室外快球摄像机护罩结露分析及解决方案

　　社会治安环境不稳定，会对城市经济发展带来一定负面影响，建立一套覆盖整个社会面的治安动态监控系统，通过科技手段严密防控网络非常必要。目前某市已建设治安动态视频监控点位2500多路，大都采用室外立杆安装的快球型摄像机，在实际建设过程中，时常出现快球摄像机护罩内壁结露的现象，影响了视频监控系统的应用，护罩内的雾气也对摄像机正常工作带来安全隐患，需要采取措施进行彻底解决。

　　结露情况

　　结露是我们日常生活中很普遍的现象，比如说，在夏天炎热的环境下，将一瓶冰冻过的饮料放到常温下，不一会儿，就可以看到在饮料瓶外壁上出现“冒汗”的现象，这是空气中的水蒸汽在瓶壁上凝结的结果，也就是我们说的结露现象。在大自然中也会出现这种结露的现象，例如在清晨出现的露水，在冬季出现的大雾、下雪的天气等。在快球型摄像机护罩内部出现的雾气也是结露现象，具有有几种情况(见图1)。

　　图1快球型摄像机护罩内部出现雾气是结露现象

　　结露情况统计

　　在本次跟踪统计的部分项目中，共有280个摄像机点，其中有115个点位曾经出现过雾气，占41%(见图2)。

　　图2本次跟踪日期为1月12日--3月12日，出现结露现象时间集中在10：00am—4：00pm

　　采取过的措施及效果

　　 在所跟踪系列摄像机中，部分球机出现结露起雾现象，建设单位采取一些技术措施，主要有以下几种：(1)上疏+下堵：在立杆检修口至基础法兰段采用泡沫块封堵，及在检修口上方5厘米处采用泡沫块封堵。在立杆上端封头处开φ8小孔，斜向下插塑料管进行疏导管内湿气(见图3)。(2)隔离封堵：在立杆的接头内采用海绵封堵，隔离球机与立杆的湿气流通。(3)隔离封堵+干燥吹风：在立杆检修口处，打开上侧封堵泡沫块，同时打开球机与立杆接头，用鼓风机吹气，将立杆内湿气吹出后，检修口处泡沫块重新封堵，同时在立杆接头内采用海绵封堵(见图4)。

　　图3上疏+下堵

　　
　　结露成因分析

　　结露的热力学理论分析

　　一般来说，我们所指的空气都是湿空气。湿空气是指含有水蒸汽的空气，而干空气则是指完全不含有水蒸汽的空气。湿空气是干空气和水蒸汽的混合物。湿空气的状态可以通过湿空气线图来查找。湿空气是干空气和水蒸汽的混合物。干空气可视为理想气体，而存在于大气中的水蒸汽，由于其分压力通常是很小的，一般只有30~40mbar，大都处于过热状态，所以它的比容很大，分子间的距离足够的远，可以作为理想气体处理，其状态参数之间的关系可描述为：pV=mRT或者pv=RT，适用于理想气体的一些定律及其混合气体计算公式也都是用于湿空气。设以pv表示水蒸汽的分压力，pa表示干空气的分压力，湿空气的总压力为p，按照道尔顿分压定律有p=pv+pa。

　　空气中的水蒸汽由于其含量的不同(即分压力有高低)以及温度不同，可以处在过热状态或饱和状态。由干空气和过热蒸汽组成的湿空气称未饱和空气。设湿空气的温度为t，当其所含水蒸汽的分压力pv低于对应与温度t的饱和压力ps时，则湿空气中的水蒸汽处在过热状态，如图中A点所示。此时湿空气的密度也小于对应与温度t的干饱和蒸汽的密度。

　　如果温度t不变，湿空气中的水蒸汽含量增加，即水蒸汽的分压力增加，则其状态将沿等温线向左上(p-v图)或向左(T-s图)，直到和上界限线相交于c点，达到饱和状态。如果再增加水分，即将以水滴状态凝结而从湿空气中分离出来。这时水蒸汽的分压力是对应于温度t的条件下的极限值，相当于温度t时水蒸汽的饱和压力ps，其值可按t在饱和水蒸汽表上查得。这种由干空气和饱和水蒸汽组成的湿空气称为饱和空气，其pv=p”。即使在饱和空气中再增加少许水蒸汽，则超过饱和量的过量水蒸汽就会变成水，这种状态的空气称为过饱和空气。

　　假若未饱和空气中水蒸汽的含量不变，即pv不变，而湿空气温度逐渐降低，则其状态将沿等压线冷却向左(p-v图)，或向左下(T-s图)，和上界限线相交于B时，也达到了饱和状态。如再冷却，也将有水滴析出。B点的温度即对应于pv下的饱和温度，称为露点温度，用tDP表示。TDP=f(pv)，可按pv在饱和空气表上查出。所以露点是在一定的水蒸汽分压力pv下，使湿空气变为饱和空气的那点温度。

　　举例来说，假设有1立方米的空气，其温度为0℃时一旦其中有约4.85g的水蒸汽含量就可达到饱和。但是，在20℃的状态下，该空气最多能包含约17.28g的水蒸汽含量，差不多是0℃时的三倍。就温度条件而言，在宜人的25℃附近，对于1立方米空气减少1g水蒸汽含量，相对湿度就要降低约4%RH，但是到了冬季5℃左右时，则相对湿度要降低约15%RH。而到了0左右时，竟要降低约20%RH。

