Влажность - Humidity

Влажность и гигрометрия
Гора Кинабалу в облачном лесу.jpg
Конкретные концепции
Общие понятия
Меры и инструменты

Влажность - это концентрация водяного пара в воздухе. Водяной пар, газообразное состояние воды, обычно невидим для человеческого глаза. Влажность указывает на вероятность присутствия осадков , росы или тумана .

Влажность зависит от температуры и давления интересующей системы. Такое же количество водяного пара приводит к более высокой влажности в прохладном воздухе, чем в теплом. Связанный параметр - точка росы . Количество водяного пара, необходимое для достижения насыщения, увеличивается с повышением температуры. По мере того, как температура воздуха снижается, он в конечном итоге достигает точки насыщения без добавления или потери массы воды. Количество водяного пара, содержащегося в воздушном потоке, может значительно различаться. Например, пакет с воздухом, близким к насыщению, может содержать 28 г (0,99 унции) воды на кубический метр воздуха при 30 ° C (86 ° F), но только 8 г (0,28 унции) воды на кубический метр воздуха при температуре 8 ° C (46 ° F).

Широко используются три основных измерения влажности: абсолютная, относительная и удельная. Абсолютная влажность выражается либо как масса водяного пара на единицу объема влажного воздуха (в граммах на кубический метр), либо как масса водяного пара на массу сухого воздуха (обычно в граммах на килограмм). Относительная влажность , часто выражаемая в процентах, указывает текущее состояние абсолютной влажности относительно максимальной влажности при той же температуре. Удельная влажность - это отношение массы водяного пара к общей массе пакета влажного воздуха.

Влажность играет важную роль для жизни на поверхности. Для животных, которые зависят от потоотделения ( потоотделения ) для регулирования внутренней температуры тела, высокая влажность снижает эффективность теплообмена за счет снижения скорости испарения влаги с поверхностей кожи. Этот эффект можно рассчитать с помощью таблицы теплового индекса , также известной как humidex .

Понятие о том, что воздух "удерживает" водяной пар или "насыщается" им, часто упоминается в связи с понятием относительной влажности. Это, однако, вводит в заблуждение - количество водяного пара, который входит (или может входить) в данное пространство при заданной температуре, почти не зависит от количества воздуха (азота, кислорода и т. Д.), Который присутствует. Действительно, вакуум имеет примерно такую ​​же равновесную способность удерживать водяной пар, что и тот же объем, заполненный воздухом; оба даны равновесным давлением водяного пара при данной температуре. Существует очень небольшая разница, описанная ниже в разделе «Коэффициент усиления», которой можно пренебречь во многих расчетах, если не требуется высокая точность.

Определения

Обсерватория Паранал на Серро Параналь в пустыне Атакама - одно из самых засушливых мест на Земле.

Абсолютная влажность

Абсолютная влажность - это общая масса водяного пара, присутствующего в данном объеме или массе воздуха. Не учитывает температуру. Абсолютная влажность в атмосфере колеблется от почти нуля до примерно 30 г (1,1 унции) на кубический метр, когда воздух насыщен при 30 ° C (86 ° F).

Абсолютная влажность - это масса водяного пара , деленная на объем смеси воздуха и водяного пара , которая может быть выражена как:

Абсолютная влажность изменяется при изменении температуры или давления воздуха , если объем не фиксирован. Это делает его непригодным для химических инженерных расчетов, например, при сушке , где температура может значительно варьироваться. В результате абсолютная влажность в химической инженерии может относиться к массе водяного пара на единицу массы сухого воздуха, также известной как соотношение влажности или массовое соотношение смешивания (см. «Удельная влажность» ниже), что лучше подходит для измерения тепла и массы. балансовые расчеты. Масса воды на единицу объема, как в приведенном выше уравнении, также определяется как объемная влажность . Британский стандарт BS 1339 из-за возможной путаницы рекомендует избегать использования термина «абсолютная влажность». Единицы всегда следует тщательно проверять. Многие диаграммы влажности даны в г / кг или кг / кг, но можно использовать любые единицы массы.

Направление, связанное с изучением физических и термодинамических свойств парогазовых смесей, называется психрометрикой .

Относительная влажность

Относительная влажность или воздушно-водная смесь определяются как отношение парциального давления водяного пара в смеси до равновесного давления пара воды над плоской поверхностью чистой воды при данной температуре:

Другими словами, относительная влажность - это соотношение количества водяного пара в воздухе и того, сколько водяного пара может потенциально содержаться в воздухе при данной температуре. Она зависит от температуры воздуха: более холодный воздух может удерживать меньше пара, поэтому охлаждение некоторого количества воздуха может вызвать конденсацию водяного пара . Аналогичным образом, нагревание некоторого количества воздуха, содержащего туман, может вызвать его испарение, поскольку воздух между каплями воды становится более способным удерживать водяной пар. Таким образом, изменение температуры воздуха может изменить относительную влажность, даже если абсолютная влажность остается постоянной.

