Влажность

Чтобы узнать о сербском фильме, см. Влажность (фильм) .

Глобальное распределение относительной влажности у поверхности, усредненное за 1981–2010 годы, из набора данных CHELSA-BIOCLIM+.

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

Влажность зависит от температуры и давления интересующей системы. Одно и то же количество водяного пара приводит к более высокой относительной влажности в прохладном воздухе, чем в теплом. Связанный параметр — точка росы . Количество водяного пара, необходимое для достижения насыщения, увеличивается с повышением температуры. Когда температура воздуха снижается, он в конечном итоге достигает точки насыщения без добавления или потери массы воды. Количество водяного пара, содержащегося в воздухе, может значительно различаться. Например, объем воздуха, близкий к насыщению, может содержать 28 г воды на кубический метр воздуха при температуре 30 °C (86 °F), но только 8 г воды на кубический метр воздуха при температуре 8 °C (46 °F). .

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

Влажность играет важную роль для жизни на поверхности. Для жизни животных, зависящих от потоотделения (пота) для регулирования внутренней температуры тела, высокая влажность снижает эффективность теплообмена за счет снижения скорости испарения влаги с поверхности кожи. Этот эффект можно рассчитать с помощью таблицы индекса тепла или, альтернативно, с использованием аналогичного показателя влажности .

Понятие о том, что воздух «удерживает» водяной пар или «насыщен» им, часто упоминается в связи с понятием относительной влажности. Это, однако, вводит в заблуждение — количество водяного пара, попадающего (или способного проникнуть) в данное пространство при данной температуре, почти не зависит от количества присутствующего воздуха (азота, кислорода и т. д.). Действительно, вакуум имеет примерно такую ​​же равновесную способность удерживать водяной пар, как и тот же объем, заполненный воздухом; оба определяются равновесным давлением паров воды при данной температуре. Существует очень небольшая разница, описанная ниже в разделе «Коэффициент повышения», которой можно пренебречь во многих расчетах, если не требуется высокая точность.

Определения

Обсерватория Параналь на горе 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. Он 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 температуре 30 ° C (86 ° F).

Абсолютная влажность – это масса водяного пара. $(m_{{\text{H}}_{2}{\text{O}}})$, разделенный на объем смеси воздуха и водяного пара $(V_{\text{net}})$, что можно выразить как:

$$AH={\frac {m_{{\text{H}}_{2}{\text{O}}}}{V_{\text{net}}}}.$$Если объем не установлен, абсолютная влажность изменяется в зависимости от изменения температуры или давления воздуха. По этой причине он непригоден для вычислений в химической технологии, например при сушке, где колебания температуры могут быть значительными. В результате абсолютная влажность в химической технологии может относиться к массе водяного пара на единицу массы сухого воздуха, также известной как коэффициент влажности или коэффициент смешения масс (см. «Удельную влажность» ниже), который лучше подходит для измерения тепла и массы. балансовые расчеты. Масса воды на единицу объема, как в приведенном выше уравнении, также определяется как объемная влажность . Из-за возможной путаницы британский стандарт BS 1339 предлагает избегать термина «абсолютная влажность». Устройства всегда следует тщательно проверять. Многие таблицы влажности приведены в г/кг или кг/кг, но можно использовать любые единицы массы.

Область, занимающаяся изучением физических и термодинамических свойств парогазовых смесей, называется психрометрикой .

Относительная влажность

Относительная влажность – это отношение количества водяного пара, содержащегося в воздухе, к тому, сколько водяного пара потенциально может содержаться в воздухе при данной температуре. Это зависит от температуры воздуха: более холодный воздух может содержать меньше пара, а вода будет иметь тенденцию больше конденсироваться из воздуха при более низких температурах. Таким образом, изменение температуры воздуха может изменить относительную влажность, даже если абсолютная влажность остается постоянной.

