湿度管理,一直以来被人忽视,但随着近年来工业门类愈加细分,生产制造要求提高,湿度控制越来越成为制约各行各业产品工艺提升的细分赛道。与此同时,国内高分子材料科学研发的发展,产业化步伐也开始阔步向前。

作为国家 863 成果转化项目,衡元高分子就是国内专注研发调湿材料的企业。近期,动点科技对话其创始人沈跃华,深入了解湿度管理的发展趋势和应用创新。

湿度管理概念萌生

湿度管理,就是按照标准把环境中水分子的密度控制在一定范围内。湿度高的环境,水汽的密度更高,相对潮湿,比如江南的梅雨天空气很潮湿。湿度低的环境中,水汽的密度更低,则更为干燥。一般许多食品和中草药适合保存在干燥的环境,以维持其特性。

在做防潮方案的过程中,沈跃华发现所有的材料不都是越干越好,比如有些药品在一定的湿度下更利于保存和发挥药效,以及一些历经沧桑的文物,更是由于不同质地对于湿度的要求极为苛刻。在接收到各种各样的湿度需求时,沈跃华开始留心把其作为研发方向。

此前,调湿材料一直是国外品牌的天下,2006 年是一个转折点。当年上海博物馆在网上搜寻能为 2010 年上海世博会做湿度管理的厂商寻求合作,沈跃华及其团队凭借对湿度的理解拿到了这个机会。沈跃华很动容,“承担这个国家计划对我来说是一个从单向的吸湿防潮材料到双向精准调湿材料的一个转折点。” 最终,在 2010 年世博会期间,衡元高分子为中国馆的青铜器和墨西哥馆的油画提供湿度保护。

沈跃华表示,衡元高分子的技术成果在于研究了各种物质的调湿机理,然后在不同的调湿机理组合之后可以符合不同需求,即用功能性复合材料配成各种湿度配方,来达到精准的湿度以满足不同客户的需求。

“以前进口产品在这一块运用较多,后来做了研发之后,从十一五计划到十三五计划都开始慢慢在文物的展柜以及库房里面用国产的调湿产品。” 这种双向调湿材料不仅对于湿气收放自如,还可以做成各种形态。比如做成长条纸片插进药品试剂里,做成圆片躲进瓶盖里,做成大薄片藏进文物展示柜抽屉里,做成塑料袋的内衬,还可以做成像墙砖一样的建材贴到库房的墙上、天花板……还能以更多的形态,为更多商品提供湿度保障。

博物馆调湿引领文保领域碳中和

2021 年两会上,“碳达峰” 和 “碳中和” 首次写入政府工作报告,双碳概念下,各行各业都在积极探索创新应用来节能减排。博物馆库房一般采用恒温恒湿的中央空调,24 小时工作。有些博物馆为了节省能耗,在下班以后就关闭空调等动力设备,在夜间、闭馆日无法保证文物所需要的湿度条件,对文物保存不利。

“我国南北地域气候差异明显,温度和湿度变化幅度大。虽然很多博物馆对于藏品在展示过程中的温湿度变化都有所控制,但考虑到对环境控制设备的过分依赖和能源耗费,应考虑研究并采用更低成本、更低能耗、更安全可靠的方式努力营造与室外气候季节变化相适应的小环境,实现藏品保护和地球环境保护的双赢。”

衡元高分子自主研发的双向调湿板材,用于博物馆库房等场景时,通过复合材料本身的吸放湿功能,调节环境中的湿度,相比仅靠除湿机、空调等电力驱动的湿度管理解决方案,可以减少能耗高达 80%。双向调湿板材可以与中央空调系统进行互补工作,博物馆可以选择功率更低、价格更优惠的空调机组,让空调工作时间更短。

对于博物馆行业来说,为了达到碳中和,采用双向调湿板材就能够大幅度降低库房的电力消耗。但是,这还不够。衡元高分子适时推出了低能耗立体调控综合解决方案,“这是由动力设备、被动调湿材料和管理系统等软硬件共同组成的智能节能的温湿度调控系统”。

据沈跃华介绍,该方案在博物馆现有的空调、通风、 除湿、加湿等动力设备基础上,增加了矿物复合调湿板材和纤维型调湿剂,形成了以动力设备为主,被动调湿材料为辅的双重调湿方式。不仅加强了藏展品的微环境的精准控湿,还可以根据藏展品的特性进行湿度定制。

其次,通过精准的温湿度传感器进行实时监测,利用物联网、云计算、大数据分析等技术进行多层次分析,能够随时掌控并调节室内环境指数,给室内空间物料存储、文物保护等提供精准的数据支撑,同时信息系统可联动空调、通风、除湿设备、加湿器等动力设备,实现智能节能的温湿度控制。智能化的调控功能及预警功能可有效降低突发状况带来的损失,同时减少人工的投入,在保证环境温湿度的情况下,极大限度的降低能耗。

调湿需求多样化下的新机遇

除了博物馆打开的市场,衡元的产品还可以为一些工业或者生活上的问题带来更好的解决方案,比如广泛存在的凝露问题。

一般情况下,温差导致金属箱内形成凝露,大量凝露对电器设备形成损害,造成安全隐患。目前常见解决方案是通过加温的方式防止凝露的产生。采用衡元高分子的调湿片后,温度低时吸收水分,温度高时把水分缓慢释放到空气中。不需要利用电力加温,符合节省能耗,减少碳排放的目标,也能保护电器设备,尽可能避免安全隐患。

“5G 基站能耗大,形成的温差更大,所以调湿就是 5G 基站里的刚需。” 沈跃华告诉动点科技,面向基站的产品,衡元从 2017 年开始研发,已经进入标准化产品生产阶段。同样的需求也存在于电力柜、新能源车的充电桩,湿度过高有凝露就容易跳闸,甚至会发生漏电等大事故。因此这些场景下对于湿度控制的要求明显提高。

“干燥剂一般以单向吸湿为主,不释放湿气,而调湿材料不仅能实现精准的湿度值,而且在一定的温度或者湿度的空气中,非常容易实现吸湿和放湿的双向湿度调节功能。正因此,调湿材料完全是为了应对工业生产和生活中一些场景的要求而升级改造的。”

欧美一些国家大麻产品的合法化也催生出新的需求。大麻产品的储藏对于湿度要求很高,因为大麻内的某些成分会随着湿度的变化而发生变化。在这个行业,从农场生产、存储、成品加工,都需要不同形态的双向调湿材料来确保每一个环节的精准调湿。

目前大麻储存广泛使用的是诸如 Boveda 和 Boost 生产的液体袋装的调湿剂,但是它们与大麻的接触面积有限,导致调湿均匀度不理想,时间久了大麻品质容易受影响。再者一旦液体漏包,就会污染大麻产品,给种植商造成损失。为此,衡元在储存大麻的袋子里设计了一个隔层,让 “整个袋子的内壁都布满精准调湿的纤维片,不仅避免了液包的泄露,而且也能保障调湿效果”。

目前,衡元高分子也在打造以服务为主的湿度智能管理系统,对于库房、实验室、制造业车间等场景,用 IoT 的技术来检测湿度,在云端实时监测、预警和调控,从而不断提升智能和节能效果。

谈到下一步计划,沈跃华希望能在美国做好细分市场,同时夯实在文保领域的影响力,“随着市场需求越来越多,真正的风口可能不在基站、烟草或者我们一直深耕的文保领域,现在希望能继续优化流程,减少浪费和能耗,把国内的湿度管理提高到一个更高的水平上去。”