Относительная влажность учитывает только невидимый водяной пар. Туман, облака, туман и водные аэрозоли не учитываются при измерении относительной влажности воздуха, хотя их присутствие указывает на то, что объем воздуха может быть близок к точке росы .

Относительная влажность обычно выражается в процентах ; более высокий процент означает, что смесь воздуха и воды более влажная. При относительной влажности 100% воздух насыщен и находится в точке росы . При отсутствии инородного тела, на котором могут образовываться капли или кристаллы, относительная влажность может превышать 100%, и в этом случае воздух считается перенасыщенным . Введение некоторых частиц или поверхности в объем воздуха с относительной влажностью выше 100% приведет к образованию конденсата или льда на этих ядрах, тем самым удалив часть пара и снизив влажность.

Относительная влажность - важный показатель, используемый в прогнозах погоды и отчетах, так как это показатель вероятности выпадения осадков , росы или тумана. В жаркой летней погоде , повышение относительной влажности увеличивает видимую температуру для человека (и других животных ), препятствуя испарению из пота с поверхностью кожи. Например, согласно индексу тепла , относительная влажность 75% при температуре воздуха 80,0 ° F (26,7 ° C) будет ощущаться как 83,6 ° F ± 1,3 ° F (28,7 ° C ± 0,7 ° C).

Связь между абсолютной, относительной влажностью и температурой

В атмосфере Земли на уровне моря:

Абсолютная влажность в г / м 3 (унция / куб. Ярд)
Температура Относительная влажность
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
50 ° С (122 ° F) 0 (0) 8,3 (0,22) 16,6 (0,45) 24,9 (0,67) 33,2 (0,90) 41,5 (1,12) 49,8 (1,34) 58,1 (1,57) 66,4 (1,79) 74,7 (2,01) 83,0 (2,24)
45 ° С (113 ° F) 0 (0) 6,5 (0,18) 13,1 (0,35) 19,6 (0,53) 26,2 (0,71) 32,7 (0,88) 39,3 (1,06) 45,8 (1,24) 52,4 (1,41) 58,9 (1,59) 65,4 (1,76)
40 ° С (104 ° F) 0 (0) 5,1 (0,14) 10,2 (0,28) 15,3 (0,41) 20,5 (0,55) 25,6 (0,69) 30,7 (0,83) 35,8 (0,97) 40,9 (1,10) 46,0 (1,24) 51,1 (1,38)
35 ° C (95 ° F) 0 (0) 4,0 (0,11) 7,9 (0,21) 11,9 (0,32) 15,8 (0,43) 19,8 (0,53) 23,8 (0,64) 27,7 (0,75) 31,7 (0,85) 35,6 (0,96) 39,6 (1,07)
30 ° С (86 ° F) 0 (0) 3,0 (0,081) 6,1 (0,16) 9,1 (0,25) 12,1 (0,33) 15,2 (0,41) 18,2 (0,49) 21,3 (0,57) 24,3 (0,66) 27,3 (0,74) 30,4 (0,82)
25 ° С (77 ° F) 0 (0) 2,3 (0,062) 4,6 (0,12) 6,9 (0,19) 9,2 (0,25) 11,5 (0,31) 13,8 (0,37) 16,1 (0,43) 18,4 (0,50) 20,7 (0,56) 23,0 (0,62)
20 ° С (68 ° F) 0 (0) 1,7 (0,046) 3,5 (0,094) 5,2 (0,14) 6,9 (0,19) 8,7 (0,23) 10,4 (0,28) 12,1 (0,33) 13,8 (0,37) 15,6 (0,42) 17,3 (0,47)
15 ° С (59 ° F) 0 (0) 1,3 (0,035) 2,6 (0,070) 3,9 (0,11) 5,1 (0,14) 6,4 (0,17) 7,7 (0,21) 9,0 (0,24) 10,3 (0,28) 11,5 (0,31) 12,8 (0,35)
10 ° C (50 ° F) 0 (0) 0,9 (0,024) 1,9 (0,051) 2,8 (0,076) 3,8 (0,10) 4,7 (0,13) 5,6 (0,15) 6,6 (0,18) 7,5 (0,20) 8,5 (0,23) 9,4 (0,25)
5 ° C (41 ° F) 0 (0) 0,7 (0,019) 1,4 (0,038) 2,0 (0,054) 2,7 (0,073) 3,4 (0,092) 4,1 (0,11) 4,8 (0,13) 5,4 (0,15) 6,1 (0,16) 6,8 (0,18)
0 ° C (32 ° F) 0 (0) 0,5 (0,013) 1,0 (0,027) 1,5 (0,040) 1,9 (0,051) 2,4 (0,065) 2,9 (0,078) 3,4 (0,092) 3,9 (0,11) 4,4 (0,12) 4,8 (0,13)
−5 ° С (23 ° F) 0 (0) 0,3 (0,0081) 0,7 (0,019) 1,0 (0,027) 1,4 (0,038) 1,7 (0,046) 2,1 (0,057) 2,4 (0,065) 2,7 (0,073) 3,1 (0,084) 3,4 (0,092)
-10 ° С (14 ° F) 0 (0) 0,2 (0,0054) 0,5 (0,013) 0,7 (0,019) 0,9 (0,024) 1,2 (0,032) 1,4 (0,038) 1,6 (0,043) 1,9 (0,051) 2,1 (0,057) 2,3 (0,062)
-15 ° С (5 ° F) 0 (0) 0,2 (0,0054) 0,3 (0,0081) 0,5 (0,013) 0,6 (0,016) 0,8 (0,022) 1,0 (0,027) 1,1 (0,030) 1,3 (0,035) 1,5 (0,040) 1,6 (0,043)
−20 ° С (−4 ° F) 0 (0) 0,1 (0,0027) 0,2 (0,0054) 0,3 (0,0081) 0,4 (0,011) 0,4 (0,011) 0,5 (0,013) 0,6 (0,016) 0,7 (0,019) 0,8 (0,022) 0,9 (0,024)
-25 ° С (-13 ° F) 0 (0) 0,1 (0,0027) 0,1 (0,0027) 0,2 (0,0054) 0,2 (0,0054) 0,3 (0,0081) 0,3 (0,0081) 0,4 (0,011) 0,4 (0,011) 0,5 (0,013) 0,6 (0,016)

