水氣的多面性（相對(duì)濕度、露點(diǎn)、混合比）

　水在不同狀態(tài)下有不同的名稱。它也可以通過(guò)多種方式進(jìn)行測(cè)量并用不同術(shù)語(yǔ)來(lái)描述。本應(yīng)用說(shuō)明解釋了空氣中水氣的行為，并闡明了用于描述水氣的術(shù)語(yǔ)。

　　人們常說(shuō)，心愛(ài)的孩子有很多名字。這也適用于水（包括氣態(tài)水），水是我們星球上所有生命的起源。我們大多數(shù)人都聽(tīng)說(shuō)過(guò)相對(duì)濕度和露點(diǎn)溫度，但還有許多其他方法可以測(cè)量水的存在。水氣分壓、絕對(duì)濕度、霜點(diǎn)、混合比、濕球溫度甚至焓值都描述了氣體的濕度。

　　當(dāng)使用術(shù)語(yǔ)“濕度"時(shí)，我們通常指的是氣體（通常是空氣）中的水氣。另一方面，水分用于液體和固體材料。當(dāng)水氣被視為雜質(zhì)時(shí)，術(shù)語(yǔ)“水分"也適用于其干燥的氣體。

　　氣體混合物的屬性：

　　充分了解濕度和水分的各個(gè)術(shù)語(yǔ)需要掌握一定的氣體混合物屬性基本知識(shí)。在氣體混合物（例如空氣）中，氣體的總壓力（與大氣壓相同）是其氣體成分的所有單獨(dú)壓力的總和。大氣壓通常為1000 hPa左右，是氮?dú)猓s775 hPa）、氧氣（約205 hPa）、水氣（約10 hPa）、氬氣（約10 hPa）和二氧化碳（約0.4 hPa）以及許多其他具有較低分壓的氣體的分壓總和。在分子數(shù)相同時(shí)，所有氣體都產(chǎn)生相同的壓力和體積，所以分壓也代表了各種氣體的體積比例。在此基礎(chǔ)上，干燥空氣總體積的21%是氧氣，通常大約1%是氬氣。

　　水氣壓pw[hPa、PSI、Pa、mbar、mmHg、inHg、mmH2O或inH2O]

　　氣溫決定了空氣中的大水氣分壓，即飽和水氣壓力。水以氣態(tài)形式存在的能力在很大程度上取決于其溫度。溫度越高，水氣分壓就越高。直接存在液態(tài)水時(shí)的水氣分壓等于該特定溫度下的飽和壓力。在水的沸點(diǎn)100°C時(shí)，水氣壓超過(guò)正常大氣壓。從這個(gè)角度來(lái)看，液體的沸點(diǎn)不僅取決于液體的物理性質(zhì)，還取決于周?chē)拇髿鈮?。如果一位登山者在珠穆朗瑪峰頂給自己泡一杯茶，那味道可能會(huì)有些不盡人意。海拔高度8800米處的大氣壓只有海平面壓力的三分之一左右，因此茶水的沸點(diǎn)會(huì)遠(yuǎn)低于70°C。

　　相對(duì)濕度RH[%]：

　　相對(duì)濕度是濕度單位。不過(guò)，理解其含義的人“相對(duì)"很少。相對(duì)濕度中的“相對(duì)"表示的是現(xiàn)有水氣量與該溫度下實(shí)際可能達(dá)到的大量之間的比例。換言之，以百分比表示的相對(duì)濕度是相對(duì)于飽和壓力的水氣分壓。

　　%RH=100%*(Pw/Pws）

　　其中：Pw=水氣分壓

　　Pws=水氣的飽和壓力

　　如果已達(dá)到大水氣量并且更多的水被引入空氣中，那么這些多余的水必然會(huì)通過(guò)冷凝作用轉(zhuǎn)換回液體或固體形式。此時(shí)，空氣被稱為水飽和，相對(duì)濕度為100%。當(dāng)空氣中沒(méi)有水氣時(shí)，無(wú)論溫度如何，相對(duì)濕度都是0%。換言之，相對(duì)濕度始終介于0到100%之間。

