Relativ luftfuktighet - Relative humidity

Fuktighet og hygrometri
Sky forest mount kinabalu.jpg
Spesifikke konsepter
Generelle begreper
Tiltak og instrumenter

Relativ luftfuktighet ( RH ) er forholdet mellom vanndampens delvise trykk og vanndampens likevekt ved en gitt temperatur. Relativ fuktighet avhenger av temperaturen og trykket til systemet av interesse. Den samme mengden vanndamp gir høyere relativ fuktighet i kjølig luft enn varm luft. En relatert parameter er duggpunktet .

Definisjon

Den relative fuktigheten eller en blanding mellom luft og vann er definert som forholdet mellom partielt trykk av vanndamp i blandingen og likevektsdamptrykk av vann over en flat overflate av rent vann ved en gitt temperatur:

Relativ fuktighet uttrykkes normalt i prosent ; en høyere prosentandel betyr at luft-vann-blandingen er mer fuktig. Ved 100% relativ fuktighet er luften mettet og er ved duggpunkt .

Betydning

Klimakontroll

Klimakontroll refererer til kontroll av temperatur og relativ fuktighet i bygninger, kjøretøy og andre lukkede rom for å gi menneskelig komfort, helse og sikkerhet, og for å oppfylle miljøkrav til maskiner, sensitive materialer (for eksempel historisk) og teknisk prosesser.

Relativ fuktighet og termisk komfort

Sammen med lufttemperatur , gjennomsnittlig strålingstemperatur, lufthastighet , metabolsk hastighet og klesnivå, spiller relativ fuktighet en rolle i menneskelig termisk komfort . I henhold til ASHRAE Standard 55-2017: Termiske miljøforhold for menneskelig belegg , kan innendørs termisk komfort oppnås gjennom PMV- metoden med relative luftfuktigheter fra 0–100%, avhengig av nivået på de andre faktorene som bidrar til termisk komfort. Imidlertid er det anbefalte innendørs relative fuktigheten i bygninger med luftkondisjonering vanligvis 30-60%.

Generelt vil høyere temperaturer kreve lavere relative fuktigheter for å oppnå termisk komfort sammenlignet med lavere temperaturer, med alle andre faktorer holdt konstant. For eksempel, med klesnivå = 1, metabolsk hastighet = 1,1 og lufthastighet 0,1 m / s, vil en endring i lufttemperatur og gjennomsnittlig strålingstemperatur fra 20 ° C til 24 ° C senke maksimal akseptabel relativ fuktighet fra 100% til 65% for å opprettholde termiske komfortforhold. Den CBE termisk komfort verktøyet kan brukes til å demonstrere effekten av relativ fuktighet for spesifikke termiske komfort forholdene, og det kan brukes til å vise samsvar med ASHRAE Standard 55-2017.

Når du bruker den adaptive modellen for å forutsi termisk komfort innendørs, tas ikke relativ fuktighet i betraktning.

Selv om relativ fuktighet er en viktig faktor for termisk komfort, er mennesker mer følsomme for temperaturvariasjoner enn for endringer i relativ fuktighet. Relativ fuktighet har en liten effekt på termisk komfort utendørs når lufttemperaturene er lave, en litt mer uttalt effekt ved moderat lufttemperatur, og en mye sterkere innflytelse ved høyere lufttemperaturer.

Menneskelig ubehag forårsaket av lav relativ fuktighet

I kaldt klima forårsaker utetemperaturen lavere kapasitet for vanndamp å strømme rundt. Selv om det kan snø og den relative fuktigheten utendørs er høy, når luften kommer inn i en bygning og varmer opp, er den nye relative fuktigheten veldig lav (noe som betyr at luften er veldig tørr), noe som kan forårsake ubehag. Tørr sprukket hud kan skyldes tørr luft.

Lav luftfuktighet fører til at vevsforing nesegangene tørker, sprekker og blir mer utsatt for penetrering av rhinovirus forkjølelsesvirus. Lav luftfuktighet er en vanlig årsak til neseblod . Bruk av luftfukter i hjem, spesielt soverom, kan hjelpe med disse symptomene.

Innendørs relative fuktigheter bør holdes over 30% for å redusere sannsynligheten for at beboerens nesegang tørker ut.

Mennesker kan være komfortable innenfor et bredt spekter av fuktigheter, avhengig av temperaturen - fra 30-70% - men ideelt sett mellom 50 % og 60 %. Svært lav luftfuktighet kan skape ubehag, luftveisproblemer og forverre allergier hos noen individer. Om vinteren anbefales det å opprettholde relativ luftfuktighet på 30% eller mer. Ekstremt lave (under 20 %) relative fuktigheter kan også forårsake øyeirritasjon.

