Относительная влажность

редактировать
Влажность и гигрометрия
Маунт в облачном лесу kinabalu.jpg
Конкретные понятия
Общие понятия
Измерения и инструменты
  • v
  • t

относительная влажность (RH) - это отношение парциального давления водяного пара к равновесное давление пара воды при данной температуре. Относительная влажность зависит от температуры и давления в интересующей системе. Такое же количество водяного пара приводит к более высокой относительной влажности в холодном воздухе, чем в теплом. Связанный параметр - точка росы.

Содержание

  • 1 Определение
  • 2 Значение
    • 2.1 Климат-контроль
    • 2.2 Относительная влажность и тепловой комфорт
    • 2.3 Дискомфорт для человека, вызванный низкой относительной влажностью
    • 2.4 Здания
    • 2.5 Транспортные средства
    • 2.6 Авиация
  • 3 Измерение
  • 4 Водяной пар не зависит от воздуха
  • 5 Зависимость от давления
    • 5.1 Коэффициент усиления
  • 6 Понятия, связанные с данным
  • 7 Другие важные факты
  • 8 См. Также
  • 9 Ссылки
    • 9.1 Цитаты
    • 9.2 Источники
  • 10 Внешние ссылки

Определение

Относительная влажность (RH {\ displaystyle (RH}{\ displaystyle (RH} или ϕ) {\ displaystyle \ phi)}{\ displaystyle \ phi)} воздушно-водяной смеси определяется как отношение парциального давления водяного пара (p H 2 O) {\ displaystyle (p _ {\ mathrm {H_ {2} O}})}{\ display стиль (п _ {\ mathrm {H_ {2} O}})} в смеси до равновесного давления пара воды (p H 2 O ∗) {\ displaystyle (p _ {\ mathrm {H_ {2} O}} ^ {*})}{\ displaystyle (p _ {\ mathrm {H_ {2}) O}} ^ {*})} над плоской поверхностью чистой воды на заданная температура :

ϕ = p H 2 O p H 2 O ∗. {\ displaystyle \ phi = {\ frac {p _ {\ mathrm {H_ {2} O}}} {p _ {\ mathrm {H_ {2} O}} ^ {*}}}.}{\ displaystyle \ phi = {\ frac {p _ {\ mathrm {H_ {2} O}}} {p _ {\ mathrm {H_ {2} O}} ^ {*}}}.}

Относительная влажность обычно выражается как процент ; более высокий процент означает, что смесь воздуха и воды более влажная. При относительной влажности 100% воздух насыщен и находится на уровне точки росы.

Значимость

Климат-контроль

Климат-контроль - это контроль температуры и относительной влажности в зданиях., транспортных средств и других закрытых помещений с целью обеспечения комфорта, здоровья и безопасности человека, а также соблюдения экологических требований к машинам, чувствительным материалам (например, историческим) и техническим процессам.

Относительная влажность и тепловой комфорт

Наряду с температурой воздуха, средней температурой излучения, скоростью воздуха, уровнем метаболизма и уровнем одежды, относительной влажностью играет роль в обеспечении человеческого теплового комфорта. В соответствии со стандартом ASHRAE Standard 55-2017: Тепловые условия окружающей среды для людей, тепловой комфорт в помещении может быть достигнут с помощью метода PMV с относительной влажностью в диапазоне от 0 до 100%, в зависимости от уровни других факторов, влияющих на тепловой комфорт. Однако рекомендуемый диапазон относительной влажности в помещении в зданиях с кондиционированием воздуха обычно составляет 30–60%.

В целом, более высокие температуры требуют более низкой относительной влажности для достижения теплового комфорта по сравнению с более низкими температурами, при соблюдении всех остальных факторов. постоянный. 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. Инструмент CBE Thermal Comfort Tool можно использовать для демонстрации влияния относительной влажности на определенные условия теплового комфорта, а также его можно использовать для демонстрации соответствия стандарту ASHRAE Standard 55-2017.

При использовании адаптивная модель для прогнозирования теплового комфорта в помещении, относительная влажность не принимается во внимание.

Хотя относительная влажность является важным фактором теплового комфорта, люди более чувствительны к колебаниям температуры, чем они к изменениям относительной влажности. Относительная 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.