　　如上所述，空氣容納水氣的能力很大程度上取決于溫度。當(dāng)然，這意味著相對(duì)濕度也在很大程度上取決于溫度。假設(shè)在一個(gè)清爽的冬日，室外溫度為-14°C，相對(duì)濕度為60%。當(dāng)室外空氣進(jìn)入建筑物時(shí)，它會(huì)被加熱到+21°C，但水量保持不變—在正常的通風(fēng)系統(tǒng)中，沒(méi)有水被移除或添加到空氣中。由于這種加熱，水氣的飽和壓力上升（即空氣中可能水氣量），但水氣的分壓不變。在這種情況下，相對(duì)濕度將下降到5%，此時(shí)通常認(rèn)為空氣過(guò)于干燥，會(huì)讓人感到不舒服。

　　溫度變化也解釋了為什么我們有時(shí)可以在室外“看到我們的呼吸"。想想當(dāng)我們?cè)谝粋€(gè)溫度為+7°C、相對(duì)濕度為80%的涼爽春天的清晨站在室外時(shí)會(huì)發(fā)生什么。當(dāng)我們呼出大約+32°C和90%RH的空氣時(shí)，它會(huì)迅速冷卻，達(dá)到+30°C左右時(shí)的飽和點(diǎn)。隨著冷卻的繼續(xù)，多余的水氣會(huì)凝結(jié)成微小水滴，這就是我們看到的蒸汽或薄霧。

　　露點(diǎn)溫度Td[°C]：

　　這引出了另一個(gè)廣泛使用的濕度單位：露點(diǎn)溫度(°C)。露點(diǎn)是冷凝開(kāi)始時(shí)的溫度，或是空氣冷卻情況下相對(duì)濕度為100%時(shí)的溫度。露點(diǎn)只是表示水氣分壓的一種更易于理解的方式，盡管露點(diǎn)表示為溫度，但它與空氣中的水氣量相關(guān)，因此與環(huán)境溫度無(wú)關(guān)。露點(diǎn)溫度始終低于或等于實(shí)際溫度，正常室外空氣的溫度為-30°C和+30°C。在工業(yè)環(huán)境中可以找到更干燥和更濕潤(rùn)的氣體，有時(shí)會(huì)測(cè)量到-100°C和+100°C之間的露點(diǎn)。理論上，露點(diǎn)溫度可低至–273°C（絕對(duì)零度），但在正常大氣壓下，它永遠(yuǎn)不會(huì)超過(guò)100°C。當(dāng)露點(diǎn)為100°C時(shí)，空氣中只含有水氣而不含其他氣體，因此在不提高壓力及水氣密度的情況下無(wú)法增加水量。

　　不同溫度下的飽和水氣壓力是一個(gè)已知變量，因此可以根據(jù)相對(duì)濕度和溫度計(jì)算出露點(diǎn)。相反，如果已知露點(diǎn)和溫度或相對(duì)濕度，則可以計(jì)算出缺少的變量。

　　一杯啤酒或任何冷飲提供了露點(diǎn)的實(shí)例。由于與空氣相比，玻璃的導(dǎo)熱性相當(dāng)好，因此它會(huì)冷卻到與飲料幾乎相同的溫度。

　　玻璃杯周?chē)目諝怆S后冷卻，形成與玻璃杯幾乎相同溫度的一層薄薄的空氣。如果飲料的溫度低于周?chē)諝獾穆饵c(diǎn)溫度，玻璃杯周?chē)目諝鈱?huì)水飽和，多余的水會(huì)凝結(jié)在玻璃杯表面。這些小水滴稱為露。

　　如果飲料的溫度高于空氣的露點(diǎn)溫度，玻璃杯周?chē)諝獾南鄬?duì)濕度將高于環(huán)境濕度，但不會(huì)發(fā)生可見(jiàn)的冷凝。