Удельная влажность

Удельная влажность (или влажность) - это отношение массы водяного пара к общей массе воздушной посылки. Удельная влажность приблизительно равна соотношению смешивания , которое определяется как отношение массы водяного пара в воздушной посылке к массе сухого воздуха для той же посылки. При понижении температуры количество водяного пара, необходимое для достижения насыщения, также уменьшается. По мере того, как температура воздуха становится ниже, он в конечном итоге достигает точки насыщения без добавления или потери массы воды.

Связанные понятия

Термин относительная влажность зарезервирован для систем с водяным паром в воздухе. Термин относительное насыщение используется для описания аналогичного свойства для систем, состоящих из конденсируемой фазы, отличной от воды, в неконденсируемой фазе, отличной от воздуха.

Измерение

Гигротермограф влажности и температуры записи
Гигрометр бытовой, тип психрометра влажного / сухого типа
Термогигрометр, отображающий температуру и относительную влажность

Устройство, используемое для измерения влажности воздуха, называется психрометром или гигрометром . Гигростат является влажность воздуха срабатывает переключатель, часто используется для управления осушителя .

Влажность смеси воздуха и водяного пара определяется с помощью психрометрических диаграмм, если известны как температура по сухому термометру ( T ), так и температура по влажному термометру ( T w ) смеси. Эти количества легко оценить с помощью стропного психрометра .

Существует несколько эмпирических формул, которые можно использовать для оценки равновесного давления водяного пара в зависимости от температуры. Уравнение Антуана является одним из наименее сложных из них, имея всего три параметра ( A , B и C ). Другие формулы, такие как уравнение Гоффа – Гратча и приближение Магнуса – Тетенса , более сложны, но дают более высокую точность.

Уравнение Ардена Бака часто встречается в литературе по этой теме:

где - температура по сухому термометру, выраженная в градусах Цельсия (° C), - абсолютное давление, выраженное в миллибарах, - это равновесное давление пара, выраженное в миллибарах. Бак сообщил, что максимальная относительная ошибка составляет менее 0,20% в диапазоне от -20 до +50 ° C (от -4 до 122 ° F), когда эта конкретная форма обобщенной формулы используется для оценки равновесного давления пара воды.

Существуют различные устройства для измерения и регулирования влажности. К калибровочным стандартам для наиболее точного измерения относятся гравиметрический гигрометр , гигрометр с охлаждаемым зеркалом и электролитический гигрометр . Гравиметрический метод является наиболее точным, но очень громоздким. Для быстрого и очень точного измерения эффективен метод охлажденного зеркала. Для технологических измерений в реальном времени наиболее часто используемые датчики в настоящее время основаны на измерениях емкости для измерения относительной влажности, часто с внутренними преобразованиями для отображения абсолютной влажности. Они дешевы, просты, в целом точны и относительно надежны. Все датчики влажности сталкиваются с проблемами при измерении запыленного газа, например, выхлопных газов из сушилок .

Влажность также измеряется в глобальном масштабе с помощью удаленных спутников . Эти спутники способны обнаруживать концентрацию воды в тропосфере на высотах от 4 до 12 км (2,5 и 7,5 миль). Спутники, которые могут измерять водяной пар, имеют датчики, чувствительные к инфракрасному излучению . Водяной пар специально поглощает и переизлучает излучение в этом спектральном диапазоне. Спутниковые изображения водяного пара играют важную роль в мониторинге климатических условий (таких как образование гроз) и в разработке прогнозов погоды .

