Влажность — это концентрация водяного пара, присутствующего в воздухе. Водяной пар, газообразное состояние воды, обычно невидим для человеческого глаза. [2] Влажность указывает на вероятность выпадения осадков , росы или тумана .
Влажность зависит от температуры и давления интересующей системы. Одинаковое количество водяного пара приводит к более высокой относительной влажности в холодном воздухе, чем в теплом. Связанным параметром является точка росы . Количество водяного пара, необходимое для достижения насыщения, увеличивается с ростом температуры. По мере того, как температура порции воздуха понижается, она в конечном итоге достигнет точки насыщения без добавления или потери массы воды. Количество водяного пара, содержащегося в порции воздуха, может значительно различаться. Например, порция воздуха, близкая к насыщению, может содержать 28 г воды на кубический метр воздуха при 30 °C (86 °F), но только 8 г воды на кубический метр воздуха при 8 °C (46 °F).
Широко используются три основных измерения влажности: абсолютная, относительная и удельная. Абсолютная влажность выражается либо как масса водяного пара на объем влажного воздуха (в граммах на кубический метр) [3] , либо как масса водяного пара на массу сухого воздуха (обычно в граммах на килограмм). [4] Относительная влажность , часто выражаемая в процентах, указывает на текущее состояние абсолютной влажности по отношению к 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, зависящей от потоотделения (выделения пота) для регулирования внутренней температуры тела, высокая влажность ухудшает эффективность теплообмена, снижая скорость испарения влаги с поверхности кожи. Этот эффект можно рассчитать с помощью таблицы индексов тепла или, в качестве альтернативы, с помощью аналогичного хьюмидекса .
Понятие воздуха, «удерживающего» водяной пар или «насыщаемого» им, часто упоминается в связи с понятием относительной влажности. Однако это вводит в заблуждение — количество водяного пара, которое входит (или может войти) 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 значения определяются равновесным давлением паров воды при данной температуре. [5] [6] Существует очень небольшое различие, описанное ниже в разделе «Фактор усиления», которым можно пренебречь во многих расчетах, если только не требуется большая точность.
Абсолютная влажность — это общая масса водяного пара, присутствующего в данном объеме или массе воздуха. Она 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). [8] [9]
Абсолютная влажность — это масса водяного пара , деленная на объем смеси воздуха и водяного пара , что можно выразить как:
Если объем не установлен, абсолютная влажность меняется в зависимости от изменения температуры или давления воздуха. Из-за этого он не подходит для вычислений в химической инженерии, таких как сушка, где колебания температуры могут быть значительными. В результате абсолютная влажность в химической инженерии может относиться к массе водяного пара на единицу массы сухого воздуха, также известной как отношение влажности или массовое отношение смешивания (см. «удельная влажность» ниже), что лучше подходит для расчетов баланса тепла и массы. Масса воды на единицу объема, как в уравнении выше, также определяется как объемная влажность . Из-за возможной путаницы британский стандарт BS 1339 [10] предлагает избегать термина «абсолютная влажность». Единицы всегда следует тщательно проверять. Многие диаграммы влажности указаны в г/кг или кг/кг, но можно использовать любые единицы массы.
Область науки, занимающаяся изучением физических и термодинамических свойств смесей газов и паров, называется психрометрией .
Относительная влажность — это отношение количества водяного пара в воздухе к количеству водяного пара, которое воздух может потенциально содержать при данной температуре. Она меняется в зависимости от температуры воздуха: более холодный воздух может содержать меньше пара, а вода будет иметь тенденцию конденсироваться из воздуха больше при более низких температурах. Таким образом, изменение температуры воздуха может изменить относительную влажность, даже если абсолютная влажность остается постоянной.
Охлаждение воздуха увеличивает относительную влажность и может привести к конденсации водяного пара (если относительная влажность превышает 100%, точка росы ). Аналогично, нагревание воздуха снижает относительную влажность. Нагревание некоторого количества воздуха, содержащего туман, может привести к испарению этого тумана, поскольку капли склонны к полному испарению из-за тепла.
