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濕度,表示大氣乾燥程度物理量,其測量儀器是濕度表。在一定溫度下一定體積的空氣里含有的水汽越少,則空氣越乾燥;水汽越多,則空氣越潮濕。空氣乾濕程度叫做「濕度」。在此意義下,常用絕對濕度、相對濕度、比較濕度、混合比、飽和差以及露點等物理量來表示;若表示在濕蒸汽中液態水分的重量占蒸汽總重量的百分比,則稱之為蒸汽的濕度。它測量的數據對人們的生產生活活動決策有重要指導參考意義.

1 濕度 -綜述

濕度濕度

空氣溫度越高,它容納水蒸氣的能力就越高。雖然水蒸氣可以與空氣中的部分成分(比如懸浮的灰塵中的鹽)進行化學反應,或者被多孔的粒子吸收,但這些過程或反應所佔的比例非常小,相反的大多數水蒸氣可以溶解在空氣中。干空氣一般可以看作一種理想氣體,但隨著其中水汽成分的增高它的理想性越來越低。這時只有使用范德華方程才能描寫它的性能。

理論上「空氣中的水蒸氣飽和」這個說法是不正確的,因為空氣中的水蒸氣的飽和度與空氣的成分本身無關,而只與水蒸氣的溫度有關。在同一溫度下真空中的水蒸氣的飽和度與空氣中的水蒸氣的飽和度實際上是一樣高的。但出於簡化一般人們(甚至在科學界)使用「空氣中溶解的水蒸氣」或「空氣中的水蒸氣飽和」這樣的詞句。在這篇文章中我們也使用這些常用的詞句。

假如飽和的空氣的溫度降低到露點以下和空氣中有凝結核(比如霧劑)的話(在自然界一般總有凝結核存在),空氣中的水就會凝結。雲、窗戶玻璃和其它冷的表面上的凝結水、露和霧、人在冷空氣中哈出的汽等等許多現象就是這樣形成的。偶爾(或在實驗室中人工造成的)水蒸氣可以在露點以下也不凝結。這個現象叫做過飽和。

空氣中水蒸氣的溶解量隨溫度不同而變化。一立方米空氣可以在10攝氏度下溶解9.41克水,在30攝氏度下溶解30.38克水。

2 濕度 -測量

濕度濕度計
空氣濕度的測量方法需要兩個溫度計,其中一個用濕布包著,濕布下端浸在純凈的水中,另一個則暴露在空氣中,把它們放在同一地點,在8:00和20:00分別記下溫度,就能計算空氣濕度。多個量被用來表示空氣的濕度。下面列出最常用的:

關鍵術語    蒸汽壓     絕對濕度  相對濕度  比濕   露點

用來測量濕度的儀器叫做濕度計。

▲絕對濕度
絕對濕度是一定體積空氣中含有的水蒸氣的質量,一般其單位是克/立方米。絕對濕度的最大限度是飽和狀態下的最高濕度。絕對濕度只有與溫度一起才有意義,因為空氣中能夠含有的濕度的量隨溫度而變化,在不同的高度中絕對濕度也不同,因為隨著高度的變化空氣的體積變化。但絕對濕度越靠近最高濕度,它隨高度的變化就越小。

下面是計算絕對濕度的公式:

濕度  公式                     

其中的符號分別是:

 e       蒸汽壓, 單位是帕斯卡       Rw   水的氣體常數=461.52J/(kgK)

T     溫度,  單位是開爾文             m    在空氣中溶解的水的質量,單位是克

V    空氣的體積,單位是立方米

▲相對濕度

濕度一台濕度計正在紀錄相對濕度
相對濕度(RH)是絕對濕度與最高濕度之間的比,它的值顯示水蒸氣的飽和度有多高。相對濕度為100%的空氣是飽和的空氣。相對濕度是50%的空氣含有達到同溫度的空氣的飽和點的一半的水蒸氣。相對濕度超過100%的空氣中的水蒸氣一般凝結出來。隨著溫度的增高空氣中可以含的水就越少,也就是說,在同樣多的水蒸氣的情況下溫度降低相對濕度就會升高。因此在提供相對濕度的同時也必須提供溫度的數據。通過最高濕度和溫度也可以計算出露點。

以下是計算相對濕度的公式:

濕度公式

 

 

 

其中符號分別是:

ρw 絕對濕度,單位是克/立方米      ρw,max 最高濕度,單位是克/立方米      e 蒸汽壓,單位是帕斯卡
E 飽和蒸汽壓,單位是帕斯卡         s 比濕,單位是克/千克                           S 最高比濕,單位是克/千克 
▲比濕
比濕是融化在空氣中的水的質量與濕空氣的質量之間的比。假如沒有凝結或蒸發的現象發生的話一個封閉的空氣在不同的高度下的比濕是相同的。在飽和狀態下的最高比濕的符號是S。

以下是計算比濕s的公式:

濕度公式
濕度公式

其中使用的符號為:

濕度公式


濕度公式

 

 

 

相似地最高比濕為:

濕度公式

 

 

 