Плотность и объем воздуха

Влажность зависит от парообразования и конденсации, которые, в свою очередь, в основном зависят от температуры. Следовательно, при приложении большего давления к газу, насыщенному водой, все компоненты сначала уменьшатся в объеме приблизительно в соответствии с законом идеального газа . Однако некоторая часть воды будет конденсироваться до тех пор, пока не вернется почти к той же влажности, что и раньше, в результате чего итоговый общий объем будет отклоняться от того, что предсказал закон идеального газа. И наоборот, снижение температуры также приведет к конденсации некоторого количества воды, что снова приведет к отклонению конечного объема от предсказанного законом идеального газа. Следовательно, объем газа в качестве альтернативы может быть выражен как сухой объем, за исключением содержания влаги. Эта фракция более точно соответствует закону идеального газа. Напротив, насыщенный объем - это объем, который газовая смесь имела бы, если бы к ней добавляли влажность до насыщения (или 100% относительной влажности).

Влажный воздух менее плотный, чем сухой, потому что молекула воды ( M ≈ 18 u ) менее массивна, чем молекула азота (M ≈ 28) или молекула кислорода (M ≈ 32). Около 78% молекул в сухом воздухе составляют азот (N 2 ). Еще 21% молекул в сухом воздухе составляет кислород (O 2 ). Последний 1% сухого воздуха представляет собой смесь других газов.

Для любого газа при данной температуре и давлении количество молекул, присутствующих в определенном объеме, постоянно - см. Закон идеального газа . Таким образом, когда молекулы воды (пара) вводятся в этот объем сухого воздуха, количество молекул воздуха в объеме должно уменьшаться на такое же число, если температура и давление остаются постоянными. (Добавление молекул воды или любых других молекул к газу без удаления такого же количества других молекул обязательно потребует изменения температуры, давления или общего объема, то есть изменения по крайней мере одного из эти три параметра. Если температура и давление остаются постоянными, объем увеличивается, и молекулы сухого воздуха, которые были вытеснены, сначала переместятся в дополнительный объем, после чего смесь в конечном итоге станет однородной за счет диффузии.) Следовательно, масса на единицу объема газа - его плотность - уменьшается. Исаак Ньютон открыл это явление и написал о нем в своей книге « Оптика» .

Зависимость от давления

Относительная влажность системы воздух-вода зависит не только от температуры, но и от абсолютного давления интересующей системы. Эта зависимость демонстрируется на примере системы воздух – вода, показанной ниже. Система закрыта (т.е. не имеет значения, входит в систему или выходит из нее).

Изменения относительной влажности.png

Если система в состоянии A нагревается изобарно (нагрев без изменения давления в системе), то относительная влажность системы уменьшается, поскольку равновесное давление водяного пара увеличивается с увеличением температуры. Это показано в состоянии B.

Если система в состоянии A изотермически сжимается (сжимается без изменения температуры системы), то относительная влажность системы увеличивается, потому что парциальное давление воды в системе увеличивается с уменьшением объема. Это показано в состоянии C. Выше 202,64 кПа относительная влажность превысит 100%, и вода может начать конденсироваться.

Если давление в состоянии А было изменено простым добавлением сухого воздуха без изменения объема, относительная влажность не изменилась бы.

Следовательно, изменение относительной влажности можно объяснить изменением температуры системы, изменением объема системы или изменением обоих этих свойств системы.

Фактор улучшения

Коэффициент усиления определяется как отношение давления насыщенного пара воды во влажном воздухе к давлению насыщенного пара чистой воды:

Для идеальных газовых систем коэффициент усиления равен единице. Однако в реальных системах эффекты взаимодействия между молекулами газа приводят к небольшому увеличению равновесного давления водяного пара в воздухе по сравнению с равновесным давлением пара чистого водяного пара. Поэтому для реальных систем коэффициент усиления обычно немного больше единицы.

Коэффициент усиления обычно используется для корректировки равновесного давления водяного пара, когда эмпирические зависимости, такие как разработанные Векслером, Гоффом и Грэтчем, используются для оценки свойств психрометрических систем.

Бак сообщил, что на уровне моря давление водяного пара в насыщенном влажном воздухе увеличивается примерно на 0,5% по сравнению с равновесным давлением пара чистой воды.

Эффекты

Гигростат настроен на относительную влажность 50%
Хьюмидор , используемый для контроля влажности сигар.

Под контролем климата понимается контроль температуры и относительной влажности в зданиях, транспортных средствах и других закрытых помещениях с целью обеспечения комфорта, здоровья и безопасности человека, а также соответствия экологическим требованиям, предъявляемым к машинам, чувствительным материалам (например, историческим) и техническим характеристикам. процессы.

Климат

Средняя влажность вокруг Австралии круглый год в 9 часов утра
  80–90%
  30–40%

Хотя влажность сама по себе является климатической переменной, она также влияет на другие климатические переменные. На влажность окружающей среды влияют ветры и осадки.