Относительная влажность учитывает только невидимый водяной пар. Дымки, облака, туманы и аэрозоли воды не учитываются при определении относительной влажности воздуха, хотя их присутствие является признаком того, что масса воздуха может быть близка 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 зародыши капель или кристаллов , относительная влажность может превышать 100%, в этом случае воздух называется перенасыщенным . Введение некоторых частиц или поверхности в массу воздуха с относительной влажностью выше 100% приведет к образованию конденсата или льда на этих зародышах, тем самым удаляя часть пара и снижая влажность.
В научном понимании относительная влажность ( или ) смеси воздуха и воды определяется как отношение парциального давления водяного пара ( ) в воздухе к давлению насыщенного пара ( ) воды при той же температуре, обычно выражаемое в процентах: [11] [12] [5]
Относительная влажность является важным показателем, используемым в прогнозах погоды и отчетах, поскольку это показатель вероятности осадков , росы или тумана. В жаркую летнюю погоду повышение относительной влажности увеличивает кажущуюся температуру для людей (и других животных), препятствуя испарению пота 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). [13] [14]
Относительная влажность также является ключевым показателем, используемым для оценки целесообразности установки напольного покрытия на бетонную плиту. [ необходимо разъяснение ]
Удельная влажность (или влагосодержание) — это отношение массы водяного пара к общей массе пакета воздуха. [17] Удельная влажность приблизительно равна отношению смешивания , которое определяется как отношение массы водяного пара в пакете воздуха к массе сухого воздуха для того же пакета. По мере понижения температуры количество водяного пара, необходимое для достижения насыщения, также уменьшается. По мере того, как температура пакета воздуха становится ниже, он в конечном итоге достигнет точки насыщения без добавления или потери массы воды.
Термин относительная влажность зарезервирован для систем водяного пара 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. [18]
Устройство для измерения влажности воздуха называется психрометром или гигрометром . Гигростат — это переключатель, срабатывающий по влажности, часто используемый для управления увлажнителем или осушителем воздуха .
Влажность смеси воздуха и водяного пара определяется с помощью психрометрических диаграмм, если известны как температура сухого термометра ( T ), так и температура влажного термометра ( T w ) смеси. Эти величины легко оценить с помощью пращевого психрометра .
Существует несколько эмпирических формул, которые можно использовать для оценки равновесного давления водяного пара как функции температуры. Уравнение Антуана является одним из наименее сложных 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 лучшую точность. [ необходима цитата ]
Уравнение Ардена Бака часто встречается в литературе по этой теме: [19]
где — температура сухого термометра, выраженная в градусах Цельсия (°C), — абсолютное давление, выраженное в миллибарах, — равновесное давление пара, выраженное в миллибарах. Бак сообщил, что максимальная относительная погрешность составляет менее 0,20% между −20 и +50 °C (−4 и 122 °F), когда эта конкретная форма обобщенной формулы используется для оценки равновесного давления пара воды.
Существуют различные устройства, используемые для измерения и регулирования влажности. Стандарты калибровки для наиболее точного измерения включают гравиметрический гигрометр, охлаждаемый зеркальный гигрометр и электролитический гигрометр. Гравиметрический метод, хотя и самый точный, очень громоздкий. Для быстрых и очень точных измерений эффективен метод охлаждаемого зеркала. [20] Для измерений в режиме реального времени наиболее часто используемые датчики в настоящее время основаны на измерениях емкости для измерения относительной влажности, [21] часто с внутренними преобразованиями для отображения также абсолютной влажности. Они дешевы, просты, в целом точны и относительно надежны. Все датчики влажности сталкиваются с проблемами при измерении запыленного газа, такого как потоки выхлопных газов из сушилок для одежды.
Влажность также измеряется в глобальном масштабе с помощью удаленно размещенных спутников. Эти спутники способны определять концентрацию воды в тропосфере на высоте от 4 до 12 км (от 2,5 до 7,5 миль). Спутники, которые могут измерять водяной пар, имеют датчики, чувствительные к инфракрасному излучению . Водяной пар специфически поглощает и повторно излучает излучение в этом спектральном диапазоне. Спутниковые изображения водяного пара играют важную роль в мониторинге климатических условий (например, образования гроз) и в разработке прогнозов погоды .