водяного пара Охлаждение воздуха увеличивает относительную влажность и может привести к конденсации (если относительная влажность превышает 100 %, точка росы ). Аналогичным образом, потепление воздуха снижает относительную влажность. Нагревание некоторого количества воздуха, содержащего туман, может привести к его испарению, поскольку капли склонны к полному испарению из-за тепла.

Относительная влажность учитывает только невидимый водяной пар. Туманы, облака, туманы и водяные аэрозоли не учитываются при измерении относительной влажности воздуха, хотя их присутствие является показателем того, что воздушная масса может быть близка к точке росы.

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

В научном понимании относительная влажность ( $RH$ или $\varphi$) воздушно-водяной смеси определяется как отношение парциального давления водяного пара ( $p$) в воздухе до давления насыщенного пара ( $p_{s}$) воды при той же температуре, обычно выражается в процентах:

$$\varphi =100\%\cdot p/p_{s}$$

Относительная влажность является важным показателем, используемым в прогнозах погоды и отчетах, поскольку она является индикатором вероятности осадков , росы или тумана. В жаркую летнюю погоду повышение относительной влажности увеличивает видимую температуру препятствуя испарению пота для людей (и других животных) , с кожи. Например, согласно индексу тепла , относительная влажность 75% при температуре воздуха 80,0 °F (26,7 °C) будет ощущаться как 83,6 ± 1,3 °F (28,7 ± 0,7 °C).

Относительная влажность также является ключевым показателем, используемым для оценки целесообразности укладки пола на бетонную плиту.

Связь между абсолютной влажностью, относительной влажностью и температурой

Абсолютная влажность атмосферы Земли на уровне моря 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 ° С (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 °С (50 °Ф)	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 ° С (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 ° С (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 ° C (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 ° C (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 ° C (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 ° C (−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 ° C (−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 влагосодержание) — это отношение массы водяного пара к общей массе воздушной массы. Удельная влажность примерно равна коэффициенту смешивания , который определяется как отношение массы водяного пара в воздушной массе к массе сухого воздуха для той же порции. По мере снижения температуры количество водяного пара, необходимого для достижения насыщения, также уменьшается. Когда температура воздуха становится ниже, он в конечном итоге достигнет точки насыщения без добавления или потери массы воды.

Связанные понятия

Термин «относительная влажность» применяется к системам водяного пара в воздухе. Термин относительное насыщение используется для описания аналогичного свойства для систем, состоящих из конденсируемой фазы, отличной от воды, и неконденсируемой фазы, отличной от воздуха.

Измерение

Гигртермограф . для регистрации влажности и температуры

Гигрометр для бытового применения, влажный/сухой психрометрический тип.

Термогигрометр, показывающий температуру и относительную влажность.

Прибор, используемый для измерения влажности воздуха, называется психрометром или гигрометром . Гидростат — это переключатель, срабатывающий по влажности, часто используемый для управления увлажнителем или осушителем .

Влажность смеси воздуха и водяного пара определяется с помощью психрометрических диаграмм, если известны как температура по сухому термометру ( T ), так и по влажному термометру ( Tw _{температура} ) смеси. Эти величины легко оценить с помощью пращевого психрометра .

Существует несколько эмпирических формул, которые можно использовать для оценки равновесного давления пара 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-Грэтча и приближение Магнуса-Тетенса , более сложны, но дают большую точность.

Уравнение Ардена Бака часто встречается в литературе по этой теме:

$$e_{w}^{*}=\left(1.0007+3.46\times 10^{-6}P\right)\times 6.1121\,e^{17.502T/(240.97+T)},$$

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

Существуют различные устройства, используемые для измерения и регулирования влажности. Калибровочные стандарты для наиболее точных измерений включают гравиметрический гигрометр, гигрометр с охлаждаемым зеркалом и электролитический гигрометр. Гравиметрический метод, хотя и является наиболее точным, но очень громоздким. Для быстрых и очень точных измерений эффективен метод охлажденного зеркала. Для оперативных измерений в настоящее время наиболее часто используемые датчики 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, потоков выхлопных газов сушилок для одежды.