Самые влажные города на Земле обычно расположены ближе к экватору, недалеко от прибрежных районов. Города в некоторых частях Азии и Океании являются одними из самых влажных. Бангкок , Хошимин , Куала-Лумпур , Гонконг , Манила , Джакарта , Наха , Сингапур , Гаосюн и Тайбэй имеют очень высокую влажность большую часть или круглый год из-за их близости к водоемам и экватору и часто пасмурной погоды. В некоторых местах в дождливые сезоны бывает очень высокая влажность в сочетании с теплом, создающим ощущение теплой сауны, например, Калькутта , Ченнаи и Кочин в Индии и Лахор в Пакистане . В городе Суккур, расположенном на реке Инд в Пакистане, одни из самых высоких и самых неудобных точек росы в стране, часто превышающие 30 ° C (86 ° F) в сезон дождей .

Высокие температуры в сочетании с высокой точкой росы создают тепловой индекс выше 65 ° C (149 ° F). Дарвин переживает чрезвычайно влажный сезон дождей с декабря по апрель. В Хьюстоне , Майами , Сан-Диего , Осаке , Шанхае , Шэньчжэне и Токио также бывают экстремально влажные периоды в летние месяцы. Во время юго-западного и северо-восточного сезонов муссонов (соответственно с конца мая по сентябрь и с ноября по март) ожидаются проливные дожди и относительно высокая влажность после дождя. Вне сезона дождей влажность высокая (по сравнению со странами, расположенными дальше от экватора), но бывает много совершенно солнечных дней. В более прохладных местах, таких как Северная Тасмания, Австралия, высокая влажность наблюдается круглый год из-за океана между материковой Австралией и Тасманией. Летом горячий сухой воздух поглощается этим океаном, и температура редко поднимается выше 35 ° C (95 ° F).

Глобальный климат

Влажность влияет на энергетический баланс и тем самым влияет на температуру двумя основными способами. Во-первых, водяной пар в атмосфере содержит «скрытую» энергию. Во время транспирации или испарения это скрытое тепло удаляется из поверхностной жидкости, охлаждая поверхность земли. Это самый большой эффект безызлучательного охлаждения на поверхности. Он компенсирует примерно 70% среднего чистого радиационного потепления на поверхности.

Во-вторых, водяной пар - самый распространенный из всех парниковых газов . Водяной пар, как зеленая линза, которая пропускает зеленый свет, но поглощает красный свет, является «селективным поглотителем». Как и другие парниковые газы, водяной пар прозрачен для большей части солнечной энергии. Однако он поглощает инфракрасную энергию, излучаемую (излучаемую) вверх земной поверхностью, что является причиной того, что влажные районы испытывают очень слабое ночное охлаждение, а сухие пустынные районы значительно охлаждаются ночью. Это избирательное поглощение вызывает парниковый эффект. Он поднимает температуру поверхности значительно выше ее теоретической температуры радиационного равновесия с солнцем, и водяной пар является причиной большего потепления, чем любой другой парниковый газ.

Однако, в отличие от большинства других парниковых газов, вода не просто ниже точки кипения во всех регионах Земли, но и ниже точки замерзания на многих высотах. Как конденсируемый парниковый газ, он выпадает в осадок с гораздо меньшей высотой шкалы и более коротким сроком службы в атмосфере - недели вместо десятилетий. Без других парниковых газов температура абсолютно черного тела Земли ниже точки замерзания воды вызвала бы удаление водяного пара из атмосферы. Таким образом, водяной пар является «рабом» неконденсируемых парниковых газов.

Животный и растительный мир

Tillandsia usneoides в тропическом доме, Королевский ботанический сад, Кью. Он растет там, где климат достаточно теплый и имеет относительно высокую среднюю влажность.

Влажность - один из основных абиотических факторов , определяющих любую среду обитания (тундра, водно-болотные угодья и пустыня - лишь несколько примеров), и определяющий, какие животные и растения могут процветать в данной среде.

Человеческое тело рассеивает тепло через пот и его испарение. Конвекция тепла в окружающий воздух и тепловое излучение являются основными способами передачи тепла от тела. В условиях повышенной влажности скорость испарения пота с кожи снижается. Кроме того, если во время высокой влажности атмосфера такая же теплая или теплее, чем кожа, кровь, попадающая на поверхность тела, не может рассеивать тепло путем теплопроводности в воздух. При таком большом количестве крови, поступающей на внешнюю поверхность тела, меньше поступает в активные мышцы , мозг и другие внутренние органы . Физическая сила снижается, и усталость наступает раньше, чем в противном случае. Также могут быть нарушены бдительность и умственные способности, что может привести к тепловому удару или гипертермии .

Человеческий комфорт

Хотя влажность является важным фактором теплового комфорта, люди более чувствительны к колебаниям температуры, чем к изменениям относительной влажности. Влажность оказывает небольшое влияние на тепловой комфорт на открытом воздухе при низких температурах воздуха, немного более выраженное влияние при умеренных температурах воздуха и гораздо более сильное влияние при более высоких температурах воздуха.

Люди чувствительны к влажному воздуху, потому что человеческое тело использует испарительное охлаждение в качестве основного механизма регулирования температуры. Во влажных условиях скорость испарения потоотделения на коже ниже, чем в засушливых условиях. Поскольку люди воспринимают скорость передачи тепла от тела, а не саму температуру, мы чувствуем себя теплее при высокой относительной влажности, чем при низкой.