Bygninger

For klimakontroll i bygninger som bruker HVAC- systemer, er nøkkelen å opprettholde den relative fuktigheten i et behagelig område - lav nok til å være komfortabel, men høy nok til å unngå problemer forbundet med veldig tørr luft.

Når temperaturen er høy og den relative fuktigheten er lav, er fordampningen av vann rask; jord tørker, våte klær henges på en linje eller stativ tørker raskt, og svette fordamper lett fra huden. Tremøbler kan krympe og forårsake brudd på malingen som dekker disse overflatene.

Når temperaturen er lav og den relative fuktigheten er høy, er fordampningen av vann treg. Når relativ fuktighet nærmer seg 100 %, kan det oppstå kondens på overflater, noe som kan føre til problemer med mugg , korrosjon, forfall og annen fuktrelatert forringelse. Kondens kan utgjøre en sikkerhetsrisiko da det kan fremme veksten av mugg og vedråte, samt muligens fryse nødutganger stengt.

Enkelte produksjons- og tekniske prosesser og behandlinger i fabrikker, laboratorier, sykehus og andre anlegg krever at spesifikke relative fuktighetsnivåer opprettholdes ved hjelp av luftfukter, avfukter og tilhørende kontrollsystemer.

Kjøretøy

De grunnleggende prinsippene for bygninger ovenfor, gjelder også for kjøretøy. I tillegg kan det være sikkerhetshensyn. For eksempel kan høy luftfuktighet inne i et kjøretøy føre til kondensproblemer, som misting av frontruter og kortslutning av elektriske komponenter. I kjøretøyer og trykkbeholdere som passasjerfly , nedsenkbare fartøy og romfartøy , kan disse hensynene være kritiske for sikkerheten, og det er behov for komplekse miljøkontrollsystemer inkludert utstyr for å opprettholde trykket .

Luftfart

Flyfly opererer med lav innvendig relativ luftfuktighet, ofte under 20 %, spesielt på lange flyreiser. Den lave luftfuktigheten er en konsekvens av å trekke inn den veldig kalde luften med lav absolutt fuktighet, som finnes i passasjerfly cruising høyder. Etterfølgende oppvarming av denne luften senker den relative fuktigheten. Dette forårsaker ubehag som ømme øyne, tørr hud og uttørking av slimhinner, men luftfuktere brukes ikke for å heve det til komfortable nivåer i mellomområdet fordi volumet av vann som må bæres om bord kan være en betydelig vektstraff. Når passasjerfly kommer ned fra kaldere høyder i varmere luft (kanskje til og med flyr gjennom skyer noen få tusen meter over bakken), kan den relative luftfuktigheten øke dramatisk. Noe av denne fuktige luften trekkes vanligvis inn i den trykksatte flykabinen og inn i andre områder uten trykk under flyet og kondenserer på den kalde flyhuden. Flytende vann kan vanligvis sees løpe langs flyets skinn, både på innsiden og utsiden av kabinen. På grunn av de drastiske endringene i relativ fuktighet inne i kjøretøyet, må komponentene være kvalifiserte til å fungere i disse miljøene. Den anbefalte miljøkvalifikasjonen for de fleste kommersielle flykomponenter er oppført i RTCA DO-160.

Kald, fuktig luft kan fremme dannelsen av is, noe som er en fare for fly da det påvirker vingeprofilen og øker vekten. Forgassermotorer har ytterligere fare for at det dannes is inne i forgasseren . Luftfartsrapporter ( METAR ) inkluderer derfor en indikasjon på relativ fuktighet, vanligvis i form av duggpunkt .

Piloter må ta høyde for fuktighet når de beregner startavstander, fordi høy luftfuktighet krever lengre rullebaner og vil redusere klatreytelsen.

Tetthetshøyde er høyden i forhold til standardatmosfæreforholdene (International Standard Atmosphere) der lufttettheten vil være lik den angitte lufttettheten på observasjonsstedet, eller med andre ord høyden målt når det gjelder tetthet i stedet for avstanden fra bakken. "Tetthetshøyde" er trykkhøyden justert for ikke-standard temperatur.

En økning i temperatur og i mye mindre grad fuktighet vil føre til en økning i tetthetshøyde. Under varme og fuktige forhold kan tetthetshøyden på et bestemt sted være betydelig høyere enn den sanne høyden.

Mål

Et hygrometer er en enhet som brukes til å måle luftfuktigheten.