Влажность также измеряется в глобальном масштабе с помощью удаленно расположенных спутников. Эти спутники способны обнаруживать концентрацию воды в тропосфере на высоте от 4 до 12 км (от 2,5 до 7,5 миль). Спутники, которые могут измерять водяной пар, оснащены датчиками, чувствительными к инфракрасному излучению . Водяной пар специфически поглощает и переизлучает излучение в этом спектральном диапазоне. Спутниковые изображения водяного пара играют важную роль в мониторинге климатических условий (например, образования гроз) и в разработке прогнозов погоды .

Плотность и объем воздуха

Основные статьи: Объем (термодинамика) , Плотность воздуха и Закон идеального газа.

Влажность зависит от испарения и конденсации воды, которая, в свою очередь, в основном зависит от температуры. Поэтому при приложении большего давления к газу, насыщенному водой, все компоненты вначале будут уменьшаться в объеме примерно по закону 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 общий объем будет отклоняться от того, что предсказывает закон идеального газа.

И наоборот, понижение температуры также приведет к конденсации некоторого количества воды, что снова приведет к отклонению конечного объема от предсказанного законом идеального газа. Следовательно, объем газа альтернативно может быть выражен как сухой объем без учета содержания влаги. Эта фракция более точно соответствует закону идеального газа. Напротив, объем насыщения — это объем, который имела бы газовая смесь, если бы к ней добавлялась влажность до момента насыщения (или относительной влажности 100%).

Влажный воздух менее плотный, чем сухой, поскольку молекула воды ( М ≈ 18 ед .) менее массивна, чем молекула азота (М ≈ 28) или молекула кислорода (М ≈ 32). Около 78% молекул сухого воздуха составляют азот (N ₂ ). Еще 21% молекул сухого воздуха составляют кислород (O ₂ ). Последний 1% сухого воздуха представляет собой смесь других газов.

Для любого газа при заданных температуре и давлении число молекул, присутствующих в определенном объеме, постоянно. Следовательно, когда в объем сухого воздуха вводится некоторое количество N молекул воды (пара), количество молекул воздуха в этом объеме должно уменьшиться на то же число N, чтобы давление оставалось постоянным без использования изменения температуры. Числа совершенно равны, если считать газы идеальными . 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 изменение хотя бы одного из этих трех параметров.

Если температура и давление остаются постоянными, объем увеличивается, и вытесненные молекулы сухого воздуха сначала уйдут в дополнительный объем, после чего смесь в конечном итоге станет однородной за счет диффузии. Следовательно, масса единицы 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. Эту зависимость демонстрирует рассмотрение системы воздух-вода, показанной ниже. Система закрыта (т.е. вещество не входит в систему и не выходит из нее).

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

Если система в состоянии А изотермически сжата (сжата без изменения температуры системы), то относительная влажность системы увеличивается, поскольку парциальное давление воды в системе увеличивается с уменьшением объема. Это показано в состоянии C. При давлении выше 202,64 кПа относительная влажность превысит 100%, и вода может начать конденсироваться.

Если бы давление в состоянии А было изменено путем простого добавления большего количества 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

Фактор усиления $(f_{w})$ определяется как отношение давления насыщенных паров воды во влажном воздухе $(e'_{w})$ к давлению насыщенного пара чистой воды:

$$f_{W}={\frac {e'_{w}}{e_{w}^{*}}}.$$

Коэффициент усиления равен единице для идеальных газовых систем. Однако в реальных системах эффекты взаимодействия между молекулами газа приводят к небольшому увеличению равновесного давления пара воды в воздухе по сравнению с равновесным давлением пара чистой воды. Поэтому для реальных систем коэффициент усиления обычно немного превышает единицу.

Коэффициент усиления обычно используется для коррекции равновесного давления пара водяного пара, когда эмпирические соотношения, например, разработанные Векслером, Гоффом и Гратчем, используются для оценки свойств психрометрических систем.

