广州大学 何梓豪 曹嘉琦 裴清清
东北工业大学 许雷
摘 要：住宅卫浴间的淋浴空间内存在地面湿滑、长期高湿、霉变严重等问题，其卫生性和舒适性都有待提高。本文测试了卫浴间的湿度变化和潮湿状况，并采取机械通风方式和加热方式，观察其实际除湿效果。
关键词：潮湿；除湿；通风；加热；空气品质
0 引言
广州地区地处中国南方，属于海洋性亚热带季风气候，夏季高温、高湿，冬季阴冷、潮湿。这种长期潮湿的环境加上现代人对卫生要求的不断提高，每天沐浴已经成为了广州地区居民一种生活习惯，在炎热的长夏，有些居民一天甚至洗两三次澡。这种洗浴习惯使得卫浴间内积聚了大量的水蒸气，严重加剧了卫浴间的潮湿状况。
潮湿空气对住宅卫浴间的环境具有众多不良影响。从设备安全角度看，由于卫浴间内空气的相对湿度接近100%，使得空气中的水蒸气十分容易在设备、电气管路表面结露，从而产生安全隐患。从人体健康角度看，由于长期潮湿造成卫浴间墙壁表面长出霉菌，而这些霉菌对人体健康会产生诸多不良的影响，比如会使得居住者患上如过敏性哮喘、过敏性鼻炎等变态反应性疾病[1]，严重威胁人体健康。
一般情况下，可以通过开窗等自然通风方式将卫浴间内高湿空气排到室外，在较短的时间内就能下降到可接受的湿度范围内。然而，广州地区的高湿环境使得利用自然通风方式除去卫浴间的高湿度空气变得十分困难。在自然通风的基础上辅以其他方式，才能保证卫浴间拥有相对干燥舒适的环境。其中，最常用的莫过于机械通风方式。这种方式通过排风机将卫浴间内的高湿空气和污染物抽走，同时使卫浴间内产生负压，让新鲜空气从门缝或百叶进入卫浴间，同时确保卫浴间内的高湿空气和污染物不会扩散到其他房间[2]。
广州地区在高湿天气期间，机械通风未必能完全满足除湿需求，还需辅以其它除湿方式，故本研究将对广州地区某住宅卫浴间进行测量，并采取机械通风及加热等综合措施，观察其实际除湿效果。
1 实验测量
1.1 实验卫浴间的基本概况
本文实验对象为广州地区某住宅卫浴间，此住宅卫浴间为六面体结构（长2000mm×宽1700mm×高2500mm），并在东面墙体上设置有一扇窗户，排风扇设置于卫浴间侧墙上方，加热装置（1.2kW）则安装在卫生间进风口处。考虑到人们通常是在夜间进行洗漱，同时为了避免太阳透过窗户直射到卫浴间所造成的辐射影响，故实验设定在夜间进行。
卫浴间下方有一尺寸为20mm×700mm的细长缝隙，可视为进风口进行处理。卫浴间内设有三个卫生器具，分别为一个淋浴喷头、一个盥洗盆、一个坐便器，满足《住宅设计规范》（GB 50096–2011）条文5.4.1要求[3]。在实验中，分别在夏季室外湿度状况良好以及在冬春交替期间室外湿度状况恶劣的条件下，在居住者淋浴后，采取或不采取机械通风和加热措施，并测量卫浴间的潮湿状况。
1.2 评判标准
一般情况下，居住者在卫浴间的停留时间并不算太长，舒适性要求可以稍微降低，而更应关注卫生要求。若卫浴间缺乏良好的通风换气而室外湿度环境又较为恶劣，则会使得墙壁出现结露发霉的现象。有调查研究表明，诸如青霉菌、曲霉属真菌、枝孢属真菌经常出现在相对湿度为75%到95%之间的墙壁上[4]。参考《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB 50736–2012）条文3.0.3对Ⅱ级热舒适级的要求[5]，为了保证卫浴间不滋生霉菌，同时也考虑到卫浴间的湿度要求不必过于苛刻，本文将采用75%RH作为可接受的、安全卫生的湿度标准，即当卫浴间内相对湿度降低至75%或以下时，除湿手段可视为有效。
1.3 测点布置情况
在本实验中，把卫浴间根据形状尺寸等分成4个区域，综合考虑人们身高以及活动范围，在高度为600mm、1200mm、1800mm处各设置一个平面，保证每个区域、每个平面都至少有一个测点，并在排风口中心各布置1个测点，合共14个测点，如图1所示（进风口f在门口处，未标出）。
图1 卫浴间内测点布置情况
结合实验卫浴间的具体尺寸，将每个测点的三维坐标确定下来：
（1）高度Z=0.6m的1平面上的各个测点坐标分别为a1(-425, 500, 600)，b1(425, 500, 600)，c1(-425, -500, 600)，d1(425, -500, 600)；
（2）高度Z=1.2m的2平面上的各个测点坐标分别为a2(-425, 500, 1200)，b2(425, 500, 1200)，c2(-425, -500, 1200)，d2(425, -500, 1200)；
（3）高度Z=1.8m的3平面上的各个测点坐标分别为a1(-425, 500,1800)，b1(425,500,1800)，c1(-425, -500, 1800)，d1(425, -500,1800)；