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 сначала уменьшатся в объеме примерно в соответствии с законом идеального газа . Однако часть воды будет конденсироваться, пока не вернется к почти той же влажности, что и прежде, что даст результирующий общий объем, отклоняющийся от того, что предсказывал закон идеального газа.
И наоборот, понижение температуры также приведет к конденсации некоторого количества воды, снова заставляя конечный объем отклоняться от предсказанного законом идеального газа. Поэтому объем газа может быть альтернативно выражен как сухой объем, исключая содержание влажности. Эта фракция более точно следует закону идеального газа. Напротив, насыщенный объем — это объем, который имела бы газовая смесь, если бы к ней была добавлена влажность до насыщения (или 100% относительной влажности).
Влажный воздух менее плотный, чем сухой воздух, 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 — это азот (N 2 ). Еще 21% молекул в сухом воздухе — это кислород (O 2 ). Оставшийся 1% сухого воздуха — это смесь других газов.
Для любого газа при заданной температуре и давлении число молекул, присутствующих в определенном объеме, является постоянным. Поэтому, когда некоторое число N молекул воды (пара) вводится в объем сухого воздуха, число молекул воздуха в этом объеме должно уменьшиться на то же число N, чтобы давление оставалось постоянным без использования изменения температуры. Числа будут точно равны, если мы будем рассматривать газы как идеальные . Добавление молекул воды или любых других молекул в газ без удаления равного числа других молекул обязательно потребует изменения температуры, давления или общего объема; то есть изменения по крайней мере одного из этих трех параметров.
Если температура и давление остаются постоянными, объем увеличивается, и вытесненные молекулы сухого воздуха 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 Opticks . [22]
Относительная влажность системы воздух–вода зависит не только от температуры, но и от абсолютного давления рассматриваемой системы. Эта зависимость демонстрируется на примере системы воздух–вода, показанной ниже. Система является закрытой (т. е. в нее не поступает и не покидает ее никакое вещество).
Если система в состоянии A изобарически нагревается (нагревание без изменения давления в системе), то относительная влажность системы уменьшается, поскольку равновесное давление паров воды увеличивается с ростом температуры. Это показано в состоянии B.
Если система в состоянии A 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. Выше 202,64 кПа относительная влажность превысит 100%, и вода может начать конденсироваться.
Если бы давление в состоянии А было изменено простым добавлением большего количества сухого воздуха, без изменения объема, относительная влажность не изменилась бы.
Таким образом, изменение относительной влажности можно объяснить изменением температуры системы, изменением объема системы или изменением обоих этих свойств системы.
Коэффициент усиления определяется как отношение давления насыщенного пара воды во влажном воздухе к давлению насыщенного пара чистой воды:
Коэффициент усиления равен единице для идеальных газовых систем. Однако в реальных системах эффекты взаимодействия между молекулами газа приводят к небольшому увеличению равновесного давления паров воды в воздухе относительно равновесного давления паров чистого водяного пара. Поэтому коэффициент усиления обычно немного больше единицы для реальных систем.
Коэффициент усиления обычно используется для коррекции равновесного давления водяного пара, когда эмпирические соотношения, такие как разработанные Векслером, Гоффом и Грачем, используются для оценки свойств психрометрических систем.
Бак сообщил, что на уровне моря давление паров воды в насыщенном влажном воздухе примерно на 0,5% превышает равновесное давление паров чистой воды. [19]
Под климат-контролем понимается контроль температуры и относительной влажности в зданиях, транспортных средствах и других закрытых помещениях с целью обеспечения комфорта, здоровья и безопасности людей, а также соблюдения экологических требований к машинам, чувствительным материалам (например, историческим) и техническим процессам.
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, около прибрежных регионов. 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 весь год из-за их близости к водоемам и экватору и частой пасмурной погоды.