Бак сообщил, что на уровне моря давление пара воды 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.

Климат-контроль — это контроль температуры и относительной влажности в зданиях, транспортных средствах и других закрытых помещениях с целью обеспечения комфорта, здоровья и безопасности человека, а также удовлетворения экологических требований машин, чувствительных материалов (например, исторических) и технических процессы.

Климат

Смотрите также: Осадки (метеорология) и влажный субтропический 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, как правило, расположены ближе к экватору, вблизи прибрежных районов. Города в некоторых частях Азии и Океании являются одними из самых влажных. В Бангкоке, Хошимине , Куала-Лумпуре , Гонконге, Маниле , Джакарте , Нахе , Сингапуре, Гаосюне и Тайбэе очень высокая влажность большую часть или круглый год из-за их близости к водоемам и экватору, а также часто пасмурной погоды.

В некоторых местах в сезон дождей наблюдается чрезвычайная влажность в сочетании с теплом, создающим ощущение теплой сауны, например Калькутта , Ченнаи и Кочи в Индии и Лахор в Пакистане. В городе Суккур , расположенном на реке Инд одна из самых высоких и некомфортных в Пакистане, точка росы в стране: в сезон дождей она часто превышает 30 °C (86 °F) .

Высокие температуры в сочетании с высокой точкой росы создают индекс тепла, превышающий 65 °C (149 °F). В Дарвине с декабря по апрель очень влажный сезон дождей. В Хьюстоне, Майами, Сан-Диего, Осаке, Шанхае, Шэньчжэне и Токио в летние месяцы также наблюдается очень влажный период. В сезон юго-западных и северо-восточных муссонов (соответственно, с конца мая по сентябрь и с ноября по март) ожидаются проливные дожди и относительно высокая влажность после дождя.

Вне сезона муссонов влажность высокая (по сравнению со странами, расположенными дальше от экватора), но солнечных дней предостаточно. В более прохладных местах, таких как Северная Тасмания в Австралии, 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

См. Также: Парниковый эффект

Влажность влияет на энергетический баланс и, таким образом, 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 безрадиационного охлаждения на поверхности. Это компенсирует примерно 70% среднего чистого радиационного потепления на поверхности.

Во-вторых, водяной пар является наиболее распространенным из всех парниковых газов . Водяной пар, подобно зеленой линзе, пропускающей через себя зеленый свет, но поглощающей красный, является «селективным поглотителем». Как и другие парниковые газы, водяной пар прозрачен для большей части солнечной энергии. Однако он поглощает инфракрасную энергию, излучаемую (излучаемую) вверх от поверхности Земли, что является причиной того, что влажные районы испытывают очень небольшое ночное охлаждение, а в сухих пустынных регионах ночью значительно охлаждается. Такое избирательное поглощение вызывает парниковый эффект. Он поднимает температуру поверхности существенно выше ее теоретической температуры радиационного равновесия с Солнцем, а водяной пар является причиной большего потепления, чем любой другой парниковый газ.

Однако, в отличие от большинства других парниковых газов, вода не просто находится 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 и более коротким временем жизни в атмосфере — неделями, а не десятилетиями. Земли Без других парниковых газов температура черного тела ниже точки замерзания воды привела бы к удалению 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. Растет там, где климат достаточно теплый и имеет относительно высокую среднюю влажность.

Влажность является одним из фундаментальных абиотических факторов , определяющих любую среду обитания (примерами являются тундра, водно-болотные угодья и пустыня), а также определяющим фактором того, какие животные и растения могут процветать в данной среде.

Человеческое тело рассеивает тепло посредством пота и его испарения. Тепловая конвекция в окружающий воздух и тепловое излучение являются основными способами передачи тепла от тела. В условиях повышенной влажности снижается скорость испарения пота с кожи. Кроме того, если в периоды высокой влажности атмосфера такая же теплая или теплее, чем кожа, кровь, попадающая на поверхность тела, не может рассеивать тепло за счет проводимости в воздух. Поскольку к внешней поверхности тела поступает так много крови, к активным мышцам, мозгу и другим внутренним органам поступает меньше. Физическая сила снижается, а усталость наступает раньше, чем в противном случае. Также могут пострадать бдительность и умственные способности, что приведет к тепловому удару или гипертермии .