（4）以及排风口处的一个测点e(0, 0, 2500)。
1.4 测量仪器
（1）湿度测量
本实验采用AM2315数字温湿度传感器（湿敏电容数字温湿度复合传感器），其湿度测量范围为0~99.9%RH，精度为±2%RH；温度测量范围为-40~120℃，精度为±0.3℃。
（2）通风量测量
本实验使用热球风速仪测量室内风速，热球风速仪携带方便，对于住宅室内这种风速较低的情况测量结果准确，测量范围为0.05~10m/s，误差为±4%U，分辨率为0.01m/s。
1.5 实验方案
环节一：在室外湿度条件良好的情况下，实测卫浴间在经过淋浴后开启机械排风情况下的潮湿状况；
环节二：在室外湿度条件恶劣的情况下，实测卫浴间在经过淋浴后开启机械排风情况下的潮湿状况；
环节三：在室外湿度条件恶劣的情况下，实测卫浴间在经过淋浴后没有开启机械排风情况下的潮湿状况；
环节四：在室外湿度条件恶劣的情况下，实测卫浴间在经过淋浴后同时开启机械排风和空气加热装置情况下的潮湿状况。
1.6 实验步骤
（1）在卫浴间内及进风口处布置测点；
（2）打开淋浴喷头（淋浴水温约为40℃），连续开启30min，模拟三人连续淋浴；
（3）30min后关闭淋浴喷头，在环节一、二中需同时开启机械排风装置，环节三中不用开启机械排风装置；环节四中同时开启机械排风装置和加热装置；
（4）记录各个测点的温湿度数据。
2 实验过程与数据分析
2.1 室外湿环境状况良好时有机械排风的实测情况（环节一）
实测时段进风口的温度和相对湿度在25.2~26.5℃、52.1~57.7%之间波动。由于室外气候环境较佳，故室内并未采取特殊措施控制温湿度，仅仅进行必要的自然通风，从而使得住宅室内空气状态与室外趋于一致。淋浴前，卫浴间墙面较为干燥，而淋浴结束后，墙上已经产生了明显的潮湿表面，出现挂水现象。
淋浴后及时进行测试，然后将不同高度平面的测点数据进行算术平均，与排风口处的测点数据结合，绘制出图2。
图2 卫浴间内空气相对湿度随时间变化曲线
通过排气扇强制排风，维持卫浴间内的负压，由于室外湿度环境较好，从而通过门缝吸入的外部空气能够很好地稀释卫浴间内的高湿空气。从图2中可以看出，在淋浴结束后卫浴间内及排风口处湿度均接近饱和。进入卫浴间内部观察得知，即便卫浴间采取干湿分区措施，用玻璃门隔开淋浴区与非淋浴区，玻璃门外的非淋浴区墙面也已经出现了凝结水。打开排气扇后，卫浴间内的相对湿度在一开始的时候下降得较为迅速，但随着时间的推移，室内外相对湿度差变小，从而使得相对湿度下降速度渐渐趋于缓慢。至于排风口的相对湿度较室内高，原因在于排风过程中，室内的空气基本上都是经过排风口排到室外，水蒸气在排风口处浓度较高，从而造成排风口处的相对湿度较高。在机械排风的辅助下，卫浴间内的相对湿度不到半小时就下降到了目标要求的相对湿度（≤75%）。
由于本环节实验是在室外环境湿度条件良好的情况下进行，所得出的结果仅适用于研究卫浴间内机械排风对湿度的影响的基本状况，并作为参照组与之后的实验结果进行对比。
2.2 室外湿环境状况较差时有机械排风的实测情况（环节二）
本环节和下一环节实测的天气背景是华南地区中特有的“回南天”天气——连续数日阴雨连绵，雾气笼罩着整个广州城区，室外温度在14.3~15.7℃范围内波动，相对湿度则在95~99.9%之间徘徊。通过实测可知，进风口相对湿度在关闭门窗的情况下处于90%左右、温度为15~16℃之间。在这种恶劣的天气中，各家各户都会紧闭门窗，仅留下必要的空间通风，防止室外水蒸气分压力大的水蒸气侵入室内，在实验中也采取了这种方式以降低室内相对湿度。尽管如此，在进行淋浴之前，仍已观察到卫浴间墙壁上有凝结水析出。
测试后将不同高度平面的测点数据进行算术平均，与排风口处的测点数据结合，绘制出图3。
图3 卫浴间内空气相对湿度随时间变化曲线
卫浴间利用机械排风产生负压，通过门缝吸入的新风其相对湿度在90%左右，与卫浴间内空气相对湿度十分接近，应用这种方法置换卫浴间内潮湿空气的速率就会十分缓慢。更重要的是，此时墙面上出现凝结水（淋浴前就已经存在），说明墙壁表面附近的空气相对湿度已经十分接近100%，在这种情况下，与相对湿度为90%的主体空气进行对流传质，并不能起到很好的置换作用。所以尽管两个环节均采用机械排风措施，但二者的除湿效果相差巨大。
从图3中可见，虽然卫浴间内相对湿度在半小时后逐渐稳定在92%，但是在通风60min后排风口湿度依旧在95%以上。之后继续监测12h，保持相同的通风环境，可观察到卫浴间内的墙面依旧有水膜覆盖，排风口以及卫浴间内部的相对湿度远未达到卫生及舒适性要求。
