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湿度

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综述编辑本段回目录

湿度湿度

空气温度越高,它容纳水蒸气的能力就越高。虽然水蒸气可以与空气中的部分成分(比如悬浮的灰尘中的)进行化学反应,或者被多孔的粒子吸收,但这些过程或反应所占的比例非常小,相反的大多数水蒸气可以溶解在空气中。干空气一般可以看作一种理想气体,但随着其中水汽成分的增高它的理想性越来越低。这时只有使用范德华方程才能描写它的性能。

理论上“空气中的水蒸气饱和”这个说法是不正确的,因为空气中的水蒸气的饱和度与空气的成分本身无关,而只与水蒸气的温度有关。在同一温度下真空中的水蒸气的饱和度与空气中的水蒸气的饱和度实际上是一样高的。但出于简化一般人们(甚至在科学界)使用“空气中溶解的水蒸气”或“空气中的水蒸气饱和”这样的词句。在这篇文章中我们也使用这些常用的词句。

假如饱和的空气的温度降低到露点以下和空气中有凝结核(比如雾剂)的话(在自然界一般总有凝结核存在),空气中的水就会凝结。、窗户玻璃和其它冷的表面上的凝结水、人在冷空气中哈出的汽等等许多现象就是这样形成的。偶尔(或在实验室中人工造成的)水蒸气可以在露点以下也不凝结。这个现象叫做过饱和

空气中水蒸气的溶解量随温度不同而变化。一立方米空气可以在10摄氏度下溶解9.41克水,在30摄氏度下溶解30.38克水。[1]

测量编辑本段回目录

湿度湿度计
空气湿度的测量方法需要两个温度计,其中一个用湿布包着,湿布下端浸在纯净的水中,另一个则暴露在空气中,把它们放在同一地点,在8:00和20:00分别记下温度,就能计算空气湿度。多个量被用来表示空气的湿度。下面列出最常用的:

关键术语    蒸汽压     绝对湿度  相对湿度  比湿   露点

用来测量湿度的仪器叫做湿度计

▲绝对湿度
绝对湿度是一定体积空气中含有的水蒸气的质量,一般其单位是克/立方米。绝对湿度的最大限度是饱和状态下的最高湿度。绝对湿度只有与温度一起才有意义,因为空气中能够含有的湿度的量随温度而变化,在不同的高度中绝对湿度也不同,因为随着高度的变化空气的体积变化。但绝对湿度越靠近最高湿度,它随高度的变化就越小。

下面是计算绝对湿度的公式:

湿度  公式                     

其中的符号分别是:

 e       蒸汽压, 单位是帕斯卡       Rw   水的气体常数=461.52J/(kgK)

T     温度,  单位是开尔文             m    在空气中溶解的水的质量,单位是克

V    空气的体积,单位是立方米

▲相对湿度

湿度一台湿度计正在纪录相对湿度
相对湿度(RH)是绝对湿度与最高湿度之间的比,它的值显示水蒸气的饱和度有多高。相对湿度为100%的空气是饱和的空气。相对湿度是50%的空气含有达到同温度的空气的饱和点的一半的水蒸气。相对湿度超过100%的空气中的水蒸气一般凝结出来。随着温度的增高空气中可以含的水就越少,也就是说,在同样多的水蒸气的情况下温度降低相对湿度就会升高。因此在提供相对湿度的同时也必须提供温度的数据。通过最高湿度和温度也可以计算出露点。

以下是计算相对湿度的公式:

湿度公式

 

 

 

其中符号分别是:

ρw 绝对湿度,单位是克/立方米      ρw,max 最高湿度,单位是克/立方米      e 蒸汽压,单位是帕斯卡
E 饱和蒸汽压,单位是帕斯卡         s 比湿,单位是克/千克                           S 最高比湿,单位是克/千克 
▲比湿
比湿是融化在空气中的水的质量与湿空气的质量之间的比。假如没有凝结或蒸发的现象发生的话一个封闭的空气在不同的高度下的比湿是相同的。在饱和状态下的最高比湿的符号是S。

以下是计算比湿s的公式:

湿度公式
湿度公式

其中使用的符号为:

湿度公式


湿度公式

 

 

 

相似地最高比湿为:

湿度公式

 

 

 

其中使用的符号分别为:

mx 质量,单位为克
ρx 密度,单位为克/立方米
Vtotal 湿空气的总体积,单位为立方米
Rw 水的气体常数,单位为焦耳/(千克·开尔文)
RL 干空气的气体常数,单位为焦耳/(千克·开尔文)
T 温度,开尔文
MWater 水的摩尔质量=18.01528克/摩尔
干空气的摩尔质量=28.9634克/摩尔
e 蒸汽压,单位是帕斯卡
p 气压,单位为帕斯卡
E 饱和蒸汽压,单位为帕斯卡