其中使用的符號分別為:

mx 質量,單位為克
ρx 密度,單位為克/立方米
Vtotal 濕空氣的總體積,單位為立方米
Rw 水的氣體常數,單位為焦耳/(千克·開爾文)
RL 干空氣的氣體常數,單位為焦耳/(千克·開爾文)
T 溫度,開爾文
MWater 水的摩爾質量=18.01528克/摩爾
干空氣的摩爾質量=28.9634克/摩爾
e 蒸汽壓,單位是帕斯卡
p 氣壓,單位為帕斯卡
E 飽和蒸汽壓,單位為帕斯卡

露點:是指空氣中飽和水汽開始凝結的溫度,也就是結露的溫度。在100%的相對濕度時,周圍環境溫度等於露點溫度。露點溫度越小於環境溫度,就意味著越小的結露可能,也就意味著空氣越乾燥。露點不受溫度影響,但受壓力影響。

 

3 濕度 -加濕和除濕

▲加濕

離心加濕器工作原理:
離心式加濕器是利用高速電機帶動複合葉輪旋轉產生真空,貯水箱內的水在大氣壓力作用下通過吸水器壓至複合霧化葉輪,經化成直徑為5um的細霧,經過下進風道的微風,送至出霧口,在出霧口與上進風道的高速風流相匯合形成高速氣霧噴到空氣中,氣霧與空氣中的餘熱相接觸,完全汽化,達到加濕目的。
電極式蒸汽加濕器的工作原理:
當自來水進入加濕桶后,水位逐漸上升。在加濕器電極上通電,當水位漫過電極后,電極之間通過水的導電性而構成電流迴路,並把水加熱至沸騰,輸出潔凈蒸汽。隨道蒸氣輸出,水位逐漸降低。這時進水閥通電打開,再次進水,直到合適的水位,並繼續產生蒸汽。當加濕桶中的礦物質濃度越來越高時,排水閥自動打開,排去廢水,加濕器再次補充新水,並繼續加濕工作過程。使用導電率過高或過低的自來水可能會導致加濕桶損耗過快或加濕量不足。
超聲波加濕器原理
超聲波加濕器是採用超聲波高頻振蕩的原理,將水霧化為1—5微米的超微粒子,通過風動裝置,將水霧擴散到空氣中,從而達到均勻加濕空氣的目的。其特點是,加濕強度大,加濕均勻,加濕效率高;節能、省電;超長使用壽命;濕度自動平衡,無水自動保護;兼具醫療霧化、冷敷浴面、清洗首飾等功能;缺點是對水質有一定的要求。
離心式加濕
加濕器主要是靠霧化片來工作指的是離心式加濕。

▲除濕

除濕機工作原理
轉輪除濕機的核心結構為一不斷轉動的蜂窩狀乾燥轉輪,它是除濕機吸收水分的最關鍵的部件,是由含有少許金屬鈦的特殊玻璃纖維載體和活性硅膠複合而成,其蜂窩狀的結構設計,不僅能夠極大限度的附著吸濕劑,增加濕空氣與吸濕劑相互接觸的表面積,提高除濕機的工作效率,而且具有很高的強度,能夠很好的適用於各種複雜的工作環境。
轉輪的兩側,由高度密封性能的硅橡膠製成的隔板將整個表面分成兩個扇區:270度的處理扇區;90度的再生還原扇區。
當需要除濕的潮濕空氣(稱處理空氣)進入處理區域,濕空氣中的水蒸氣被轉輪中的活性硅膠所吸附,從而得到乾燥,乾燥后的空氣則通過送風機送出。隨著吸收水分的增加,處理扇區漸漸趨於飽和狀態。為了維持其穩定的除濕性能,就需要對轉輪中的吸濕劑進行再生還原,這時,趨於飽和的轉輪在馬達的驅動下,慢慢轉入再生區域,開始再生再生過程。
再生空氣(一般取自室外或機房)經過加熱后達到100~140度,然後反向吹入再生區域,在高溫狀態下,轉輪中已吸收的水份被脫附,再生空氣由於在脫附過程中損失了大量顯熱,自身溫度降低,變成了飽含水分的濕空氣,被風機引導排至室外,從而完成了水分的轉移。而轉輪在再生脫水后,重新恢復了強大的吸濕能力,在馬達的驅動下,轉入工作區域進行除濕。
上述的除濕和再生過程是同時發生的,空氣不斷被乾燥,轉輪不斷被再生,周而復始,從而保證了除濕機持續恆定的工作狀態。轉輪轉速8~12轉/小時,所需動力極小,除濕機出口空氣參數條件,僅取決於進口空氣的參數和再生能量的控制。

4 濕度 -意義和用途

濕度下雨的時候,空氣濕度是非常高的
空氣濕度在許多方面有重要的用途,在大氣學、氣象學和氣候學中它主要是理論中的一個重要值,而在實際應用上的作用比較小。
▲氣象學和水文學
在氣象學和水文學中濕度是決定蒸發和蒸騰的重要數據。它對不同的氣候區的產生起決定性的作用。大氣中的水蒸氣在水循環過程中也是必不可少的。通過水蒸氣水可以很快地在地球表面運動。水在大氣中形成降水、雲和其它現象,它們決定了地球的氣象和氣候。