Одомашненные растения и животные (например, ящерицы) требуют регулярного поддержания определенного уровня влажности при выращивании в домашних условиях и в контейнерах для создания оптимальной среды для процветания.

Человеческий комфорт

Хотя влажность является важным фактором теплового комфорта, люди более чувствительны к изменениям 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, поскольку человеческое тело использует испарительное охлаждение в качестве основного механизма регулирования температуры. Во влажных условиях скорость испарения пота на коже ниже, чем в засушливых условиях. Поскольку люди воспринимают скорость передачи тепла от тела, а не саму температуру, мы чувствуем себя теплее, когда относительная влажность высокая, чем когда она низкая.

Человеку может быть комфортно в широком диапазоне влажности в зависимости от температуры — от 30 до 70%. — но в идеале не выше абсолютной точки росы (60 °F), от 40   % и 60   %. В целом, более высокие температуры потребуют более низкой влажности для достижения теплового комфорта по сравнению с более низкими температурами, при этом все остальные факторы остаются постоянными. Например, при уровне одежды = 1, скорости обмена веществ = 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 24 °C. 65% для поддержания условий теплового комфорта. Инструмент CBE Thermal Comfort Tool можно использовать для демонстрации влияния относительной влажности на конкретные условия теплового комфорта, а также для демонстрации соответствия стандарту ASHRAE 55–2017.

Некоторые люди испытывают трудности с дыханием во влажной среде. Некоторые случаи могут быть связаны с респираторными заболеваниями, такими как астма, тогда как другие могут быть результатом беспокойства. Пострадавшие люди в ответ часто начинают гипервентилировать дыхание , 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 приводит к тому, что ткани, выстилающие носовые ходы, сохнут, трескаются и становятся более восприимчивыми к проникновению риновирусных вирусов простуды. Чрезвычайно низкая (ниже 20   %) относительная влажность также может вызвать раздражение глаз. Использование увлажнителя воздуха дома, особенно в спальне, может помочь справиться с этими симптомами. Относительная влажность в помещении должна поддерживаться на уровне выше 30 %, чтобы снизить вероятность пересыхания носовых ходов жильцов, особенно зимой.

Кондиционер уменьшает дискомфорт, снижая не только температуру, но и влажность. Нагрев холодного наружного воздуха может снизить уровень относительной влажности в помещении до уровня ниже 30%. Согласно стандарту ASHRAE 55-2017: Термические условия окружающей среды для пребывания людей , тепловой комфорт в помещении может быть достигнут с помощью метода PMV с относительной влажностью в диапазоне от 0% до 100%, в зависимости от уровней других факторов, способствующих температурному комфорту. Однако рекомендуемый диапазон относительной влажности в помещениях с кондиционированием воздуха обычно составляет 30–60%.

Здоровье человека

Более высокая влажность снижает инфекционность аэрозольного вируса гриппа. Исследование пришло к выводу: «Поддержание относительной влажности в помещении > 40% значительно снизит инфекционность аэрозольного вируса».

Избыточная влажность в зданиях подвергает жильцов воздействию грибковых спор, фрагментов клеток или микотоксинов . Младенцы в домах с плесенью имеют гораздо больший риск развития астмы и аллергического ринита . Более чем у половины взрослых работников, работающих в заплесневелых/влажных зданиях, из-за воздействия плесени развиваются симптомы заболевания носа или носовых пазух.

Мукоцилиарному клиренсу в дыхательных путях также препятствует низкая влажность. 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 количества воды в организме , что обычно приводит к умеренному увеличению веса, особенно если человек привык к работе или физическим упражнениям в жаркую и влажную погоду.