Дискомфорт человека, вызванный низкой относительной влажностью

В холодном климате из-за температуры наружного воздуха пропускная способность водяного пара снижается. Хотя может идти снег и относительная влажность на улице высокая, как только воздух попадает в здание и нагревается, его новая относительная влажность становится очень низкой (то есть воздух очень сухой), что может вызвать дискомфорт. Сухая кожа с трещинами может возникнуть из-за сухого воздуха.

Низкая влажность вызывает высыхание, растрескивание и растрескивание тканей слизистой оболочки носовых ходов и повышение их восприимчивости к проникновению риновируса вирусов простуды. Низкая влажность - частая причина носовых кровотечений. Использование увлажнителя воздуха в домах, особенно в спальнях, может помочь с этими симптомами.

Относительная влажность в помещении должна поддерживаться выше 30%, чтобы снизить вероятность высыхания носовых проходов человека.

Люди могут чувствовать себя комфортно в широком диапазоне влажности в зависимости от температуры - от 30 до 70%, но в идеале от 50 до 60%. Очень низкая влажность может вызвать дискомфорт, проблемы с дыханием и усугубить аллергию у некоторых людей. Зимой рекомендуется поддерживать относительную влажность 30% и выше. Чрезвычайно низкая (ниже 20%) относительная влажность также может вызвать раздражение глаз.

Здания

Для управления микроклиматом в зданиях, использующих системы HVAC, ключом является поддержание относительной влажности. влажность в комфортном диапазоне - достаточно низкая, чтобы быть комфортной, но достаточно высокая, 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 проблемам с плесенью, коррозии, гниению и другим повреждениям, связанным 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 заводах, в лабораториях, больницах и других учреждениях требуют поддержания определенного уровня относительной влажности с помощью увлажнителей, осушителей и связанных с ними систем управления.

Транспортные средства

Основные принципы построения зданий, указанные выше, также применимы к транспортным средствам. Кроме того, могут быть соображения безопасности. Например, высокая влажность внутри транспортного средства может привести к проблемам конденсации, таким как запотевание лобовых стекол и замыкание электрических компонентов. В транспортных средствах и сосудах высокого давления, таких как герметичные авиалайнеры, подводные аппараты и космические корабли, эти соображения могут иметь решающее значение для безопасности и сложны необходимы системы экологического контроля, 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 высыхание 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 не находящиеся под давлением 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. У карбюраторных двигателей есть 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 больше времени. взлетно-посадочные полосы и снизят 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, когда измеряется с точки зрения 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 приведет к увеличению высоты над уровнем моря. Таким образом, в жарких и влажных условиях высота по плотности в конкретном месте может быть значительно выше истинной высоты.

Измерительный

A гигрометр - прибор, используемый для измерения влажности воздуха.

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

. Существует несколько эмпирических формул, которые можно использовать для оценки равновесного давления водяного пара в зависимости от температуры. Уравнение Антуана относится к наименее сложным из них, имея только 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 Арден-Бак. обычно встречается в литературе по этой теме:

ew ∗ = (1.0007 + 3.46 × 10 - 6 P) × 6.1121 e 17.502 T / (240.97 + T), {\ displaystyle e_ {w} ^ { *} = (1.0007 + 3.46 \ times 10 ^ {- 6} P) \ times 6.1121 \, e ^ {17.502T / (240.97 + T)},}{\ displaystyle e_ {w} ^ {*} = (1.0007 + 3.46 \ times 10 ^ {- 6} P) \ times 6.1121 \, e ^ {17.502T / (240.97 + T)},}

где T {\ displaystyle T}T - температура по сухому термометру, выраженная в градусах Цельсия (° C), P {\ displaystyle P}P - абсолютное давление, выраженное в миллибарах, и ew ∗ { \ displaystyle e_ {w} ^ {*}}{\ displaystyle e_ {w} ^ {*}} - 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.

Водяной пар не зависит от воздуха

Понятие воздуха, «удерживающего» водяной пар или «насыщенного» им, часто упоминается в связи с концепцией 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 даются 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.

Зависимость от давления

Относительная влажность системы воздух – вода зависит не только от температуры, но и от абсолютного давления в интересующей системе. Эта зависимость демонстрируется на примере системы воздух – вода, показанной ниже. Система закрыта (т.е. неважно, 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 в системе уменьшается, поскольку равновесное давление пара воды увеличивается с повышением температуры. Это показано в состоянии B.

