除湿手册—湿度图和变量

在美国加热,空调和制冷工程师协会(ASHRAE)出版的Handbook of Fundamentals 中详细描述了湿度学术语和方程。当
工程师需要了解心理测量学的所有方面时,ASHRAE基础知识手册提供了极好的参考。

空气和水混合物的所有温度和压力的完全精确度。我们假设设计师正在处理海平面气压,并关注温度在-20到+ 100°F之间的空气 – 水混合物。本章中的信息以简单的方式描述了基本术语,并显示了图表和图表可用于了解空气 – 湿度动态的整体模式。

二十世纪初,一位名叫理查德莫里尔的德国工程师发明了一种显示各种空气和水蒸气混合物特性的图形方法。该设备在不同的县有不同的名称- ix图,莫里尔图或湿度– 但名称都是指类似的技术图形显示。图2.1莫里尔图(通常称为湿度图)提供了对空气 – 水混合物的热力学性质的全面概述。如果已知空气混合物的任何两个属性,则该图表允许工程师快速确定其所有其他属性。图中显示的关系随总气压而变化。当使用海拔高于2500英尺的空气 – 或使用压缩空气 – 工程师必须查阅不同的图表以获得准确的数据。

首先,图表可能相当令人生畏,因为它在很小的空间中显示了如此多的信息。但是,一旦理解了基本信息元素,图表就成为
设计温度和湿度控制系统时必不可少的参考工具。

本章依次描述潮湿空气的每个属性,然后通过使用湿度图表显示如何快速找到这些属性。该图表对于它包含的信息以及它在不同条件下的空气之间显示的关系都很有用。它不仅展示了湿度丛林中的“树木”,而且展示了整个“森林”,让工程师能够了解将空气从一种状态转换为另一种状态的难易程度。

为了使空气的抽象属性更具体,我们将设想一个装满一磅空气的容器。空气取自保持在典型舒适条件下的海平面建筑 – 华氏70 度和相对湿度50%。了解了这两种空气特性,我们可以通过使用湿度图来确定所有其他特性。但我们将从定义我们所知道的东西开始。

气温为70度。当人们提到空气温度时,它们通常指的是它的干球温度 – 从表面没有水的标准温度计可以读到什么。这也被称为
空气的“敏感” 温度 – 可以通过干燥温度计感知的热量。(“湿球”温度由湿式温度计测量
本章后面所述。)在空气湿度图上,空气的干球温度显示在底部,从左到右增加。

在我们的例子中,空气的相对湿度为50%。基本上,相对湿度将空气的水分含量作为空气饱和时能够保持的百分比。顾名思义,它不是衡量空气中绝对水分含量的指标; 它测量空气中含有的水分相对于最大值空气样本的干球温度。由于该最大值随温度增加,因此术语相对湿度引起很多混乱。当人们提到相对湿度时,重要的是要定义他们所指的空气的干球温度。

这个定义是在概念上准确,但严格来说,相对湿度是摩尔之比水蒸气的作用,以tfie水蒸汽的摩尔分数在相同的温度和大气压力的饱和空气。该定义与上述描述之间的差异通常仅在人类舒适范围之外有意义。

这并不是说相对湿度没有用。相当相反。大多数材料吸收水分与周围空气的相对湿度成比例。适当地,许多湿度控制系统响应于测量相对湿度而不是绝对湿度的传感器。然而,在设计控制空气湿度的系统时,重要的是定义相对湿度及其并发的干球温度范围。

在湿度图上,相对湿度显示为一系列曲线,从图表底部增加到形成左边界的饱和曲线。饱和度曲线表示100%相对湿度。湿度比率每磅空气中的水蒸气颗粒

在空气中的水分,我们使用它的重量与空气的重量相比。这就像计算水分子并增加它们的重量一样。重量以谷物形式测量,每磅有7000粒。在我们的例子中,当空气温度为70°F和50%rh时,其比湿度为每磅干燥空气55粒水。换句话说,在我们的一磅样品中,总重量的55粒是水蒸气,6945粒是空气的重量。

湿度图表允许我们确定空气样本的湿度比。通过从图表上的70〇,50%点开始,我们可以通过在图表右边缘描绘水平线来读取湿度比,其中刻度表示每磅谷物中水分的重量。

实际上,湿度图表显示每磅干燥空气的水- 一种略有不同的情况,因为图表是指任何样本,不受总重量的限制。我们的样品具有固定的总重量。它重一磅,其中55粒是水蒸气。

其他湿度图表将湿度比显示为小的小数部分,表示水的质量除以空气的质量。这相当于一件事。如果将小数部分乘以7000,则可以将该比率转换为每磅空气的水粒数,因为每磅有7000粒。将比率乘以1000,该值以克/千克表示。在所有情况下,图表右边缘的垂直刻度表示绝对值而不是相对湿度量。