Fuktigheten av et luft- og vanndampblanding blir bestemt ved bruk av Psychrometric diagram hvis både tørrkule-temperatur ( T ) og den våtkuletemperatur ( T w ) av blandingen er kjent. Disse mengdene estimeres lett ved å bruke et slyngepsykrometer .

Det er flere empiriske formler som kan brukes til å estimere vanndampens likevekt i vanndamp som en funksjon av temperaturen. Den Antoine ligning er blant de minst kompleks av disse, har bare tre parametere ( A , B , og C ). Andre formler, som Goff – Gratch-ligningen og tilnærmingen Magnus – Tetens , er mer kompliserte, men gir bedre nøyaktighet.

The Arden Buck ligningen er vanlig forekommende i litteraturen om dette emnet:

hvor er tørrpæretemperaturen uttrykt i grader Celsius (° C), er det absolutte trykket uttrykt i millibar, og er likevektsdamptrykket uttrykt i millibar. Buck har rapportert at den maksimale relative feilen er mindre enn 0,20% mellom -20 og +50 ° C (-4, og 122 ° F) når denne spesielle formen for den generelle formelen brukes til å estimere likevektsdamptrykket til vann.

Vanndamp er uavhengig av luft

Forestillingen om at luft "holder" vanndamp eller blir "mettet" av den blir ofte nevnt i forbindelse med begrepet relativ fuktighet. Dette er imidlertid misvisende - mengden vanndamp som kommer inn i (eller kan komme inn) i et gitt rom ved en gitt temperatur er nesten uavhengig av mengden luft (nitrogen, oksygen osv.) Som er tilstede. Faktisk har et vakuum omtrent samme likevektskapasitet for å holde vanndamp som det samme volumet fylt med luft; begge er gitt av likevektsdamptrykket til vann ved den gitte temperaturen. Det er en veldig liten forskjell beskrevet under "Enhancement factor" nedenfor, som kan overses i mange beregninger med mindre høy nøyaktighet er nødvendig.

Trykkavhengighet

Den relative fuktigheten til et luft-vannsystem er ikke bare avhengig av temperaturen, men også av det absolutte trykket til systemet av interesse. Denne avhengigheten demonstreres ved å vurdere luft-vannsystemet vist nedenfor. Systemet er lukket (dvs. uansett inn i eller forlater systemet).

Endringer i relativ fuktighet.png

Hvis systemet ved tilstand A blir isobarisk oppvarmet (oppvarming uten endring i systemtrykk), reduseres den relative fuktigheten i systemet fordi vanndampens vanntrykk øker med økende temperatur. Dette vises i del B.

Hvis systemet ved tilstand A er isotermisk komprimert (komprimert uten endring i systemtemperaturen), øker systemets relative fuktighet fordi det delvise vanntrykket i systemet øker med volumreduksjonen. Dette er vist i tilstand C. Over 202,64 kPa vil RH overstige 100% og vann kan begynne å kondensere.

Hvis trykket i tilstand A ble endret ved å tilsette mer tørr luft uten å endre volumet, ville den relative fuktigheten ikke endres.

Derfor kan en endring i relativ fuktighet forklares med en endring i systemtemperaturen, en endring i systemets volum eller endring i begge disse systemegenskapene.

Forbedringsfaktor

Forbedringsfaktoren er definert som forholdet mellom mettet damptrykk av vann i fuktig luft og mettet damptrykk av rent vann:

Forbedringsfaktoren er lik enhet for ideelle gasssystemer. Imidlertid resulterer i virkelige systemer samhandlingseffektene mellom gassmolekyler i en liten økning av likevektsdamptrykket til vann i luft i forhold til likevektsdamptrykket i rent vanndamp. Derfor er forbedringsfaktoren normalt litt større enn enhet for virkelige systemer.

Forbedringsfaktoren brukes ofte til å korrigere vanndampens likevekt i vanndamp når empiriske forhold, som de som er utviklet av Wexler, Goff og Gratch, brukes til å estimere egenskapene til psykrometriske systemer.

Buck har rapportert at damptrykket til vannet i mettet fuktig luft, på havnivå, utgjør en økning på omtrent 0,5% over likevektsdamptrykket i rent vann.

Relaterte begreper

Begrepet relativ fuktighet er reservert for systemer med vanndamp i luft. Begrepet relativ metning brukes til å beskrive den analoge egenskapen for systemer som består av en annen kondenserbar fase enn vann i en ikke-kondenserbar fase enn luft.