В некоторых местах во время дождливых сезонов наблюдается экстремальная влажность в сочетании с теплом, создающим ощущение теплой сауны, например, в Калькутте , Ченнаи и Кочи в Индии, а также в Лахоре в Пакистане. Город Суккур , расположенный на реке Инд в Пакистане, имеет одни из самых высоких и некомфортных точек росы в стране, часто превышающих 30 °C (86 °F) в сезон муссонов . [23]
Высокие температуры в сочетании с высокой точкой росы создают индекс тепла свыше 65 °C (149 °F). В Дарвине с декабря по апрель наблюдается чрезвычайно влажный сезон дождей. В Хьюстоне, Майами, Сан-Диего, Осаке, Шанхае, Шэньчжэне и Токио также наблюдается экстремально влажный период в летние месяцы. Во время юго-западного и северо-восточного муссонного сезона (соответственно, с конца мая по сентябрь и с ноября по март) ожидаются сильные дожди и относительно высокая влажность после дождя.
За пределами муссонных сезонов влажность высокая (по сравнению со странами, расположенными дальше от экватора), но вполне солнечных дней предостаточно. 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).
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 нерадиационный охлаждающий эффект на поверхности. Он компенсирует примерно 70% среднего чистого радиационного потепления на поверхности.
Во-вторых, водяной пар является самым распространенным из всех парниковых газов . Водяной пар, как зеленая линза, которая пропускает через себя зеленый свет, но поглощает красный свет, является «избирательным поглотителем». Как и другие парниковые газы, водяной пар прозрачен для большей части солнечной энергии. Однако он поглощает инфракрасную энергию, испускаемую (излучаемую) вверх поверхностью Земли, что является причиной того, что влажные районы испытывают очень мало ночного охлаждения, а сухие пустынные регионы значительно охлаждаются ночью. Это избирательное поглощение вызывает парниковый эффект. Он значительно повышает температуру поверхности выше ее теоретической температуры лучистого равновесия с солнцем, и водяной пар является причиной большего этого 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, она выпадает в осадок с гораздо меньшей высотой шкалы и более коротким временем жизни в атмосфере — недели вместо десятилетий. Без других парниковых газов температура черного тела Земли , ниже точки замерзания воды, привела бы к удалению водяного пара из атмосферы. [24] [25] [26] Таким образом, водяной пар является «рабом» неконденсируемых парниковых газов. [27] [28] [29]
.jpg/1280px-Tillandsia_usneoides_(14956541092).jpg)
Влажность является одним из основных абиотических факторов , определяющих любую среду обитания (тундра, водно-болотные угодья и пустыня — вот лишь несколько примеров), и является определяющим фактором того, какие животные и растения могут процветать в данной среде. [30]
Человеческое тело рассеивает тепло через потоотделение и его испарение. Конвекция тепла в окружающий воздух и тепловое излучение являются основными способами переноса тепла от тела. В условиях высокой влажности скорость испарения пота с кожи уменьшается. Кроме того, если атмосфера такая же теплая или теплее, чем кожа в периоды высокой влажности, кровь, поступающая на поверхность тела, не может рассеивать тепло путем проводимости в воздух. При таком большом количестве крови, поступающей на внешнюю поверхность тела, меньше ее поступает в активные мышцы, мозг и другие внутренние органы. Физическая сила снижается, а усталость наступает раньше, чем в противном случае. Бдительность и умственные способности также могут быть затронуты, что приводит к тепловому удару или гипертермии .
Домашние растения и животные (например, ящерицы) требуют регулярного поддержания определенного уровня влажности при выращивании в домашних условиях и в контейнерах для создания оптимальной среды для их процветания.
Хотя влажность является важным фактором теплового комфорта, люди более чувствительны к колебаниям температуры, чем к изменениям относительной влажности. [31] Влажность оказывает небольшое влияние на тепловой комфорт на открытом воздухе, когда температура воздуха низкая, немного более выраженное влияние при умеренных температурах воздуха и гораздо более сильное влияние при более высоких температурах воздуха. [32]
Люди чувствительны к влажному воздуху, поскольку человеческое тело использует испарительное охлаждение как основной механизм для регулирования температуры. Во влажных условиях скорость, с которой пот испаряется с кожи, 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.
Люди могут чувствовать себя комфортно в широком диапазоне влажности в зависимости от температуры — от 30 до 70% [33] — но в идеале не выше абсолютной (точка росы 60 °F), [34] между 40 % [35] и 60 %. [36] 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 метаболизма = 1,1 и скорости воздуха 0,1 м/с изменение температуры воздуха и средней лучистой температуры с 20 °C до 24 °C снизит максимально допустимую относительную влажность со 100% до 65% для поддержания условий теплового комфорта. Инструмент теплового комфорта CBE можно использовать для демонстрации влияния относительной влажности на определенные условия теплового комфорта, а также для демонстрации соответствия стандарту ASHRAE 55–2017. [37]
Некоторые люди испытывают затрудненное дыхание во влажной среде. Некоторые случаи могут быть связаны с респираторными заболеваниями, такими как астма, в то время как другие могут быть результатом тревожности. Пострадавшие люди часто будут гипервентиляцией в ответ, вызывая ощущения онемения, обморока и потери концентрации , среди прочего. [38]
Очень низкая влажность может вызывать дискомфорт, проблемы с дыханием и усугублять аллергию у некоторых людей. Низкая влажность приводит к высыханию, растрескиванию тканей, выстилающих носовые ходы, и делает их более восприимчивыми к проникновению вирусов риновирусной простуды. [39] Чрезвычайно низкая (ниже 20 %) относительная влажность также может вызывать раздражение глаз. [40] [41] Использование увлажнителя воздуха в домах, особенно в спальнях, может помочь при этих симптомах. [42] Относительная влажность в помещении должна поддерживаться выше 30 %, чтобы снизить вероятность высыхания носовых ходов у человека, особенно зимой. [40] [43] [44]
Кондиционирование воздуха снижает дискомфорт, снижая не только температуру, но и влажность. Нагрев холодного наружного воздуха может снизить относительную влажность в помещении до уровня ниже 30%. [45] Согласно стандарту ASHRAE 55-2017: Тепловые условия окружающей среды для проживания 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 тепловому комфорту. [46] Однако рекомендуемый диапазон относительной влажности в помещениях с кондиционированием воздуха обычно составляет 30–60%. [47] [48]
Более высокая влажность снижает инфекционность аэрозольного вируса гриппа. Исследование пришло к выводу: «Поддержание относительной влажности в помещении >40% значительно снизит инфекционность аэрозольного вируса». [49]
Избыточная влажность в зданиях подвергает жильцов воздействию грибковых спор, фрагментов клеток или микотоксинов . [50] Младенцы в домах с плесенью имеют гораздо больший риск развития астмы и аллергического ринита . [50] Более половины взрослых работников в заплесневелых/влажных зданиях развивают симптомы носа или придаточных пазух носа из-за воздействия плесени. [50]
Мукоцилиарный клиренс в дыхательных путях также затрудняется низкой влажностью. Одно исследование на собаках показало, что транспорт слизи был ниже при абсолютной влажности 9 г воды/м 3 , чем при 30 г воды/м 3 . [51]
Повышенная влажность также может привести к изменению общего содержания воды в организме , что обычно приводит к умеренному увеличению веса, особенно если человек привык работать или заниматься спортом в жаркую и влажную погоду. [52]
Обычные методы строительства часто приводят к появлению зданий с плохой тепловой границей, требующей системы изоляции и воздушного барьера, предназначенной для сохранения условий внутренней среды при сопротивлении внешним условиям окружающей среды. [53] Энергоэффективная, сильно герметичная архитектура, введенная в 20 веке, также изолировала движение влаги, и это привело к вторичной проблеме образования конденсата внутри и вокруг стен, что способствует развитию плесени и грибка. Кроме того, здания с фундаментами, не имеющими надлежащей герметизации, позволят воде протекать через стены из-за капиллярного действия пор, обнаруженных в изделиях из каменной кладки. Решения для энергоэффективных зданий, которые избегают конденсации, являются актуальной темой архитектуры.