像所有气体分子一样,每个水分子对周围环境施加压力。在一定水分含量下的蒸气压量是所有水分子的压力之和。

测量单位是几英寸汞柱 – 换句话说,水蒸气可以通过其自身的压力升高一列汞柱的高度。在这个例子中,蒸汽提升了0.37英寸高的水银柱。

在传统的加热和冷却中,工程师通常以英寸水为单位测量空气压力。意识到汞的重量是水的13.6倍,很明显大量的水蒸气会
产生相当大的力。压力差足以在冬天从木质壁板上剥掉油漆。木材内部的水分多于外部,因此压力差会使涂料离开表面。如第3章进一步解释的那样,干燥剂除湿器利用蒸汽压力的差异将水分子从空气中吸引到干燥剂表面上。

图表右侧的蒸汽压力刻度线性增加,就像特定的湿度一样。湿度比基本上代表分子的数量,蒸汽压力总和它们施加的压力。

露点温度华氏度

如果潮湿的空气被冷却,它就不能保持相同的水分量。在某些时候,水分会从空气中凝结到任何附近的表面上。这一点取决于空气中的水分含量,称为露点温度。空气中的水分含量越高,露点温度越高。

在我们的例子中,空气的水分含量为55格令。如果空气温度降至50°F,这种水分就会凝结。例如,如果从冰箱中取出冷罐,温度为50°F并放入我们的空气样品中,则罐面会将空气从70° 冷却到50°,罐子旁边的空气中的水分将开始凝结。

换句话说,我们的空气样品是“饱和的”,当冷却至50 ö的F -它已经达到100%相对湿度的条件。

空气湿度图的左边缘有时称为饱和曲线。如果从70°,50%rh条件向左水平绘制一条线,它将与边缘 – 饱和曲线 – 在50° 的温度下相交。此特定图表还重复了图表右侧垂直条上的露点。

基于冷却的除湿系统通过将其冷却至露点温度以下来去除空气中的水分。存储中的冷物体可能低于周围空气的露点温度,因此水分凝结在它们上面,就像我们的例子中的啤酒罐一样。这些事实的重要性将在后面的章节中显而易见。

焓是一个有用但有时令人困惑的概念 – 空气总能量的量度。当空气很热时,其焓很高。空气潮湿时焓也很高。这是因为它需要热量才能将水分蒸发到空气中 – 空气中的水分越多,热量就越多

必须加热并蒸发它。每磅水需要大约1061 Btu ^用于蒸发。(随着温度的升高,实际需要的热量会减少.1061 Btus是0°F时的值)。因此,焓 – 空气的总能量 – 是其显热温度,其所含水分的绝对量及其总压力的函数。

在其他参考文献中,焓定义为空气中的的总和术语“潜热^是表示空气中水分含量的另一种方式。水分代表蒸发所需的热量,但热量是潜在的 – 它不能被干球温度计”感知“。在湿度图中,焓标位于饱和曲线的左侧。在我们的例子中,70°F和50%rh的焓为每磅空气25.4 Btu。

焓的概念和湿度图允许工程师快速,轻松地计算从任何条件移动到任何其他条件的最小能量。这在设计控制空气温度和湿度的系统时非常有用。例如。如果我们需要将容器中的空气饱和到70°和100%相对湿度的条件下,我们就必须加入水分,每磅需要蒸发额外水分所需的能量至少为8.67 Btu ^我们饱和的空气 这是当前焓与在70°,100%rh 下的34.07 Btu空气焓之间的差异。

在干球温度由干燥温度计测量的情况下,通过用湿芯围绕传感器来测量湿球温度,并在水蒸发时测量读数。当水从灯芯蒸发时,它温度计灯泡中吸取蒸发所需的热量,与蒸发量成比例地冷却温度计。在我们的例子中,湿球温度计通过蒸发从70°F冷却到58.5°。

如果空气的饱和度超过50%,它就不会被冷却太多。如果空气更干燥,湿球温度将低于19在湿度图上,湿球线几乎与焓线平行。如果我们知道空气的湿球和干球温度,可以使用图表轻松找到其绝对含水量。这是许多简单的湿度测量设备的基础,如“吊带干湿度计”。

湿球温度的概念是有用的,因为它是一种相对简单且廉价的测量空气湿度的方法。此外,干球和湿球温度之间的差异提供了空气干燥潜力的测量。如果干球管很高而湿球管很低,空气可以吸收大量的水分,并且它有足够的显热来蒸发它可以吸收的水。如果干球和湿球温度相同,则空气饱和并且不能吸收更多水分。

我们在这里使用的定义与对所有温度和压力完全精确的定义之间存在细微差别。例如,空气的相对湿度实际上是“ 样品的水的摩尔分数与在相同温度下饱和的空气的摩尔分数之比与压力的比率。在大多数情况下,该值与达到的值之间的差值在通过由饱和水分除以样品的水分的谷物是微不足道的。但是,在计算对于非常低的湿度,或用于产品在高温和高水分含量的干燥,误差
大,可能是重要的。当工程师需要知道精确对于湿度学术语的定义,他们应该参考更深入地处理该主题的参考文献。

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