Если система в состоянии A изотермически сжимается (сжимается без изменения температуры системы), то относительная влажность в системе увеличивается, поскольку парциальное давление воды в системе увеличивается. с уменьшением громкости. 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.

Коэффициент усиления

Коэффициент усиления (fw) {\ displaystyle (f_ {w})}{\ displaystyle (f_ {w})} определяется как отношение давления насыщенного пара вода во влажном воздухе (ew ′) {\ displaystyle (e '_ {w})}{\displaystyle (e'_{w})}до давления насыщенного пара чистой воды:

f W = ew ′ ew ∗. {\ displaystyle f_ {W} = {\ frac {e '_ {w}} {e_ {w} ^ {*}}}.}{\displaystyle f_{W}={\frac {e'_{w}}{e_{w}^{*}}}.}

Коэффициент усиления для идеальных газовых систем 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. Таким образом, для реальных систем коэффициент усиления обычно немного больше единицы.

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

Бак сообщил, что на уровне моря давление пара воды в насыщенном влажном воздухе примерно на 0,5% выше равновесного давления пара чистой воды.

Связанные понятия

Термин «относительная влажность» используется 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.

Другие важные факты

Relative Humidity.png

В этом контексте упоминается газ до насыщения, когда давление водяного пара в воздухе находится при равновесном давлении пара для водяного пара при температуре смеси газа и водяного пара; жидкая вода (и лед при соответствующей температуре) не теряет массу из-за испарения при воздействии насыщенного воздуха. Это также может соответствовать возможности образования росы или тумана в пространстве, в котором отсутствуют температурные различия между его частями, например, в ответ на снижение температуры. Туман состоит из очень мельчайших капель жидкости, которые в основном удерживаются в воздухе за счет изостатического движения (другими словами, капли падают в воздухе с конечной скоростью, но, поскольку они очень малы, эта конечная скорость тоже очень мала, поэтому не посмотрите на нас, как будто они падают, и кажется, что их держат в воздухе).

Заявление о том, что относительная влажность (RH%) никогда не может быть выше 100%, хотя и является довольно хорошим ориентиром, не является абсолютно точным без более сложного определения влажности, чем приведенное здесь. Образование облаков, при котором частицы аэрозоля активируются с образованием ядер облачной конденсации, требует перенасыщения воздушной посылки до относительной влажности чуть выше 100%. Один пример меньшего масштаба обнаружен в камере Вильсона в ядерно-физических экспериментах, в которых индуцируется состояние пересыщения для выполнения своей функции.

Для заданной точки росы и соответствующей ей абсолютной влажности относительная влажность изменится обратно пропорционально, хотя и нелинейно, с температурой температуры. Это связано с тем, что парциальное давление воды увеличивается с увеличением температуры - принцип действия, лежащий в основе всего, от фенов до осушителей.

. Из-за растущей возможности повышения 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 0,5% по массе при 0 ° C (32 ° F). Этим объясняется низкий уровень влажности (при отсутствии мер по добавлению влаги) в отапливаемых конструкциях зимой, что приводит к сухой коже, зуду глазах и наличие статических электрических зарядов. Даже при насыщении (относительная влажность 100%) 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 при повышении температуры на каждые 20 ° F (11 ° C). 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 точка росы, и 41 ° F (5 ° C) воздух при относительной влажности 80%, нагретый до 68 ° F (20 ° C), будет иметь относительную влажность всего 29% и чувствовать себя 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 за счет естественной конвекции. Это механизм, лежащий в основе гроз и других погодных явлений. Относительная влажность часто упоминается в прогнозах погоды и отчетах, так как это показатель вероятности выпадения росы или тумана. В жаркое лето погоду он также увеличивает видимую температуру до людей (и других животных ), препятствуя испарению пота с кожи при повышении относительной влажности. Этот эффект рассчитывается как индекс тепла или humidex.

. Устройство, используемое для измерения влажности, называется гигрометром ; один, используемый для его регулирования, называется гигростатом, а иногда и гигростатом. (Это аналог термометра и термостата для температуры соответственно.)

См. Также

Ссылки

Цитаты

Источники

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-03 12:17:54
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте