Vlhkost vzduchu - Humidity

Vlhkost a vlhkoměr
Mrakový les mount kinabalu.jpg
Specifické koncepty
Obecné pojmy
Opatření a nástroje

Vlhkost je koncentrace vodní páry přítomné ve vzduchu. Vodní pára, plynný stav vody, je pro lidské oko obecně neviditelná. Vlhkost udává pravděpodobnost výskytu srážek , rosy nebo mlhy .

Vlhkost závisí na teplotě a tlaku požadovaného systému. Stejné množství vodní páry má za následek vyšší vlhkost v chladném vzduchu než v teplém vzduchu. Souvisejícím parametrem je rosný bod . Množství vodní páry potřebné k dosažení nasycení se zvyšuje se zvyšující se teplotou. Jak teplota balíku vzduchu klesá, nakonec dosáhne bodu nasycení bez přidání nebo ztráty vodní hmoty. Množství vodní páry obsažené v balíku vzduchu se může výrazně lišit. Například balík vzduchu téměř nasyceného může obsahovat 28 g (0,99 oz) vody na metr krychlový vzduchu při 30 ° C (86 ° F), ale pouze 8 g (0,28 oz) vody na metr krychlový vzduchu při 8 ° C (46 ° F).

Široce se používají tři primární měření vlhkosti: absolutní, relativní a specifické. Absolutní vlhkost je vyjádřena buď jako hmotnost vodní páry na objem vlhkého vzduchu (v gramech na metr krychlový), nebo jako hmotnost vodní páry na hmotnost suchého vzduchu (obvykle v gramech na kilogram). Relativní vlhkost , často vyjádřená v procentech, udává současný stav absolutní vlhkosti vzhledem k maximální vlhkosti při stejné teplotě. Specifická vlhkost je poměr hmotnosti vodní páry k celkové hmotnosti balíku vlhkého vzduchu.

Vlhkost hraje důležitou roli pro povrchový život. Aby život zvířat závislý na pocení ( pocení ) reguloval vnitřní teplotu těla, vysoká vlhkost zhoršuje účinnost výměny tepla snížením rychlosti odpařování vlhkosti z povrchů kůže. Tento efekt lze vypočítat pomocí tabulky tepelných indexů , známého také jako humidex .

V souvislosti s konceptem relativní vlhkosti je často zmiňován pojem vzduchu „zadržujícího“ vodní páru nebo jím „nasyceného“. To je však zavádějící - množství vodní páry, které vstupuje (nebo může vniknout) do daného prostoru při dané teplotě, je téměř nezávislé na množství přítomného vzduchu (dusík, kyslík atd.). Vakuum má skutečně přibližně stejnou rovnovážnou kapacitu pro zadržování vodní páry jako stejný objem naplněný vzduchem; oba jsou dány rovnovážným tlakem par vody při dané teplotě. V části „Faktor vylepšení“ níže je popsán velmi malý rozdíl, který lze v mnoha výpočtech zanedbávat, pokud není vyžadována vysoká přesnost.

Definice

Observatoř Paranal na Cerro Paranal v poušti Atacama je jedním z nejsušších míst na Zemi.

Absolutní vlhkost

Absolutní vlhkost je celková hmotnost vodní páry přítomné v daném objemu nebo hmotnosti vzduchu. Nezohledňuje teplotu. Absolutní vlhkost v atmosféře se pohybuje od téměř nuly do zhruba 30 g (1,1 oz) na metr krychlový, když je vzduch nasycen při 30 ° C (86 ° F).

Absolutní vlhkost je hmotnost vodní páry vydělená objemem směsi vzduchu a vodní páry , která může být vyjádřena jako:

Absolutní vlhkost se mění se změnou teploty nebo tlaku vzduchu , pokud není objem pevně stanoven. To jej činí nevhodným pro výpočty chemického inženýrství , např. Při sušení , kde se teplota může značně lišit. Výsledkem je, že absolutní vlhkost v chemickém inženýrství se může vztahovat na hmotnost vodní páry na jednotku hmotnosti suchého vzduchu, také známou jako poměr vlhkosti nebo poměr míchání hmoty (viz „specifická vlhkost“ níže), který je vhodnější pro teplo a hmotu bilanční výpočty. Hmotnost vody na jednotku objemu, jak je uvedeno ve výše uvedené rovnici, je také definována jako objemová vlhkost . Z důvodu možného zmatku navrhuje britská norma BS 1339 vyhýbání se pojmu „absolutní vlhkost“. Jednotky by měly být vždy pečlivě zkontrolovány. Mnoho vlhkostních grafů je uvedeno v g/kg nebo kg/kg, ale lze použít jakékoli hmotnostní jednotky.