Для управления климатом в зданиях с использованием систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (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 усыхать, что приводит к растрескиванию 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 проблемам с плесенью, коррозией, гниением и другими ухудшениями, связанными с влажностью. Конденсация может представлять угрозу безопасности, поскольку она может способствовать росту плесени и гниению древесины, а также может привести к замерзанию аварийных выходов.
Определенные производственные и технические процессы и методы обработки на заводах, в лабораториях, больницах и других учреждениях требуют поддержания определенных уровней относительной влажности с помощью увлажнителей, осушителей воздуха и связанных с ними систем управления.
Основные принципы для 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 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.
Авиалайнеры работают с низкой внутренней относительной влажностью, часто ниже 20 %, [54] особенно на длительных рейсах. Низкая влажность является следствием втягивания очень холодного воздуха с низкой абсолютной влажностью, которая наблюдается на крейсерских высотах полета авиалайнеров. Последующее нагревание этого воздуха снижает его относительную влажность. Это вызывает дискомфорт, такой как боль в глазах, сухость кожи и высыхание слизистых оболочек, но увлажнители не используются для повышения ее до комфортных средних уровней, поскольку объем воды, который необходимо нести на борту, может быть значительным штрафом за вес. По мере того, как 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.
Часть этого влажного воздуха обычно втягивается в герметичный салон самолета и в другие негерметичные области самолета и конденсируется на холодной обшивке самолета. Жидкую воду обычно можно увидеть бегущей по обшивке самолета, как внутри, так и снаружи салона. Из-за резких изменений относительной влажности внутри транспортного средства компоненты должны быть квалифицированы для работы в этих условиях. Рекомендуемые экологические квалификации для большинства компонентов коммерческих самолетов перечислены в RTCA DO-160 .
Холодный влажный воздух может способствовать образованию льда, что представляет опасность для самолета, поскольку влияет на профиль крыла и увеличивает вес. Двигатели внутреннего сгорания без наддува имеют дополнительную опасность образования льда внутри карбюратора . Поэтому авиационные метеосводки ( METAR ) включают указание относительной влажности, обычно в виде точки росы .
Пилотам необходимо 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 атмосферных условий (Международная стандартная атмосфера), на которой плотность воздуха будет равна указанной плотности воздуха в месте наблюдения, или, другими словами, высота, измеренная в терминах плотности воздуха, а не расстояния от земли. «Высота по плотности» — это барометрическая высота, скорректированная с учетом нестандартной температуры.
Повышение температуры и, в гораздо меньшей степени, влажности приведет к увеличению высоты плотности. Таким образом, в жарких и влажных условиях высота плотности в определенном месте может быть значительно выше истинной высоты.
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 верхней части диапазона влажность 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 собой конденсация . Когда электронное устройство перемещается из холодного места (например, гаража, автомобиля, сарая, кондиционируемого помещения в тропиках) в теплое влажное место (дом, вне тропиков), конденсат может покрывать печатные платы и другие изоляторы, что приводит к короткому замыканию внутри оборудования. Такие короткие замыкания могут вызвать существенные необратимые повреждения, если оборудование включается до того, как конденсат испарится . Похожий эффект конденсации часто можно наблюдать, когда человек в очках приходит с холода (т. е. очки запотевают). [55]
Рекомендуется дать электронному оборудованию акклиматизироваться в течение нескольких часов после того, как его принесли с холода, прежде чем включать его. Некоторые электронные устройства могут обнаружить такое изменение и указать при подключении к сети, обычно с помощью символа маленькой капли, что их нельзя использовать, пока не исчезнет риск конденсации. 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 спонтанному отключению компьютеров при возникновении разрядов. Помимо ложных неустойчивых функций, электростатические разряды могут вызывать пробой диэлектрика в твердотельных устройствах , что приводит к необратимым повреждениям. Центры обработки данных часто контролируют уровни относительной влажности по этим причинам.