露点 :是指空气中饱和水汽开始凝结的温度,也就是结露的温度。在100%的相对湿度时,周围环境温度等于露点温度。露点温度越小于环境温度,就意味着越小的结露可能,也就意味着空气越干燥。露点不受温度影响,但受压力影响。[3]

 

加湿和除湿编辑本段回目录

▲加湿

离心加湿器工作原理:
离心式加湿器是利用高速电机带动复合叶轮旋转产生真空,贮水箱内的水在大气压力作用下通过吸水器压至复合雾化叶轮,经化成直径为5um的细雾,经过下进风道的微风,送至出雾口,在出雾口与上进风道的高速风流相汇合形成高速气雾喷到空气中,气雾与空气中的余热相接触,完全汽化,达到加湿目的。
电极式蒸汽加湿器的工作原理:
当自来水进入加湿桶后,水位逐渐上升。在加湿器电极上通电,当水位漫过电极后,电极之间通过水的导电性而构成电流回路,并把水加热至沸腾,输出洁净蒸汽。随道蒸气输出,水位逐渐降低。这时进水阀通电打开,再次进水,直到合适的水位,并继续产生蒸汽。当加湿桶中的矿物质浓度越来越高时,排水阀自动打开,排去废水,加湿器再次补充新水,并继续加湿工作过程。使用导电率过高或过低的自来水可能会导致加湿桶损耗过快或加湿量不足。
超声波加湿器原理
超声波加湿器是采用超声波高频振荡的原理,将水雾化为1—5微米的超微粒子,通过风动装置,将水雾扩散到空气中,从而达到均匀加湿空气的目的。其特点是,加湿强度大,加湿均匀,加湿效率高;节能、省电;超长使用寿命;湿度自动平衡,无水自动保护;兼具医疗雾化、冷敷浴面、清洗首饰等功能;缺点是对水质有一定的要求。
离心式加湿
加湿器主要是靠雾化片来工作指的是离心式加湿。

▲除湿

除湿机工作原理
转轮除湿机的核心结构为一不断转动的蜂窝状干燥转轮,它是除湿机吸收水分的最关键的部件,是由含有少许金属的特殊玻璃纤维载体和活性硅胶复合而成,其蜂窝状的结构设计,不仅能够极大限度的附着吸湿剂,增加湿空气与吸湿剂相互接触的表面积,提高除湿机的工作效率,而且具有很高的强度,能够很好的适用于各种复杂的工作环境。
转轮的两侧,由高度密封性能的硅橡胶制成的隔板将整个表面分成两个扇区:270度的处理扇区;90度的再生还原扇区。
当需要除湿的潮湿空气(称处理空气)进入处理区域,湿空气中的水蒸气被转轮中的活性硅胶所吸附,从而得到干燥,干燥后的空气则通过送风机送出。随着吸收水分的增加,处理扇区渐渐趋于饱和状态。为了维持其稳定的除湿性能,就需要对转轮中的吸湿剂进行再生还原,这时,趋于饱和的转轮在马达的驱动下,慢慢转入再生区域,开始再生再生过程。
再生空气(一般取自室外或机房)经过加热后达到100~140度,然后反向吹入再生区域,在高温状态下,转轮中已吸收的水份被脱附,再生空气由于在脱附过程中损失了大量显热,自身温度降低,变成了饱含水分的湿空气,被风机引导排至室外,从而完成了水分的转移。而转轮在再生脱水后,重新恢复了强大的吸湿能力,在马达的驱动下,转入工作区域进行除湿。
上述的除湿和再生过程是同时发生的,空气不断被干燥,转轮不断被再生,周而复始,从而保证了除湿机持续恒定的工作状态。转轮转速8~12转/小时,所需动力极小,除湿机出口空气参数条件,仅取决于进口空气的参数和再生能量的控制。

意义和用途编辑本段回目录

湿度下雨的时候,空气湿度是非常高的
空气湿度在许多方面有重要的用途,在大气学、气象学和气候学中它主要是理论中的一个重要值,而在实际应用上的作用比较小。
▲气象学和水文学
在气象学和水文学中湿度是决定蒸发和蒸腾的重要数据。它对不同的气候区的产生起决定性的作用。大气中的水蒸气在水循环过程中也是必不可少的。通过水蒸气水可以很快地在地球表面运动。水在大气中形成降水、云和其它现象,它们决定了地球的气象气候