Строительство зданий

Влияние повышенного уровня влажности в конструкции здания ( первичное выцветание )

Обычные методы строительства часто создают ограждения зданий с плохой теплоизоляцией, требующие изоляционной и воздушной барьерной системы, предназначенной для сохранения условий окружающей среды в помещении, одновременно сопротивляясь внешним условиям окружающей среды. Энергоэффективная, сильно герметичная архитектура, представленная в 20-м веке, также изолировала движение влаги, что привело к вторичной проблеме образования конденсата внутри и вокруг стен, что способствует развитию плесени и грибка. Кроме того, в зданиях с недостаточно герметичным фундаментом вода может течь через стены из-за капиллярного действия пор, обнаруженных в каменных изделиях. Решения для энергоэффективных зданий, предотвращающих образование конденсата, являются актуальной темой архитектуры.

Для контроля климата в зданиях, использующих системы HVAC , ключевым моментом является поддержание относительной влажности в комфортном диапазоне — достаточно низком, чтобы было комфортно, но достаточно высоком, чтобы избежать проблем, связанных с очень сухим воздухом.

При высокой температуре и низкой относительной влажности испарение воды происходит быстро; почва высыхает, мокрая одежда, развешенная на веревке или вешалке, быстро высыхает, а пот легко испаряется с кожи. Деревянная мебель может дать усадку, что приведет к разрушению краски, покрывающей эти поверхности.

При низкой температуре и высокой относительной влажности испарение воды происходит медленно. Когда относительная влажность приближается к 100   %, на поверхностях может образовываться конденсат, что приводит к появлению плесени, коррозии, гниению и другим повреждениям, связанным с влажностью. Конденсат может представлять угрозу безопасности, поскольку он может способствовать росту плесени и гниения древесины, а также возможному замерзанию аварийных выходов.

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

Транспортные средства

Основные принципы строительства зданий, описанные выше, также применимы и к транспортным средствам. Кроме того, могут быть соображения безопасности. Например, высокая влажность внутри автомобиля может привести к проблемам с конденсацией, таким как запотевание лобовых стекол и короткое замыкание электрических компонентов. В транспортных средствах и сосудах под давлением, таких как авиалайнеры под давлением, подводные аппараты и космические корабли, эти соображения могут иметь решающее значение для безопасности, и сложные системы экологического контроля необходимы , включая оборудование для поддержания давления.

Авиация

Авиалайнеры эксплуатируются при низкой внутренней относительной влажности, часто ниже 20   %. особенно при длительных перелетах. Низкая влажность является следствием всасывания очень холодного воздуха с низкой абсолютной влажностью, который наблюдается на высотах полета авиалайнера. Последующее нагревание этого воздуха снижает его относительную влажность. Это вызывает дискомфорт, такой как боль в глазах, сухость кожи и высыхание слизистой оболочки, но увлажнители воздуха не используются для повышения ее до комфортного среднего уровня, поскольку объем воды, который необходимо взять на борт, может привести к значительному увеличению веса. Когда авиалайнеры спускаются с более холодных высот в более теплый воздух, возможно, даже пролетая сквозь облака на высоте нескольких тысяч футов над землей, относительная влажность окружающей среды может резко возрасти.

Некоторая 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 жидкую воду, стекающую по обшивке самолета как внутри, так и снаружи салона. Из-за резких изменений относительной влажности внутри автомобиля компоненты должны быть сертифицированы для работы в таких условиях. Рекомендуемые экологические требования для большинства компонентов коммерческих самолетов указаны в RTCA DO-160 .

Холодный и влажный воздух может способствовать образованию льда, который представляет опасность для самолета, поскольку влияет на профиль крыла и увеличивает вес. Безнаддувные двигатели внутреннего сгорания имеют дополнительную опасность образования льда внутри карбюратора . Поэтому сводки авиационной погоды ( METAR ) включают данные об относительной влажности, обычно в виде точки росы .