Люди могут чувствовать себя комфортно в широком диапазоне влажности в зависимости от температуры - от 30 до 70%, но в идеале не выше абсолютной (точка росы 60 ° F), от 40 % до 60 %. Как правило, более высокие температуры требуют более низкой влажности для достижения теплового комфорта по сравнению с более низкими температурами, при сохранении всех остальных факторов постоянными. Например, при уровне одежды = 1, скорости метаболизма = 1,1 и скорости воздуха 0,1 м / с изменение температуры воздуха и средней температуры излучения с 20 ° C до 24 ° C снизит максимально допустимую относительную влажность со 100% до 65% для поддержания теплового комфорта. СВЕ тепловой комфорт инструмент может быть использован для демонстрации эффекта относительной влажности для конкретных условий теплового комфорта , и она может быть использована , чтобы продемонстрировать соответствие стандарта ASHRAE 55-2017.

Некоторые люди испытывают затруднения при дыхании во влажной среде. Некоторые случаи могут быть связаны с респираторными заболеваниями, такими как астма , в то время как другие могут быть результатом беспокойства . Больные часто в ответ на это вызывают гипервентиляцию , вызывая , среди прочего , ощущение онемения , обморока и потери концентрации .

Очень низкая влажность может вызвать дискомфорт, проблемы с дыханием и усугубить аллергию у некоторых людей. Низкая влажность вызывает высыхание, растрескивание и растрескивание тканей слизистой оболочки носовых ходов и повышение их восприимчивости к проникновению риновирусных вирусов простуды. Чрезвычайно низкая (ниже 20 %) относительная влажность также может вызвать раздражение глаз. Использование увлажнителя воздуха в доме, особенно в спальне, может помочь с этими симптомами. Относительная влажность в помещении должна поддерживаться выше 30%, чтобы снизить вероятность пересыхания носовых проходов, особенно зимой.

Кондиционер снижает дискомфорт, снижая не только температуру, но и влажность. Нагревание холодного наружного воздуха может снизить уровень относительной влажности в помещении до менее 30%. Согласно стандарту ASHRAE 55-2017: Тепловые условия окружающей среды для людей , тепловой комфорт в помещении может быть достигнут с помощью метода PMV с относительной влажностью от 0% до 100%, в зависимости от уровней других факторов, влияющих на тепловой комфорт. Однако рекомендуемый диапазон относительной влажности в помещениях с кондиционированием воздуха обычно составляет 30–60%.

Человеческое здоровье

Повышенная влажность снижает инфекционность вируса гриппа в аэрозольной форме. В исследовании сделан вывод: «Поддержание относительной влажности в помещении> 40% значительно снизит инфекционность вируса в аэрозольной форме».

Мукоцилиарный клиренс в дыхательных путях также затрудняется низкой влажностью. Одно исследование на собаках показало, что перенос слизи был ниже при абсолютной влажности 9 г воды / м 3, чем при 30 г воды / м 3 .

Повышенная влажность также может привести к изменению общего содержания воды в организме, что обычно приводит к умеренному увеличению веса, особенно если человек привык к работе или тренировкам в жаркую и влажную погоду.

Строительная конструкция

Влияние повышенной влажности на конструкцию здания ( первичное высоливание )

Обычные методы строительства часто производят ограждающие конструкции с плохими тепловыми границами, требующими системы изоляции и воздушного барьера, предназначенной для сохранения условий окружающей среды в помещении при одновременном сопротивлении внешним условиям окружающей среды. Энергоэффективная, сильно герметичная архитектура, представленная в 20 веке, также блокировала движение влаги, и это привело к вторичной проблеме образования конденсата внутри и вокруг стен, что способствует развитию плесени и грибка. Кроме того, здания с плохо загерметизированными фундаментами будут пропускать воду через стены из-за капиллярного действия пор, обнаруженных в кирпичной кладке. Решения для энергоэффективных зданий, исключающих конденсацию, являются актуальной темой архитектуры.

Для управления климатом в зданиях, использующих системы HVAC , ключевым моментом является поддержание относительной влажности в комфортном диапазоне - достаточно низком, чтобы быть комфортным, но достаточно высоком, чтобы избежать проблем, связанных с очень сухим воздухом.

При высокой температуре и низкой относительной влажности испарение воды происходит быстро; почва сохнет, влажная одежда, повешенная на веревке или вешалке, быстро сохнет, а пот легко испаряется с кожи. Деревянная мебель может давать усадку, в результате чего краска, покрывающая эти поверхности, трескается.

При низкой температуре и высокой относительной влажности испарение воды происходит медленно. Когда относительная влажность приближается к 100 %, на поверхностях может образоваться конденсат, что приведет к появлению плесени , коррозии, гниения и других повреждений, связанных с влажностью. Конденсат может представлять угрозу безопасности, поскольку он может способствовать росту плесени и гнили древесины, а также, возможно, замораживанию аварийных выходов.