　　所以，空气的温度高，能够包含的水蒸汽就多。反之，空气温度低，尽管只有少量水蒸汽，空气也能够达到饱和。也就是说，湿空气的饱和水蒸汽含量与空气的温度成正比。同样道理，即使湿空气本身没有达到过饱和，而与湿空气接触的物体、空隙部位、表面及内部冷却到低于湿空气的饱和温度时，则在其界面附近空气中所含的水蒸汽也会凝结成水而变成水滴。也就是结露现象。即使接触到的比湿空气饱和温度低一点点的物体，结露也会发生。

　　水汽进入通道分析

　　那么湿空气是从哪里进入摄像机护罩内的呢?一般来说，我们接触的大气中的空气都是湿空气。

　　从热力学原理可以知道，湿空气只要状态发生一定条件的变化就会出现结露现象，但是我们如果将球机内空气湿度尽可能提高至干空气状态，那结露的可能性就很低了，所以我们需分析高湿空气的来源。

　　在本次跟踪的280多个摄像机中，有85%的球机在球安装调试过程时正在下雨，平均湿度高达80%以上，球机护罩(带密封条及密封胶)合上后，高湿空气就自然留在球机护罩及立杆内。在球机安装中，球机与立杆接头的封堵仅采用了海绵，不能够有效隔断杆件中的湿气上升而进入球机，所以当在日照较好的天气情况下杆件内部湿气上升后就从接头处渗入球机内。在跟踪的个别球机中，发现球机与立杆接头的封堵海绵内能够挤出水来，应该是积聚了相当大量的水汽了。用手触摸立杆内壁也发现有大量水珠，分析水汽应该是杆件内湿气上升过程中在立杆内壁结露形成。

　　温度、湿度与结露的关系

　　球机在安装完毕后，进行了一定的封堵，如果没有产生内部空气对流，球机护罩内的水分含量基本上维持在一定的水平。那么按照热力学理论，如果出现结露，其温度必然发生了变化—达到了露点。

　　所谓露点(Dew

　　point)或露点温度，就是在固定气压之下，空气中所含的气态水达到饱和而凝结成液态水所需要降至的温度。在这个温度点时，凝结的水飘浮在空中称为雾、而沾在固体表面上时则称为露，因而得名露点。

　　当露点降到冰点以下时，此时从空气中析出的水气并不会结成液态水，而是直接凝固成固态的水，微细的冰粒沾在其它物体的表面上型成霜，这时的露点亦会被称为霜点(Frost

　　Point)。露点与另一个常用湿度指标相对湿度有所关联。相对湿度越高，露点会越接近气温;当相对湿度达到100%时，露点与气温相等。当露点不变时，相对湿度与气温成反比。透过露点就可以知道出空气中的水汽含量，因而露点是一项绝对湿度的指标。如下图显示：在不同温度下，海平面空气质量可以容纳的水汽质量的最大百分比。当温度上升时，水汽的平衡分压亦会随之然上升，从而使蒸发出更多的水汽;反之亦然。亦即，空汽中的水汽增减与其它气体无关。当温度到达露点时，不论其它气体存在与否，露也会开始形成。

　　露点计算：如果知道相对湿度以及实际气温时，露点可以通过以下公式求得近似值。

　　 其中的γ则是温度 T 和露点 Td 单位为摄氏、相对湿度 RH 为百分比，ln 则代表自然对数。常数 a 和b分别是：a =

　　17.27，b = 237.7℃。此公式是基于 Magnus-Tetens 近似法( Magnus-Tetens

　　Approximation)，当中把饱和水汽压视为温度的函数。此方法仅在以下范围时有效：0℃ < T < 60℃ ，1% <

　　RH < 100% ，0℃ < Td < 50℃。

　　露点简易近似法：当知道干球温度、而相对湿度大于50%时，露点可以用下列的公式求得，其误差值仅为 ±1℃。或者RH

　　=100-5(T- Td)

　　以文字表示，即露点与干球温度每相差1℃，相对湿度即下降5%。在这里干球温度 T 和露点 Td 单位为摄氏、相对湿度 RH

　　为百分比。

　　解决措施

　　从以上分析我们确认，要防止球机护罩内壁结露，我们可以改变工况：(1)护罩内外温差：要尽量减小温差;(2)护罩内湿度：要尽量减小湿度，减少外界高湿水气进入护罩。所以在我们实施的解决方案中，我们着重围绕以上2点展开。

　　ABC分区隔离封堵措施

　　在下图中，我们将球机有关区域分成A、B、C三个区域(见图7)。A区：立杆内，从立杆检修口上封堵点至立杆封头的整个杆腔空间;B区：大气空间;C区：从立杆接头开始的球罩空间。在项目中，经过试验确定，对于A、C区，我们重点进行封堵，并在A区和C区间也进行了可靠封堵。同时为了减少球罩内湿度变化，我们首先保证A区的低湿度工况，以此提高C区与A区接口与湿度传递梯阶的贡献。对于B区，我们没法改变大气的湿度，我们能做的就是将A、C区与B区的隔离做到可靠。

　　人工降低内部空间湿度

　　在A区和C区，我们采用带加热的鼓风机强制吹送干燥空气，确保两区域内的湿度控制在20%左右以内，降湿后迅速封堵，防止湿度反弹。

　　降低护罩内外温差

　　由于球机工作时会产生一定的热量(热负荷为20W左右)，在摄像机工作状态设置时开启降温措施，可以降低护罩内的温度，以此减小护罩内外温差。