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

Высота по плотности — это высота относительно стандартных условий атмосферы (Международной стандартной атмосферы), на которой плотность воздуха была бы равна указанной плотности воздуха в месте наблюдения, или, другими словами, высоте, измеренной через плотность воздуха, а не расстояния от земли. «Высота по плотности» — это барометрическая высота, скорректированная с учетом нестандартной температуры.

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

Электроника

с влагопоглотителем Пакет ( силикагель ), обычно включаемый в упаковки электронных продуктов для контроля влажности.

Электронные устройства часто рассчитаны на работу только при определенных условиях влажности (например, от 10% до 90%). Оптимальная влажность для электронных устройств составляет от 30% до 65%. В верхнем конце 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 указанного диапазона рабочей влажности, представляет конденсат . Когда электронный элемент перемещается из холодного места (например, гаража, автомобиля, сарая, помещения с кондиционером в тропиках) в теплое и 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 привести к существенному необратимому повреждению, если оборудование будет включено до испарения конденсата . Подобный эффект конденсации часто можно наблюдать, когда человек в очках приходит с мороза (т.е. очки запотевают).

Рекомендуется дать электронному оборудованию акклиматизироваться в течение нескольких часов после переноса с холода, прежде чем включать его. Некоторые электронные устройства могут обнаружить такое изменение и при подключении к сети указать, обычно с помощью небольшого символа в виде капли, что их нельзя использовать до тех пор, пока не минует риск 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 на корпус, значительно сократит время, необходимое для акклиматизации к новой среде.

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

Промышленность

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

Выпечка

Высокая влажность в духовке, выражающаяся в повышенной температуре по влажному термометру , увеличивает теплопроводность воздуха вокруг выпекаемого изделия, что приводит к ускорению процесса выпекания или даже пригоранию. И наоборот, низкая влажность замедляет процесс выпечки.

Другие важные факты

При относительной влажности 100% воздух насыщен и находится в точке росы : давление водяного пара не допускает ни испарения близлежащей жидкой воды, ни конденсации для роста близлежащей воды; ни сублимация близлежащего льда, ни отложение его для роста.

Относительная влажность может превышать 100%, в этом случае воздух перенасыщен . Для образования облаков необходим перенасыщенный воздух. Ядра конденсации облаков снижают уровень пересыщения, необходимый для образования туманов и облаков — при отсутствии ядер, вокруг которых могут образовываться капли или лед, для самопроизвольного 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 пересыщения, 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 давление пара воды увеличивается с температурой — принцип действия всего, от фенов до осушителей .

Из-за растущей вероятности 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 уровень (при отсутствии мер по увлажнению) влажности в отапливаемых конструкциях в зимний период, приводящий к сухости кожи, зуду глаз и сохранению статических электрических зарядов. Даже при насыщении (относительная влажность 100%) на открытом воздухе нагрев инфильтрированного наружного воздуха, поступающего в помещение, повышает его влагоемкость, что снижает относительную влажность и увеличивает скорость испарения с влажных поверхностей внутри помещений, включая тела людей и домашние растения.

Аналогичным образом, летом во влажном климате из воздуха, охлаждаемого в кондиционерах, конденсируется большое количество жидкой воды. Более теплый воздух охлаждается ниже точки росы, а избыток водяного пара конденсируется. Это явление аналогично тому, которое приводит к образованию капель воды на внешней стороне чашки с ледяным напитком.

Полезное практическое правило заключается 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, если охладить его до точки росы 50 °F (10 °C) и 41 °F (5 °C) воздух при относительной влажности 80 %, нагретый до 68 °F (20 °C), будет иметь относительную влажность всего 29 % и ощущаться сухим. Для сравнения, стандарт теплового комфорта ASHRAE 55 требует, чтобы системы, предназначенные для контроля влажности, поддерживали точку росы на уровне 16,8 ° C (62,2 ° F), хотя нижний предел влажности не установлен.

