空气湿度的表示与计算:含湿量、湿球温度、露点温度、相对湿度

衡量湿空气湿度的热力学参数主要有:湿球温度、含湿量、绝对湿度、相对湿度、露点温度等[1][2]。

1)湿球温度

在理论上,湿球温度是在定压绝热条件下,空气与水直接接触达到稳定热湿平衡时的绝热饱和温度,也称热力学湿球温度。湿球温度是湿空气的一个重要状态参数,在工程应用中常用湿球温度计来测量。[2]

干、湿球温度计

图1 干、湿球温度计

在测量湿球温度时,为确保准确性,应保证湿球温度计周围空气温度不小于4m/s。

2)含湿量[1][2]

在含有1kg干空气的湿空气中,所混有的水蒸气质量称为湿空气的含湿量。

含湿量为湿空气中水蒸气与干空气的质量比值,常用单位为kg/kg(a),计算公式如下:

含湿量公式

式中,mv为湿空气中的水蒸气质量,kg;ma为湿空气中的干空气质量,kg。

含湿量也可表示成湿空气中水蒸气分压力与干空气分压力的函数关系式:

含湿量公式

式中,d的单位为kg/kg(a);18.015 268/28.966 = 0.621 945;pv为湿空气中的水蒸气分压力,kPa;p为湿空气的总压力(即当地大气压力),kPa。

含湿量还可进一步表示如下:

a. 当空气湿球温度tw高于0℃时:

含湿量公式

b. 当空气湿球温度tw低于0℃时:

含湿量公式

式中,tw为湿空气湿球温度,℃;t为干球温度,℃;ds为湿空气等焓加湿到饱和状态时含湿量(简称饱和含湿量),kg/kg(a)。

3)绝对湿度和相对湿度[1][2]

每立方米湿空气中所含有的水蒸气质量,称为湿空气的绝对湿度;绝对湿度也就是湿空气中水蒸气的密度ρv

湿空气的绝对湿度ρv与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度ρs的比值,称为相对湿度φ。计算公式如下:

相对湿度公式

相对湿度也可表示为湿空气的水蒸气分压力与饱和湿空气水蒸气分压力的比值,如下:

相对湿度公式

式中,pv为湿空气的水蒸气分压力,kPa;ps为饱和水蒸气分压力,kPa。

4)露点温度[1]

湿空气的露点温度计算公式如下:

a. 湿空气露点温度温度位于0~93℃:

露点温度公式

b. 湿空气露点温度低于0℃:

露点温度公式

式中,td为湿空气露点温度,℃;α=lnpv;pv为水蒸气分压力,kPa;C14 = 6.54;C15 = 14.526;C16 = 0.7389;C17 = 0.09486;C18 = 0.4569。

5)含湿量与露点温度关系式

有些气象数据库未提供室外空气的含湿量值,只提供了干球温度和露点温度;因此,无法直接使用2)中的公式计算空气含湿量。下面提供一个经验公式,可直接由空气露点温度计算得到含湿量值:[3]

含湿量与露点温度计算公式

式中:d——含湿量,g/kg(a);td——露点温度,℃。

以上公式在干球温度-15~ 40 ℃之间的计算误差小于2.1 %,比较适用于室外空气参数计算

参考资料:
[1] ASHRAE. 2013 ASHRAE Handbook Fundamentals SI Edition [M].
[2] 廉乐明, 谭羽非, 吴家正. 工程热力学(第五版)[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2007.
[3] 林忠平. 不同地域特色村镇住宅生物质能利用技术与节能评价方法[M]. 中国建筑工业出版社, 2012.

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