　　霜點(diǎn)Tf[°C]：

　　如果露點(diǎn)溫度低于冰點(diǎn)，有時(shí)會(huì)使用術(shù)語(yǔ)“霜點(diǎn)"。冰的飽和水氣壓力略低于水，在計(jì)算霜點(diǎn)時(shí)須考慮到這一點(diǎn)。當(dāng)物體表面上實(shí)際形成霜時(shí)，這一現(xiàn)象始終是在霜點(diǎn)而不是露點(diǎn)溫度下發(fā)生的。

　　絕對(duì)濕度a[g/m3]：

　　絕對(duì)濕度是指一定體積的氣體中水的重量。例如，在一個(gè)典型的夏日（+23°，55%RH），每立方米空氣中有11.3克水氣?？諝獾拿芏入S壓力而變化，因此絕對(duì)濕度在很大程度上取決于氣壓。在加壓過(guò)程中，須知道壓力才能根據(jù)其他濕度變量計(jì)算絕對(duì)濕度。由于絕對(duì)濕度能夠提供現(xiàn)存水量的可靠信息，因此得到了非常廣泛的使用。

　　混合比x[g/kg]：

　　混合比定義了一千克干燥氣體所占體積中水的重量。換言之，須將9.6克水蒸發(fā)到1千克空氣中才能獲得與上一節(jié)所述相同的夏季空氣?？諝獾拿芏入S壓力而變化，因此混合比也取決于氣體的壓力。在加壓過(guò)程中，須知道壓力才能根據(jù)其他濕度變量計(jì)算混合比?；旌媳戎饕糜谠谥揽諝獾馁|(zhì)量流量時(shí)（例如在通風(fēng)系統(tǒng)中）計(jì)算水含量。

　　濕球溫度Tw[°C]：

　　當(dāng)水蒸發(fā)時(shí)，它會(huì)消耗熱量。這種冷卻效果取決于環(huán)境溫度以及環(huán)境空氣的水氣壓力與該溫度下的飽和壓力之間的差值。因此，可以通過(guò)測(cè)量冷卻效果來(lái)確定環(huán)境相對(duì)濕度。冷卻效果用干濕計(jì)測(cè)量，該儀器帶有兩個(gè)溫度計(jì)，其中一個(gè)用濕布覆蓋。此溫度計(jì)的讀數(shù)稱為濕球溫度。還可以根據(jù)溫度、壓力和相對(duì)濕度計(jì)算濕球溫度。

　　焓值h[kJ/kg]：

　　焓值是表示氣體能量含量的單位。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，不應(yīng)該將其包括在這篇有關(guān)濕度單位的文章中。但由于水氣具有非常高的比熱容，并且能以各種不同的濃度存在于空氣中，因此它對(duì)焓值有非常大的影響。

　　焓值表示使0°C溫度的干燥氣體產(chǎn)生流動(dòng)所需的能量。蒸發(fā)水和提高濕氣溫度的過(guò)程會(huì)消耗能量。焓值于在空調(diào)和其他系統(tǒng)中比較氣體的熱含量。

　　水活度aw：

　　水活度可定義為材料中的可用游離水分，而不是化學(xué)結(jié)合的水分。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，水活度是材料樣本在密封空氣空間中產(chǎn)生的平衡相對(duì)濕度。水活度用于油中含水率測(cè)量。它可直接指示是否有形成游離水的風(fēng)險(xiǎn)。相對(duì)標(biāo)度從0（無(wú)水）到1（油中水飽和），此測(cè)量可以可靠地指示油與飽和點(diǎn)的接近程度。aw的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量不受油類(lèi)型、使用年限和溫度的影響。

　　可用作計(jì)算變量：

　　維薩拉有多種測(cè)量相對(duì)濕度、溫度和露點(diǎn)的產(chǎn)品可供選擇。某些產(chǎn)品還具有內(nèi)置計(jì)算選件，可輸出本文中提到的其他濕度變量。例如，維薩拉HUMICAP®溫濕度變送器系列HMT330提供靈活的濕度測(cè)量。除了標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)濕度和溫度外，HMT330還可以輸出露點(diǎn)溫度、混合比、絕對(duì)濕度、濕球溫度、焓值和水氣壓，具體取決于型號(hào)。