Kiểm soát độ ẩm và nhiệt độ là điều cần thiết trong các môi trường đa dạng như nhà kính, trung tâm dữ liệu, văn phòng và cơ sở công nghiệp. Nhưng bạn không thể kiểm soát những gì bạn không đo lường được. Bài viết này bắt đầu bằng việc xem xét ba cách đo độ ẩm và xem xét tính hữu ích của từng loại phép đo; xem xét mối quan hệ giữa độ ẩm và nhiệt độ, đồng thời xem xét các yếu tố liên quan đến mức nhiệt độ và độ ẩm tối ưu cho trung tâm dữ liệu, tòa nhà thương mại và nhà kính.

Độ ẩm, không phải tất cả đều tương đối

Có ba cách phổ biến để đo độ ẩm, tuyệt đối, cụ thể và tương đối:

• Độ ẩm tuyệt đối được đo bằng khối lượng hơi nước trên một khối lượng không khí khô (thường tính bằng gam trên kilogam) hoặc khối lượng hơi nước trên một thể tích không khí ẩm (tính bằng gam trên mét khối).
• Độ ẩm riêng là tỷ số giữa khối lượng hơi nước trên tổng khối lượng của khối không khí ẩm.
• Độ ẩm tương đối (RH) là phép đo phổ biến nhất được sử dụng để kiểm soát môi trường và cho biết mức độ ẩm tuyệt đối so với độ ẩm tối đa có thể ở cùng nhiệt độ.

RH được sử dụng để kiểm soát môi trường. Nó phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất của không khí. Lượng hơi nước cần thiết để đạt được độ bão hòa (100% RH) tăng khi nhiệt độ tăng – cùng một lượng hơi nước trong không khí mát hơn sẽ dẫn đến độ ẩm tương đối cao hơn. Ví dụ, một mét khối không khí ở mực nước biển và +8°C có thể chứa khoảng 8 g nước. Khối lượng không khí tương tự ở +30°C có thể chứa khoảng 28 g hơi nước.

Điểm sương là một thông số quan trọng khi xem xét kiểm soát độ ẩm. Đó là nhiệt độ không khí cần được làm mát đến (ở áp suất nhất định) để đạt được 100% RH. Nếu không khí được làm mát hơn nữa, hơi nước sẽ thoát ra ngoài dưới dạng chất lỏng.

Độ ẩm phù hợp là bao nhiêu?

Độ ẩm thích hợp phụ thuộc vào nhu cầu của hoạt động. Trong các trung tâm dữ liệu, việc tối ưu hóa môi trường để làm mát thiết bị hiệu quả nhất và vận hành thiết bị đáng tin cậy là rất quan trọng. Sự thoải mái của con người là chìa khóa trong các văn phòng và tòa nhà thương mại, còn trong nhà kính, độ ẩm cần phải tối ưu để có thể sản xuất tối đa. Việc xác định mức độ ẩm phù hợp liên quan đến việc sử dụng sinh lý học và tâm lý học. Tâm trắc học, đôi khi được gọi là phép đo độ ẩm, là chuyên ngành kỹ thuật liên quan đến các đặc tính vật lý và nhiệt động của hỗn hợp khí-hơi như không khí ẩm.

Con người, thực vật và trung tâm dữ liệu

Theo Cơ quan Quản lý an toàn và Sức khỏe nghề nghiệp (OSHA), nhiệt độ trong văn phòng phải từ +68°F đến +76°F (+20°C đến +24,4°C) với RH từ 20% đến 60%. Trong các khu dân cư, nhiệt độ phải được đặt ở mức thoải mái cho người ở, với phạm vi RH khuyến nghị từ 30% đến 50%.

Thực vật phức tạp hơn. Nhiệt độ nhà kính lý tưởng là từ +64°F đến +75°F (+18°C và +23,9°C), tùy thuộc vào loại cây trồng. RH tối ưu cho cây trồng là 65% đến 75% vào ban đêm và 80% vào ban ngày. Độ ẩm nằm ngoài những khuyến nghị đó có thể cản trở quá trình sinh học của thực vật, dẫn đến cây trồng tăng trưởng chậm hơn và/hoặc chất lượng thấp hơn (Hình 2).

Enthalpy là yếu tố quan trọng cần cân nhắc trong việc làm mát trung tâm dữ liệu. Nó đo tổng hàm lượng nhiệt trong một mẫu không khí và được sử dụng để xác định lượng không khí trong lành bên ngoài có thể được thêm vào không khí tuần hoàn để giảm thiểu tiêu thụ năng lượng và chi phí làm mát. Enthalpy xem xét cả không khí khô và độ ẩm trong mẫu không khí và được thực hiện bằng cách sử dụng các đường cong tâm lý xác định khi nào không khí ngoài trời có thể được thêm vào hệ thống để cải thiện hiệu quả làm mát (Hình 2).

Mặc dù việc làm mát là yếu tố quan trọng nhất cần cân nhắc để kiểm soát độ ẩm trong trung tâm dữ liệu nhưng đó không phải là yếu tố duy nhất cần cân nhắc. Nếu đạt tới điểm sương, có thể dẫn đến hiện tượng ngưng tụ, làm giảm độ tin cậy của thiết bị. Độ ẩm thấp có thể dẫn đến tĩnh điện và làm hỏng các bộ phận nhạy cảm. Sự biến động quá mức của độ ẩm có thể khiến các bảng mạch giãn nở, co lại và làm hỏng mạch hoặc linh kiện. Ngoài ra, một số thiết bị, như ổ băng từ và phương tiện truyền thông, có thể nhạy cảm với những thay đổi về độ ẩm ở mức thấp tới 5% một giờ.

Truyền đạt độ ẩm và nhiệt độ

Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ giao tiếp với bộ điều khiển hệ thống HVAC bằng một số công nghệ phổ biến. Tùy thuộc vào kiến ​​trúc hệ thống, các tùy chọn phổ biến nhất bao gồm:

• Độ ẩm và nhiệt độ có thể được truyền đạt bằng cách sử dụng vòng dòng điện tương tự 4 đến 20 milliampere (mA, một tiêu chuẩn truyền thông cảm biến mạnh mẽ và được thiết lập tốt. Dòng tín hiệu không bị ảnh hưởng bởi sự sụt giảm điện áp trong vòng truyền thông nếu điện áp được cung cấp lớn hơn tổng điện áp rơi xung quanh vòng lặp ở dòng tín hiệu tối đa 20 mA.
• Nhiệt độ có thể được đo và truyền đạt bằng cách sử dụng điện trở nhiệt có hệ số nhiệt độ âm (NTC) có điện trở giảm khi nhiệt độ tăng. Điện trở có thể cung cấp các phép đo nhiệt độ tương tự chính xác với hiệu chuẩn phù hợp ở nhiệt độ cài đặt, thường là +25°C.
• Độ ẩm và nhiệt độ có thể được truyền đạt bằng kỹ thuật số bằng cách sử dụng thông tin liên lạc của thiết bị đo từ xa bán song công (RTU) Modbus RS485. Giao thức này truyền dữ liệu nối tiếp qua liên kết hai dây giống như các kết nối được sử dụng cho vòng lặp hiện tại, giúp dễ dàng triển khai.

Tham khảo chi tiết để lựa chọn cảm biến đo phù hợp với nhu cầu thực tế

Theo Digikey