由此可见，若室外湿度环境并不理想，甚至十分恶劣的话，单凭机械排风手段是远难达到预期除湿效果的。而且更为糟糕的是，如果为了通风而让卫浴间内的排气扇长期开启，以维持卫浴间的负压，而其他部位又仅仅进行自然通风，这样一来就会使该住宅单元整体都存在负压状态，使室外潮湿空气源源不断地通过各种渠道进入室内，加剧室内的潮湿状况。
2.3 室外湿环境状况较差时无机械排风的实测情况（环节三）
在本环节中，室外气象条件与2.2节基本一致，只是在淋浴之后并不开启机械排风装置在进行测试后，仍如上述两环节一样处理，并绘制出图4。
从图4中可见，在没有机械排风的条件下，即便经过很长时间，卫浴间内的潮湿空气仍未排出卫浴间。由于室外空气接近饱和状态，室内外空气的相对湿度非常接近，即便是自然通风效率很高，也达不到降低卫浴间内空气相对湿度的目标。在这种情况下，由于通风不畅，卫浴间的潮湿情况比起辅以机械通风的情况下更为恶劣。正如图4所示，只靠自然通风的话，即使经历10个小时，卫浴间内的相对湿度依旧在95%以上。10h后进入卫浴间内部，发现此时墙壁以及地面仍有大量的凝结水积聚，这种恶劣的潮湿状况甚至影响到了与卫浴间相邻的起居室。考虑到此时住宅门窗都是紧闭的，外界环境对住宅室内的影响微乎其微，起居室内的相对湿度由淋浴前的89%升至91%，这原因只能是卫浴间内的高湿空气扩散到了起居室内。这将导致起居室内的物体吸收更多的水蒸气，造成书籍、墙壁发霉，并严重威胁人体健康。
2.4 室外湿环境状况较差时机械通风与加热并用的实测情况（环节四）
在本环节中，室外气候条件与2.2节基本相同，但在淋浴后，同时开启机械通风和加热装置。仍如上述环节一样对数据进行处理，并绘制出图5。
图4 卫浴间内空气相对湿度随时间变化曲线
与之前三个环节的实验结果不同，本环节中排风口处的空气湿度下降得比卫浴间更快，其原因在加热装置是设置在排风口处，造成排风口处的空气温度要高于卫浴间内部的空气温度，故而排风口的相对湿度会低于卫浴间内部。
在本环节中，对空气进行加热的过程可视为等含湿量加热过程。随着温度上升，空气中的饱和水蒸气压力不断上升，在含湿量不变的情况下，这将使得相对湿度不断降低。从图5可以看出，在机械通风的基础上引入加热方式后，能够在35min内将相对湿度降低到75%，达到目标的相对湿度。当然由于采取了加热装置，根据实测，卫浴间内温度上升了3.5℃，这是不可避免的，但考虑到当时室外温度在14.3~15.7℃，温度的提高不但没带来消极影响，还能提高人体的舒适感。并且，在采取这种除湿措施的60min后，进入卫浴间内部观察，发现大部分的墙面已经变为干燥，只剩下少部分墙面仍留有水滴，这对遏制霉菌滋长具有相当重要的作用。
图5 卫浴间内空气相对湿度随时间变化曲线
采用这种方式，卫浴间内的湿度条件能在大约半小时内达到1.2节提出的目标要求，故在室外气象条件恶劣的条件下，机械通风与加热方式相结合是较为合适的除湿方式。
3 结语
在广州地区，影响卫浴间热舒适的最大问题在于湿度过高，如果有效解决卫浴间高湿问题是重中之重。通过以上四个实验结果的比较可以看出，单纯的机械排风仅仅在室外湿环境状况较好时有效，在这种条件下，不到半小时就能达到75%RH的目标。而一旦遇上类似“回南天”这种室外湿环境恶劣的状况，仅凭机械通风并不能够起到良好的除湿效果，即便开了一个多小时的排气扇也无法将室内的相对湿度降低到90%以下，更不必说只采用自然通风的方式来降低相对湿度，此时，需要在机械排风的基础上辅以加热空气的方式，方可取得较为理想的除湿效果。
参考文献
[1] K Ara,M Aihara,M Ojima,Y Toshima,C Yabune. Survey of fungal contamination in ordinary houses in Japan[J]. Allergology International.2004,53(4):369–377.
[2] 王蕾. 室内空气品质与新风量关系的模拟研究与探讨[J].四川建材，2010,36(2).
[3] GB 50096—2011 住宅设计规范[S].
[4] H.L.S.C. Hens. Fungal Defacement in Buildings: A Performance Related Approach[J]. Hvac & R Research.1999,5(3):265–280.
[5] GB 50736–2012 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].
备注：本文收录于《建筑环境与能源》2017年5月刊总第5期。
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