Водяной пар — более легкий газ, чем другие газообразные компоненты воздуха при той же температуре, поэтому влажный воздух имеет тенденцию подниматься вверх за счет естественной конвекции . Это механизм возникновения гроз и других погодных явлений. Относительная влажность часто упоминается в прогнозах и сводках погоды, поскольку она является показателем вероятности появления росы или тумана. В жаркую летнюю погоду он также увеличивает видимую температуру для людей (и других животных), препятствуя испарению пота с кожи по мере повышения относительной влажности. Этот эффект рассчитывается как индекс тепла или влажность .

Прибор, используемый для измерения влажности, называется гигрометром ; тот, который используется для его регулирования, называется гигростатом или иногда гигростатом . Они аналогичны термометру термостату и температуры соответственно.

Ссылки

Общие источники

• Арундел, А.В.; Стерлинг, Э.М.; Биггин, Дж. Х.; Стерлинг, Т.Д. (1986). «Косвенное влияние относительной влажности на здоровье в помещении» . Окружающая среда. Перспектива здоровья . 65 : 351–61. дои : 10.1289/ehp.8665351 . ПМЦ   1474709 . ПМИД   3709462 .
• Брёде, Питер; Фиала, Душан; Блажейчик, Кшиштоф; Холмер, Ингвар; Ендрицкий, Герд; Кампманн, Бернхард; Тинц, Биргер; Хавенит, Джордж (31 мая 2011 г.). «Вывод порядка работы для универсального термического климатического индекса (UTCI)» (PDF) . Международный журнал биометеорологии . 56 (3): 481–494. дои : 10.1007/s00484-011-0454-1 . ISSN   0020-7128 . ПМИД   21626294 . S2CID   37771005 .
• Бак, Арден Л. (1981). «Новые уравнения для расчета давления пара и коэффициента усиления» . Журнал прикладной метеорологии . 20 (12): 1527–1532. Бибкод : 1981JApMe..20.1527B . doi : 10.1175/1520-0450(1981)020<1527:NEFCVP>2.0.CO;2 . ISSN   0021-8952 .
• Фангер, ПО (1970). Тепловой комфорт: анализ и применение в экологической инженерии . Датская техническая пресса. ISBN  978-87-571-0341-0 .
• Гилмор, CP (сентябрь 1972 г.). «Больше комфорта за доллары за отопление». Популярная наука . п. 99.
• Скьявон, Стефано; Хойт, Тайлер; Пиччоли, Альберто (27 декабря 2013 г.). «Веб-приложение для визуализации и расчета теплового комфорта в соответствии со стандартом ASHRAE 55» . Строительное моделирование . 7 (4): 321–334. дои : 10.1007/s12273-013-0162-3 . ISSN   1996-3599 . S2CID   56274353 . Архивировано из оригинала 21 января 2021 г. Проверено 1 декабря 2020 г.
• Волков, Педер; Кьергаард, Сорен К. (август 2007 г.). «Дихотомия относительной влажности и качества воздуха в помещении». Интернационал окружающей среды . 33 (6): 850–857. Бибкод : 2007EnInt..33..850W . дои : 10.1016/j.envint.2007.04.004 . ISSN   0160-4120 . ПМИД   17499853 .
• Агентство по охране окружающей среды США, «IAQ в больших зданиях» . Архивировано 31 октября 2005 г. в Wayback Machine . Проверено 9 января 2006 г.

Дальнейшее чтение

• Химмельблау, Дэвид М. (1989). Основные принципы и расчеты в химической технологии . Прентис Холл . ISBN  0-13-066572-Х .
• Лиде, Дэвид (2005). Справочник CRC по химии и физике (85-е изд.). ЦРК Пресс. ISBN  9780849304859 .
• Перри, Р. Х.; Грин, Д.В. (1997). Справочник инженеров-химиков Перри (7-е изд.). МакГроу-Хилл . ISBN  0-07-049841-5 .

Внешние ссылки

• Текущая карта глобальной относительной влажности