Andre viktige fakta

Relativ fuktighet.png

En gass blir i denne sammenheng referert til som mettet når damptrykket til vannet i luften er ved likevektsdamptrykket for vanndamp ved temperaturen til gass- og vanndampblandingen; flytende vann (og is, ved riktig temperatur) vil ikke miste masse gjennom fordampning når de utsettes for mettet luft. Det kan også tilsvare muligheten for dugg eller tåkedannelse i et rom som mangler temperaturforskjeller mellom delene, for eksempel som respons på synkende temperatur. Tåke består av veldig små væskedråper, først og fremst holdt oppe av isostatisk bevegelse (med andre ord, dråpene faller gjennom luften med terminalhastighet, men da de er veldig små, er denne terminalhastigheten også veldig liten, så den gjør det ikke se for oss som om de faller, og de ser ut til å bli holdt høyt).

Uttalelsen om at relativ luftfuktighet ( RH %) aldri kan være over 100 %, mens det er en ganske god guide, er ikke helt nøyaktig, uten en mer sofistikert definisjon av fuktighet enn den som er gitt her. Skydannelse, hvor aerosolpartikler aktiveres for å danne skykondensasjonskjerner , krever overmetting av en luftpakke til en relativ fuktighet på litt over 100 %. Ett mindre eksempel er funnet i Wilson skykammer i kjernefysikkeksperimenter, der en overmettningstilstand induseres for å utføre sin funksjon.

For et gitt duggpunkt og dets tilsvarende absolutte fuktighet , vil den relative fuktigheten endre seg omvendt, om enn ikke-lineært, med temperaturen . Dette er fordi partialtrykket av vann øker med temperaturen - det operative prinsippet bak alt fra hårføner til avfukter .

På grunn av det økende potensialet for et høyere vanndampdeltrykk ved høyere lufttemperaturer, kan vanninnholdet i luft ved havnivå bli så høyt som 3% av massen ved 30 ° C (86 ° F) sammenlignet med ikke mer enn ca. 0,5 masse-% ved 0 ° C (32 ° F). Dette forklarer de lave nivåene (i fravær av tiltak for å tilsette fuktighet) av fuktighet i oppvarmede strukturer om vinteren, noe som resulterer i tørr hud , kløende øyne og vedvarende statiske elektriske ladninger. Selv med metning (100% relativ fuktighet) utendørs, øker oppvarming av infiltrert uteluft som kommer innendørs fuktighetskapasiteten, noe som senker relativ fuktighet og øker fordampningshastigheten fra fuktige overflater innendørs (inkludert menneskekropper og husholdningsplanter.)

På samme måte kondenserer mye flytende vann om sommeren i fuktige klima fra luft som er avkjølt i klimaanlegg. Varmere luft avkjøles under duggpunktet, og overflødig vanndamp kondenserer. Dette fenomenet er det samme som forårsaker vanndråper på utsiden av en kopp som inneholder en iskald drikke.

En nyttig tommelfingerregel er at den maksimale absolutte luftfuktigheten dobler for hver temperaturøkning på 20 ° F (11 ° C). Dermed vil den relative fuktigheten synke med en faktor på 2 for hver temperaturøkning på 20 ° F (11 ° C), forutsatt at absolutt fuktighet bevares. I området normale temperaturer vil luft ved 20 ° C (50 ° C) og 50% relativ fuktighet bli mettet hvis den avkjøles til 10 ° C (50 ° F), dets duggpunkt og 41 ° F (5). ° C) luft ved 80% relativ fuktighet oppvarmet til 68 ° F (20 ° C) vil ha en relativ fuktighet på bare 29% og føles tørr. Til sammenligning krever termisk komfortstandard ASHRAE 55 systemer designet for å kontrollere fuktighet for å opprettholde et duggpunkt på 16,8 ° C (62,2 ° F), selv om ingen lavere fuktighetsgrense er etablert.

Vanndamp er en lettere gass enn andre gassformede luftkomponenter ved samme temperatur, så fuktig luft vil ha en tendens til å stige ved naturlig konveksjon . Dette er en mekanisme bak tordenvær og annet vær fenomener. Relativ fuktighet nevnes ofte i værmeldinger og rapporter, da det er en indikator på sannsynligheten for dugg eller tåke. I varmt sommervær øker det også den tilsynelatende temperaturen til mennesker (og andre dyr ) ved å hindre fordampning av svette fra huden når den relative fuktigheten stiger. Denne effekten beregnes som varmeindeksen eller humidex .

En enhet som brukes til å måle fuktighet kalles et hygrometer ; en som brukes til å regulere den kalles en humidistat , eller noen ganger hygrostat . (Disse er analoge med henholdsvis et termometer og en termostat for temperatur.)

Se også

Referanser

Sitater

Kilder

Eksterne linker