室内衣物晾干过程水排放速率实测及其对热舒适影响的全尺度研究

【字体: 时间:2025年05月27日 来源:Indoor Environments

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  为探究被动室内晾衣的影响,研究人员在 40 m3 实验舱 IRINA 中,针对棉和聚酯衣物,监测晾衣过程的水排放速率及热舒适变化。发现棉织物水排放率最高达 360 g?h?1,室内温度下降 0.5~3.8 °C,为通风设计提供数据支撑。

  在现代家居生活中,衣物晾干是再平常不过的日常场景,但其对室内环境的影响却远比人们想象的复杂。随着环保理念的普及,被动晾干(即不使用烘干机,通过自然或室内通风晾干)因零能耗特性被大力推广,然而这一做法在带来节能优势的同时,也可能引发室内湿度升高、温度波动等问题,进而影响居住者的健康与舒适。比如,高湿度环境易滋生尘螨和霉菌孢子,威胁室内空气质量;而水分蒸发的吸热过程又可能导致室内温度下降,尤其在冬季对热舒适产生显著影响。但长期以来,学界对室内晾衣过程中水分转移的动态规律、热湿环境的具体变化以及对人体舒适的量化影响缺乏系统数据,这使得建筑设计和通风系统规划难以精准应对此类场景,导致被动晾衣的实际应用陷入 “节能却可能牺牲舒适” 的两难境地。
为填补这一研究空白,法国研究人员依托 40 m3 的实验舱 IRINA(Innovative Room for INdoor Air studies),开展了一系列全尺度实验,旨在量化室内晾衣过程的水排放特征及其对热舒适的影响。相关研究成果发表在《Indoor Environments》,为理解和优化室内晾衣行为提供了重要科学依据。

研究人员采用的关键技术方法包括:利用高精度称重设备(Ohaus R71MD15 天平,精度 ±2 g)实时监测晾衣过程中衣物的质量变化,以确定水分蒸发速率;通过 SHDP-150 Kimo 探头同步记录实验舱内温度(分辨率 0.1 °C,精度 ±0.25 °C)、相对湿度(精度 ±1.5% RH)和绝对湿度的动态变化;实验舱的空气交换率(ACR)控制在 0.25±0.05 h?1,并通过注入 CO?示踪气体验证通风效率。实验选取具有代表性的棉和聚酯纤维毛巾(各 4 kg 干重),模拟典型洗涤场景(40°C 水温、1600 rpm 脱水转速),涵盖不同洗涤剂组合,以确保实验条件贴近真实生活。

3.1 洗涤参数对衣物残留水分的影响


通过对比 400~1600 rpm 脱水转速下的残留水量,发现棉质衣物的水分残留量显著高于聚酯纤维。当转速超过 1000 rpm 后,棉质衣物的残留水量下降趋缓,而聚酯纤维仍持续降低。洗涤剂类型(液体 / 粉末)和柔顺剂的使用对残留水量无显著影响,证实脱水转速和纤维材质是决定水分残留的关键因素。实验选定棉质衣物(约 2000 g 残留水分)作为主要研究对象,因其在室内晾衣中贡献更多水分释放。

3.2 晾衣过程的湿度动态与排放速率


实验表明,晾衣初始阶段(0~2 小时)水分排放速率极高,峰值达 360 g?h?1,随后逐渐下降并进入准稳态阶段(10~25 小时,平均 50 g?h?1),最后因衣物水分耗尽而持续降低。通过称重法和湿度监测法的对比,证实实验舱内表面对水分的吸附可忽略,确保排放速率数据的准确性。这一动态过程与气 - 固界面的水分浓度梯度直接相关,高湿度梯度驱动初期快速蒸发,随舱内湿度升高,梯度减小导致速率下降。

3.3 晾衣对室内温度的影响


水分蒸发的吸热效应导致实验舱内温度显著下降,最大降幅达 3.8°C,且初始相对湿度越低,温度降幅越大。这是由于低湿度环境下,衣物与空气的水分梯度更大,加速蒸发并消耗更多热量。温度变化呈现先降后升的趋势,后期回升与外部环境波动有关,但整体冷却效应在晾衣初期尤为显著。

3.4 热舒适影响评估


基于 ASHRAE 55–2023 标准,通过 PMV(Predicted Mean Vote)模型评估两种冬季典型场景的热舒适:场景 1(衣物热阻 0.74 clo,轻量冬季着装)在晾衣 6 小时后脱离舒适区,温度低于 20.4°C;场景 2(1.0 clo,标准冬季着装)在温度降至 18.5°C 时短暂脱离舒适区。结果表明,室内晾衣对热舒适的影响程度与着装热阻密切相关,轻量着装更易受低温影响,而高湿度虽未直接突破舒适阈值,但与温度协同作用加剧了不适感。

研究通过全尺度实验首次系统量化了室内被动晾衣的热湿影响,揭示了水分排放的三阶段动态规律(快速蒸发、准稳态、衰减期),并建立了初始湿度与温度降幅的线性关联。结果表明,被动晾衣虽节能,但在通风不良的室内环境中可能导致显著的热舒适失衡,尤其在冬季需警惕低温与高湿的叠加效应。研究为建筑通风系统设计(如个性化通风速率优化)和家居晾衣策略(如选择高脱水转速、优先在通风良好区域晾衣)提供了关键数据支撑,有助于平衡节能目标与居住舒适性。未来研究可进一步拓展至夏季场景,探究晾衣对高温环境的潜在缓解作用,以及不同气候区的适应性策略。

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