Определенные производственные и технические процессы и обработки на фабриках, лабораториях, больницах и других объектах требуют поддержания определенных уровней относительной влажности с помощью увлажнителей, осушителей и связанных с ними систем управления.

Транспортные средства

Вышеупомянутые основные принципы построения зданий также применимы к транспортным средствам. Кроме того, могут быть соображения безопасности. Например, высокая влажность внутри автомобиля может привести к образованию конденсата, например, к запотеванию лобовых стекол и короткому замыканию электрических компонентов. В транспортных средствах и сосудах под давлением, таких как герметичные авиалайнеры , подводные аппараты и космические корабли , эти соображения могут иметь решающее значение для безопасности, и необходимы сложные системы контроля окружающей среды, включая оборудование для поддержания давления .

Авиация

Авиалайнеры работают с низкой внутренней относительной влажностью, часто ниже 20 %, особенно на дальних рейсах. Низкая влажность является следствием втягивания очень холодного воздуха с низкой абсолютной влажностью, что характерно для крейсерских высот авиалайнеров. Последующее нагревание этого воздуха снижает его относительную влажность. Это вызывает дискомфорт, такой как боль в глазах, сухость кожи и пересыхание слизистой оболочки, но увлажнители не используются, чтобы поднять ее до комфортного среднего уровня, потому что объем воды, необходимый для перевозки на борту, может значительно снизить вес. По мере того как авиалайнеры спускаются с более низких высот в более теплый воздух (возможно, даже пролетая сквозь облака на высоте нескольких тысяч футов над землей), относительная влажность окружающей среды может резко возрасти. Часть этого влажного воздуха обычно втягивается в герметичную кабину самолета и в другие негерметичные зоны самолета и конденсируется на холодной обшивке самолета. Обычно можно увидеть, как жидкая вода течет по обшивке самолета как внутри, так и снаружи кабины. Из-за резких изменений относительной влажности внутри автомобиля компоненты должны быть аттестованы для работы в таких условиях. Рекомендуемые экологические требования для большинства компонентов коммерческих самолетов перечислены в RTCA DO-160 .

Холодный влажный воздух может способствовать образованию льда, который представляет опасность для самолета, поскольку влияет на профиль крыла и увеличивает вес. В карбюраторных двигателях существует еще одна опасность образования льда внутри карбюратора . Поэтому авиационные метеорологические сводки ( METAR ) включают указание относительной влажности, обычно в форме точки росы .

Пилоты должны учитывать влажность при расчете взлетной дистанции, поскольку высокая влажность требует более длинных взлетно-посадочных полос и снижает характеристики набора высоты.

Высота по плотности - это высота относительно стандартных условий атмосферы (Международная стандартная атмосфера), при которой плотность воздуха будет равна указанной плотности воздуха в месте наблюдения, или, другими словами, высоте, измеренной в терминах плотности. воздуха, а не расстояния от земли. «Высота по плотности» - это барометрическая высота с поправкой на нестандартную температуру.

Повышение температуры и, в гораздо меньшей степени, влажности вызовет увеличение плотности на высоте. Таким образом, в жарких и влажных условиях высота по плотности в конкретном месте может быть значительно выше истинной высоты.

Электроника

Пакет с осушителем ( силикагель ), обычно включаемый в пакеты с электронными продуктами для контроля влажности.

Электронные устройства часто рассчитаны на работу только при определенных условиях влажности (например, от 10% до 90%). В верхней части диапазона влага может увеличить проводимость проницаемых изоляторов, что приведет к неисправности. Слишком низкая влажность может сделать материалы хрупкими. Особую опасность для электронных устройств, независимо от заявленного диапазона рабочей влажности, представляет конденсация . Когда электронный предмет перемещается из холодного места (например, гаража, автомобиля, сарая, помещения с кондиционированным воздухом в тропиках) в теплое влажное место (дом, за пределами тропиков), конденсат может покрыть печатные платы и другие изоляторы, что приведет к короткому замыканию. цепь внутри оборудования. Такие короткие замыкания могут вызвать серьезные необратимые повреждения, если оборудование будет включено до того, как испарится конденсат . Подобный эффект конденсации часто наблюдается, когда человек в очках приходит с холода (т. Е. Очки становятся туманными). Перед включением рекомендуется дать электронному оборудованию акклиматизироваться в течение нескольких часов после того, как его принесли с холода. Некоторые электронные устройства могут обнаружить такое изменение и указать при подключении, обычно с помощью небольшого значка в виде капли, что их нельзя использовать до тех пор, пока не исчезнет опасность образования конденсата. В ситуациях, когда время имеет решающее значение, увеличение потока воздуха через внутренние части устройства, например, снятие боковой панели с корпуса ПК и направление вентилятора в корпус, значительно сократит время, необходимое для адаптации к новой среде.

Напротив, очень низкий уровень влажности способствует накоплению статического электричества , что может привести к самопроизвольному отключению компьютеров при возникновении разрядов. Помимо ложной неустойчивой работы, электростатические разряды могут вызвать пробой диэлектрика в твердотельных устройствах, что приведет к необратимым повреждениям. По этим причинам центры обработки данных часто контролируют уровень относительной влажности.