Высокая влажность часто может оказывать негативное влияние на производительность химических заводов и нефтеперерабатывающих заводов, которые используют печи как часть определенных процессов (например, паровой риформинг , процессы мокрой 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 это потребовалось бы для поддержания той же скорости горения. [56]
Высокая влажность в духовке, представленная повышенной температурой влажного термометра , увеличивает теплопроводность воздуха вокруг выпекаемого изделия, что приводит к более быстрому процессу выпечки или даже к подгоранию. Наоборот, низкая влажность замедляет процесс выпечки. [57]
При относительной влажности 100% воздух насыщен и находится в точке росы : давление водяного пара не допускает ни испарения находящейся поблизости жидкой воды, ни конденсации, приводящей к образованию находящейся поблизости воды; ни сублимации находящегося поблизости льда, ни его осаждения, приводящего к образованию находящегося поблизости льда.
Относительная влажность может превышать 100%, в этом случае воздух перенасыщен . Для образования облаков требуется перенасыщенный воздух. Ядра конденсации облаков понижают уровень пересыщения, необходимый для образования туманов и облаков — при отсутствии 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 пересыщения, а движущиеся субатомные частицы действуют как ядра конденсации, поэтому следы тумана показывают пути этих частиц.
Для заданной точки росы и соответствующей ей абсолютной влажности относительная влажность будет изменяться обратно пропорционально, хотя и нелинейно, температуре. Это происходит потому, что давление паров воды увеличивается с температурой — принцип действия всего, от фенов до осушителей воздуха .
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 0,5% по массе при 0 °C (32 °F). Это объясняет низкие уровни (при отсутствии мер по добавлению влаги) влажности в отапливаемых зданиях зимой, что приводит к сухости кожи, зуду глаз и сохранению статических электрических зарядов. Даже при насыщении (100% относительной влажности) на открытом воздухе нагревание инфильтрованного наружного воздуха, поступающего в помещение, повышает его влагоемкость, что снижает относительную влажность и увеличивает скорость испарения с влажных поверхностей внутри помещения, включая тела людей и домашние растения.
Аналогично, летом во влажном климате большое количество жидкой воды конденсируется из воздуха, охлажденного в кондиционерах. Более теплый воздух охлаждается ниже точки росы, и избыточный водяной пар конденсируется. Это явление такое же, как то, которое заставляет капли воды образовываться на внешней стороне чашки с ледяным напитком.
Полезное эмпирическое правило заключается в том, что максимальная абсолютная влажность удваивается при каждом повышении температуры на 20 °F (11 °C). Таким образом, относительная влажность будет падать в 2 раза при каждом повышении температуры на 20 °F (11 °C), предполагая сохранение абсолютной влажности. Например, в диапазоне нормальных температур воздух при 68 °F (20 °C) и относительной влажности 50% станет насыщенным, если его охладить до 50 °F (10 °C), его точки росы, а воздух при 41 °F (5 °C) и 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 16,8 °C (62,2 °F), хотя нижний предел влажности не установлен. [46]
Водяной пар — более легкий газ, чем другие газообразные компоненты воздуха при той же температуре, поэтому влажный воздух будет стремиться подняться за счет естественной конвекции . Это механизм, лежащий в основе гроз и других погодных явлений. Относительная влажность часто упоминается в прогнозах погоды и отчетах, поскольку она является показателем вероятности появления росы или тумана. В жаркую летнюю погоду она также увеличивает кажущуюся температуру для людей (и других животных), препятствуя испарению пота с кожи по мере повышения относительной влажности. Этот эффект рассчитывается как тепловой индекс или humidex .
Устройство, используемое для измерения влажности , называется гигрометром ; то, которое используется для ее регулирования, называется гигростатом или иногда гигростатом . Они аналогичны термометру и термостату для температуры соответственно.
...при увеличении относительной влажности до уровня выше 50% в указанном выше диапазоне температур 80% или более всех средне одетых людей будут чувствовать себя комфортно.
Относительная влажность выше 60% ощущается как некомфортная сырость. Для человеческого комфорта относительная влажность должна быть в диапазоне 25–60% RH.
