下,水也会蒸发。但是因为温度低,水分子不是那么给力,只能把一小部分干空气赶走。在贴近水面的地方,在水分子最多的地方,水分子含量相对应的水蒸气压力,叫做饱和蒸气压力。

  这个饱和状态的水蒸气分子含量,就是在这个温度下的最大可能的水蒸气比例。这个比例随着温度的上升而上升。当100度的时候,可以变成100%的水蒸气。当5度的时候,空气中没法装那么多的水蒸汽,最多只能是0.007g/m3的水蒸气。当25度的时候,可以是0.018g/m3的水蒸气。

  那么我们看看人体对于湿的感受是怎样的。人体的皮肤是感觉不到空气中有多少水蒸气分子的,要是能够感觉到就好了,可以省去很多科学仪器的费用。靠鼻子闻也没有用,水蒸气是没有味道的,即便是狗的鼻子也闻不出空气中水分子的味道。人对于空气中水分子的感受来自于皮肤与鼻腔表面水分的蒸发快慢。蒸发得快了,我们感觉到干燥,蒸发慢了,我们觉得潮湿。

  而水分蒸发的快慢一方面取决于现在空气中已有的水分子的含量,更取决于空气中能够装下的最大水分子的含量。实际上蒸发的快慢,取决于这个两个含量的差值。 就是说,即使空气中的水分子含量很低,但是如果空气中最大能够装下的水分子含量也很低,我们仍然觉得潮湿。同样,有时空气中水分子的含量明明已经很高了,但是如果这个时候空气中能够装下的水分子含量可以更高,我们仍然会觉得干燥。

  简单起见,我们把水分子实际在空气中的含量叫做绝对湿度。把两个含量的百分比表达为相对湿度。绝对湿度说的是空气中水分的多少,相对湿度则是人体的感受。50%的相对湿度是最舒适的。当相对湿度超过100%的时候,就是空气中水蒸汽的含量超过最大允许值的时候,空气中的水分会析出,产生结露。

  我们回到南方和北方的冬季室内,来看看所谓的湿冷的情况。

  在冬季,比如在5度的时候,水蒸气的含量极限是0.007g/m3。在20度的时候,水蒸气的含量极限是0.018g/m3。如果南方和北方冬季室内绝对湿度相同,水蒸气含量都是0.006g/m3,北方冬季采暖房间,人会觉得空气非常干燥,因为皮肤和口鼻表面水分蒸发很快;在南方没有采暖的环境条件下,人会觉得潮湿,衣服晾晒会长期不干。

  所以南方的冬天并不是湿度大的问题,因为绝对湿度并不高。室外空气的绝对湿度取决于江河湖海的表面温度。冬季湖水表面温度低,蒸发量小。长江沿线的四大火炉,夏季异常闷热的桑拿天一般出现在长江表面温度超过30度的时候。冬季是室内温度低而导致的相对湿度较高。所以在南方用地暖的家庭和在日本九州普遍采暖的家庭,都有这样的感受,就是如果开启采暖,那么室内是需要加湿而不是除湿的。

  人的感受是这样的,那么为什么在相对湿度大的环境下,人们会觉得格外的寒冷呢?湿度升高并不有利于人体散热。而人体水分蒸发会起到降低体温的效果,这在夏天大家都有感受。湿度大的情况下,人会觉得格外的闷热。为什么冬天却是相反的呢?

  人们觉得湿的环境下更加冷,是因为衣服棉絮表面结露引起的。棉花之所以保温是因为纤维中的空气,空气的导热性能很低,起到了保暖的作用。空气中的水蒸气只要是气态,即使比例升高也不会影响空气的保温性能。 但是衣服的纤维温度过低的时候,水分子会在其表面发生结露现象。棉纤维一旦被打湿,导热性能会显著提高,从而失去原有的保暖功能。脚上生过冻疮的人会有印象,冬天的棉鞋经常是湿漉漉的。

  大家错觉觉得南方的冬天潮湿,还有一个原因就是窗户和外墙表面结露。 在冬季的早上,如果是单层窗户,经过一个夜晚,经常看见窗户的内侧结露流水。有时结露现象之严重会把窗帘打湿。没有保温的外墙的内表面有时也会结露,有时会打湿墙纸,经常结露的地方会滋生霉菌,影响居住健康。结露的本质并不是室内湿气太重,而是因为窗户和外墙的内表面太冷。一个晚上人体呼吸散发出来的水分子,在这些冷表面凝结起来。无论你接受不接受,冬季窗户上的露水实际上大部分来自你的肺。如果你不幸生病的话,露水里面也会充满细菌和病毒。


  湿冷现象不是南方特有,只要室内温度过低,就会结露。结露在保温性能差的北方也会发生。北方如果不采暖室内也是一样又湿又冷。在过去普遍采用单层窗户的北方房屋,早上起来玻璃上会有窗花,其实就是呼吸出来的水汽,遇到窗户冷表面,凝结固化成冰的现象。所以北方的暖气片一般放在窗台下面,一方面是避免冷风感,一方面是防止窗户结霜。

  要解决南方冬季潮湿的问题,关键还是要提高室内温度。南方的冬天并不潮湿,是因为普遍温度过低导致的相对湿度过高。如果室内加热到18度以上,潮湿感会自然消失。但是局部空间局部时间,时开时停的采暖方式不靠谱,因为那样房间的冷表面太多,结露之处都有滋生霉菌的可能。冷表面也会带来冷辐射感。人体对温度的感受几乎一半是来自周围墙体表面的辐射而不仅仅是空气温度。 这也是为何经常空调要开到25度才会觉得舒适,因为墙还没热起来。卫生间的毛巾也是全天不干。采暖需要全区域连续采暖。

  另外一方面单纯的采暖是不够的,因为一旦采暖,随着温度的升高,室内空气能够承载的水蒸气含量会上升。 水蒸气一旦碰到室内冷表面一定会结露。如果不解决房子的保温问题,即使土豪们愿意花大价钱猛开暖气,墙壁和窗帘霉湿的问题依旧无法解决。




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