Промышленность

Высокая влажность часто может отрицательно сказаться на производительности химических заводов и нефтеперерабатывающих заводов, которые используют печи как часть определенных процессов (например, паровой риформинг, процессы влажной серной кислоты). Например, поскольку влажность снижает концентрацию кислорода в окружающей среде (сухой воздух обычно содержит 20,9% кислорода, но при 100% относительной влажности воздух содержит 20,4% кислорода), вентиляторы дымовых газов должны всасывать воздух с большей скоростью, чем в противном случае потребовалось бы для поддержания такая же скорострельность.

Выпечка

Высокая влажность в духовке, выраженная в повышенной температуре по смоченному термометру , увеличивает теплопроводность воздуха вокруг выпекаемого изделия, что приводит к более быстрому процессу выпечки или даже горению. И наоборот, низкая влажность замедляет процесс выпечки.

Другие важные факты

Относительная влажность.png

При относительной влажности 100% воздух является насыщенным и имеет точку росы : давление водяного пара не допускает ни испарения находящейся поблизости жидкой воды, ни конденсации для роста ближайшей воды; ни сублимация близлежащего льда, ни отложение для роста ближайшего льда.

Относительная влажность может превышать 100%, и в этом случае воздух перенасыщен . Для образования облаков требуется перенасыщенный воздух. Ядра конденсации облаков снижают уровень пересыщения, необходимого для образования тумана и облаков - в отсутствие ядер, вокруг которых могут образовываться капли или лед, для спонтанного образования этих капель или кристаллов льда требуется более высокий уровень пересыщения. В камере Вильсона , которая используется в экспериментах по ядерной физике, внутри камеры создается состояние перенасыщения, и движущиеся субатомные частицы действуют как ядра конденсации, поэтому следы тумана показывают пути этих частиц.

Для данной точки росы и соответствующей ей абсолютной влажности относительная влажность будет изменяться обратно пропорционально, хотя и нелинейно, с температурой . Это связано с тем, что парциальное давление воды увеличивается с увеличением температуры - принцип работы всего, от фенов до осушителей .

Из-за растущего потенциала более высокого парциального давления водяного пара при более высоких температурах воздуха, содержание воды в воздухе на уровне моря может достигать 3% по массе при 30 ° C (86 ° F) по сравнению с не более чем примерно 0,5. % по массе при 0 ° C (32 ° F). Этим объясняется низкий (при отсутствии мер по добавлению влаги) влажность в отапливаемых конструкциях зимой, что приводит к сухости кожи , зуду в глазах и сохранению статических электрических зарядов. Даже при насыщении (100% относительная влажность) на открытом воздухе нагрев проникающего наружного воздуха, поступающего в помещение, увеличивает его влагоемкость, что снижает относительную влажность и увеличивает скорость испарения с влажных поверхностей в помещении (включая тела людей и домашние растения).

Точно так же летом во влажном климате большое количество жидкой воды конденсируется из воздуха, охлаждаемого в кондиционерах. Более теплый воздух охлаждается ниже точки росы, а избыток водяного пара конденсируется. Это то же самое явление, при котором капли воды образуются на внешней стороне чашки с ледяным напитком.

Полезное практическое правило состоит в том, что максимальная абсолютная влажность удваивается на каждые 20 ° F (11 ° C) повышения температуры. Таким образом, относительная влажность будет падать в 2 раза на каждые 20 ° F (11 ° C) повышения температуры, при условии сохранения абсолютной влажности. Например, в диапазоне нормальных температур воздух с температурой 68 ° F (20 ° C) и относительной влажностью 50% станет насыщенным при охлаждении до 50 ° F (10 ° C), его точки росы и 41 ° F (5 ° C). ° C) воздух с относительной влажностью 80%, нагретый до 68 ° F (20 ° C), будет иметь относительную влажность всего 29% и будет казаться сухим. Для сравнения, стандарт теплового комфорта ASHRAE 55 требует, чтобы системы, предназначенные для регулирования влажности, поддерживали точку росы 16,8 ° C (62,2 ° F), хотя нижний предел влажности не установлен.

Водяной пар является более легким газом, чем другие газообразные компоненты воздуха при той же температуре, поэтому влажный воздух будет подниматься вверх за счет естественной конвекции . Это механизм, стоящий за грозами и другими погодными явлениями. Относительная влажность часто упоминается в прогнозах погоды и отчетах, поскольку это показатель вероятности выпадения росы или тумана. В жаркую летнюю погоду он также увеличивает видимую температуру для людей (и других животных ), препятствуя испарению пота с кожи при повышении относительной влажности. Этот эффект рассчитывается как индекс тепла или влажность .

Устройство, используемое для измерения влажности, называется гигрометром ; тот, который используется для его регулирования, называется гигростатом , а иногда и гигростатом . (Это аналогично с термометром и термостатом для температуры, соответственно) .

Смотрите также

использованная литература

Цитаты

Общие источники

внешние ссылки