而在天氣預報中,更常用到相對濕度。它反映了降雨、有霧的可能性。在炎熱的天氣之下,高的相對濕度會讓人類(和其他動物)感到更熱,因為這妨礙了汗水的揮發。人類可以從而制定出熱濕指數。

▲醫學

在醫學上空氣的濕度與呼吸之間的關係非常緊密。在一定的濕度下氧氣比較容易通過肺泡進入血液。一般人在45-55%的相對濕度下感覺最舒適。過熱而不通風的房間里的相對濕度一般比較低,這可能對皮膚不良和對粘膜有刺激作用。濕度過高影響人調節體溫的排汗功能,人會感到悶熱。總的來說人在高溫但低濕度的情況下(比如沙漠)比在溫度不太高但濕度很高的情況下(比如雨林)的感覺要好。在通過呼吸進行麻醉時麻醉氣體的濕度是非常關鍵的。醫學上使用的麻醉氣體一般是在無水的情況下存放的,假如在使用時不添加濕度的話會在人的肺中導致蒸發和失水。

▲生物學

在生物學中,尤其是在生態學中空氣濕度是一個非常關鍵的量。它決定一個生態系統的組成。在植物的葉面上氣孔的開關和植物的呼吸。有些動物比如蝸牛隻有在它們的皮膚有一定濕度的情況下才能吸收氧氣。

▲儲藏和生產

在存放水果的倉庫里濕度決定水果的成熟。在存放金屬的倉庫里濕度過高可能導致腐蝕。其它許多貨物比如化學藥劑、煙、酒、香腸、木、藝術品、集成電路等等也必須在一定的濕度或在濕度為零的條件下存放。因此在許多倉庫、博物館、圖書館、計算機中心和一定的工廠(比如微電子工業)中都有空調裝置來控制室內的濕度。

▲農業和林業

濕度霧氣瀰漫的森林
霧氣瀰漫的森林濕度過低可以在農業上導致土壤和植物失水和減產。

在林業和林木工業中濕度也是一個非常關鍵的量。在鋸木廠人們往往向堆積在那裡的木頭澆水。木頭本身有它自己的濕度,在空氣中它的濕度逐漸與空氣的周圍濕度靠近。這個木頭內的濕度的變化會導致木頭的體積的變化,這對林木工業來說是非常關鍵的。

一般木頭在存放時要讓空氣可以直接與它的各個方向接觸,這樣來避免木頭變形或發霉。在鋪地板時最好先讓地板的木頭在房屋內擱置一兩天,來讓它與房屋內的濕度一樣,否則的話地板的木頭可能會在鋪設后伸張或收縮。

▲建築

在建築物理中露點是一個非常重要的量。假如一座建築內的溫度不一樣的話,那麼從高溫部分流入低溫部分的潮濕的空氣中的水就可能凝結。在這些地方可能會發霉,在建築設計時必須考慮到這樣的現象。此外相對濕度是衡量建築室內熱環境的一個重要指標,建築物理把在人體的主觀熱感覺處於中性時,風速不大於0.15m/s,相對濕度為50%定為最舒適的熱環境,這也是室內熱環境設計的一個基準。

▲濕度與人生活的關係

據生理學家研究,室內溫度過高時,會影響人的體溫調節功能,由於散熱不良而引起體溫升高、血管舒張、脈搏加快、心率加速。冬季,如果室內溫度經常保持在25℃以上,人就會神疲力乏、頭暈腦漲、思維遲鈍、記憶力差。同時,由於室內外溫差懸殊,人體難以適應,容易患傷風感冒。如果室內溫度過低,則會使人體代謝功能下降,脈搏、呼吸減慢,皮下血管收縮,皮膚過度緊張,呼吸道粘膜的抵抗力減弱,容易誘發呼吸道疾病。因此,科學家們把人對「冷耐受」的下限溫度和「熱耐受」的上限溫度,分別定為11℃和32℃。在注意室內溫度調節的同時,還應注意室內的濕度。夏天,室內濕度過大時,會抑制人體散熱,使人感到十分悶熱、煩躁。冬天,室內濕度大時,則會加速熱傳導,使人覺得陰冷、抑鬱。室內濕度過低時,因上呼吸道粘膜的水分大量散失,人會感到口乾、舌燥,甚至咽喉腫痛、聲音嘶啞和鼻出血等,並易患感冒。所以,專家們研究認為,相對濕度上限值不應超過80%,下限值不應低於30%。然而,人的體感並不單純受氣溫或氣濕兩種因素的影響,而是兩者綜合作用的結果。通過實驗測定,最宜人的室內溫濕度是:冬天溫度為18至25℃,濕度為30%至80%;夏天溫度為23至28℃,濕度為30%至60%。在此範圍內感到舒適的人佔95%以上。在裝有空調的室內,室溫為19至24℃,濕度為40%至50%時,人會感到最舒適。如果考慮到溫、濕度對人思維活動的影響,最適宜的室溫度應是工作效率高。18℃,濕度應是40%至60%,此時,人的精神狀態好,思維最敏捷。

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