而在天气预报中,更常用到相对湿度。它反映了降雨、有雾的可能性。在炎热的天气之下,高的相对湿度会让人类(和其他动物)感到更热,因为这妨碍了汗水的挥发。人类可以从而制定出热湿指数。

▲医学

医学上空气的湿度与呼吸之间的关系非常紧密。在一定的湿度下氧气比较容易通过肺泡进入血液。一般人在45-55%的相对湿度下感觉最舒适。过热而不通风的房间里的相对湿度一般比较低,这可能对皮肤不良和对粘膜有刺激作用。湿度过高影响人调节体温的排汗功能,人会感到闷热。总的来说人在高温但低湿度的情况下(比如沙漠)比在温度不太高但湿度很高的情况下(比如雨林)的感觉要好。在通过呼吸进行麻醉时麻醉气体的湿度是非常关键的。医学上使用的麻醉气体一般是在无水的情况下存放的,假如在使用时不添加湿度的话会在人的肺中导致蒸发和失水。

▲生物学

生物学中,尤其是在生态学中空气湿度是一个非常关键的量。它决定一个生态系统的组成。在植物的叶面上气孔的开关和植物的呼吸。有些动物比如蜗牛只有在它们的皮肤有一定湿度的情况下才能吸收氧气

▲储藏和生产

在存放水果的仓库里湿度决定水果的成熟。在存放金属的仓库里湿度过高可能导致腐蚀。其它许多货物比如化学药剂、香肠、木、艺术品、集成电路等等也必须在一定的湿度或在湿度为零的条件下存放。因此在许多仓库、博物馆图书馆计算机中心和一定的工厂(比如微电子工业)中都有空调装置来控制室内的湿度。

▲农业和林业

湿度雾气弥漫的森林
雾气弥漫的森林湿度过低可以在农业上导致土壤和植物失水和减产。

林业和林木工业中湿度也是一个非常关键的量。在锯木厂人们往往向堆积在那里的木头浇水。木头本身有它自己的湿度,在空气中它的湿度逐渐与空气的周围湿度靠近。这个木头内的湿度的变化会导致木头的体积的变化,这对林木工业来说是非常关键的。

一般木头在存放时要让空气可以直接与它的各个方向接触,这样来避免木头变形或发霉。在铺地板时最好先让地板的木头在房屋内搁置一两天,来让它与房屋内的湿度一样,否则的话地板的木头可能会在铺设后伸张或收缩。

▲建筑

建筑物理中露点是一个非常重要的量。假如一座建筑内的温度不一样的话,那么从高温部分流入低温部分的潮湿的空气中的水就可能凝结。在这些地方可能会发霉,在建筑设计时必须考虑到这样的现象。此外相对湿度是衡量建筑室内热环境的一个重要指标,建筑物理把在人体的主观热感觉处于中性时,风速不大于0.15m/s,相对湿度为50%定为最舒适的热环境,这也是室内热环境设计的一个基准。

▲湿度与人生活的关系

据生理学家研究,室内温度过高时,会影响人的体温调节功能,由于散热不良而引起体温升高、血管舒张、脉搏加快、心率加速。冬季,如果室内温度经常保持在25℃以上,人就会神疲力乏、头晕脑涨、思维迟钝、记忆力差。同时,由于室内外温差悬殊,人体难以适应,容易患伤风感冒。如果室内温度过低,则会使人体代谢功能下降,脉搏、呼吸减慢,皮下血管收缩,皮肤过度紧张,呼吸道粘膜的抵抗力减弱,容易诱发呼吸道疾病。因此,科学家们把人对“冷耐受”的下限温度和“热耐受”的上限温度,分别定为11℃和32℃。在注意室内温度调节的同时,还应注意室内的湿度。夏天,室内湿度过大时,会抑制人体散热,使人感到十分闷热、烦躁。冬天,室内湿度大时,则会加速热传导,使人觉得阴冷、抑郁。室内湿度过低时,因上呼吸道粘膜的水分大量散失,人会感到口干、舌燥,甚至咽喉肿痛、声音嘶哑和鼻出血等,并易患感冒。所以,专家们研究认为,相对湿度上限值不应超过80%,下限值不应低于30%。然而,人的体感并不单纯受气温或气湿两种因素的影响,而是两者综合作用的结果。通过实验测定,最宜人的室内温湿度是:冬天温度为18至25℃,湿度为30%至80%;夏天温度为23至28℃,湿度为30%至60%。在此范围内感到舒适的人占95%以上。在装有空调的室内,室温为19至24℃,湿度为40%至50%时,人会感到最舒适。如果考虑到温、湿度对人思维活动的影响,最适宜的室温度应是工作效率高。18℃,湿度应是40%至60%,此时,人的精神状态好,思维最敏捷。[2]

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