Oblast zabývající se studiem fyzikálních a termodynamických vlastností směsí plynu a páry se nazývá psychrometrics .

Relativní vlhkost

Relativní vlhkost nebo směsi vzduch-voda je definována jako poměr parciálního tlaku vodní páry ve směsi k rovnovážnému tlaku par vody na plochém povrchu čisté vody při dané teplotě:

Jinými slovy, relativní vlhkost je poměr toho, kolik vodní páry je ve vzduchu a kolik vodní páry by vzduch mohl při dané teplotě obsahovat . To se mění s teplotou vzduchu: chladnější vzduch může pojmout méně páry, takže chlazení čerstvého vzduchu může způsobit vodní páry kondenzují . Stejně tak ohřívání vzduchu obsahujícího mlhu může způsobit odpaření mlhy, protože vzduch mezi kapičkami vody bude schopen zadržet vodní páru. Změna teploty vzduchu tedy může změnit relativní vlhkost, i když absolutní vlhkost zůstává konstantní.

Relativní vlhkost zohledňuje pouze neviditelné vodní páry. Mlhy, mraky, mlhy a aerosoly vody se nepočítají do míry relativní vlhkosti vzduchu, ačkoli jejich přítomnost je známkou toho, že vzduchové těleso může být blízko rosného bodu .

Relativní vlhkost je obvykle vyjádřena v procentech ; vyšší procento znamená, že směs vzduchu a vody je vlhčí. Při 100% relativní vlhkosti je vzduch nasycený a má rosný bod . V nepřítomnosti cizího tělesa, na kterém mohou kapičky nebo krystaly nukleakovat, může relativní vlhkost přesáhnout 100%, v takovém případě se říká, že je vzduch přesycený . Zavedení některých částic nebo povrchu do tělesa vzduchu nad 100% relativní vlhkosti umožní kondenzaci nebo tvorbu ledu na těchto jádrech, čímž se odstraní část páry a sníží se vlhkost.

Relativní vlhkost je důležitou metrikou používanou v předpovědích počasí a zprávách, protože je indikátorem pravděpodobnosti srážek , rosy nebo mlhy. V horkém letním počasí , k nárůstu relativní vlhkosti zvyšuje zdánlivou teplotu na člověka (a dalších zvířat ), které brání odpařování z potu z pokožky. Například podle Heat Indexu by relativní vlhkost 75% při teplotě vzduchu 80,0 ° F (26,7 ° C) připadala jako 83,6 ° F ± 1,3 ° F (28,7 ° C ± 0,7 ° C).

Vztah mezi absolutní, relativní vlhkostí a teplotou

V zemské atmosféře na úrovni hladiny moře:

Absolutní vlhkost v g/m 3 (oz/cu. Yd)
Teplota Relativní vlhkost
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
50 ° C (122 ° F) 0 (0) 8,3 (0,22) 16,6 (0,45) 24,9 (0,67) 33,2 (0,90) 41,5 (1,12) 49,8 (1,34) 58,1 (1,57) 66,4 (1,79) 74,7 (2,01) 83,0 (2,24)
45 ° C (113 ° F) 0 (0) 6,5 (0,18) 13,1 (0,35) 19,6 (0,53) 26,2 (0,71) 32,7 (0,88) 39,3 (1,06) 45,8 (1,24) 52,4 (1,41) 58,9 (1,59) 65,4 (1,76)
40 ° C (104 ° F) 0 (0) 5,1 (0,14) 10,2 (0,28) 15,3 (0,41) 20,5 (0,55) 25,6 (0,69) 30,7 (0,83) 35,8 (0,97) 40,9 (1,10) 46,0 (1,24) 51,1 (1,38)
35 ° C (95 ° F) 0 (0) 4,0 (0,11) 7,9 (0,21) 11,9 (0,32) 15,8 (0,43) 19,8 (0,53) 23,8 (0,64) 27,7 (0,75) 31,7 (0,85) 35,6 (0,96) 39,6 (1,07)
30 ° C (86 ° F) 0 (0) 3,0 (0,081) 6,1 (0,16) 9,1 (0,25) 12,1 (0,33) 15,2 (0,41) 18,2 (0,49) 21,3 (0,57) 24,3 (0,66) 27,3 (0,74) 30,4 (0,82)
25 ° C (77 ° F) 0 (0) 2,3 (0,062) 4,6 (0,12) 6,9 (0,19) 9,2 (0,25) 11,5 (0,31) 13,8 (0,37) 16,1 (0,43) 18,4 (0,50) 20,7 (0,56) 23,0 (0,62)
20 ° C (68 ° F) 0 (0) 1,7 (0,046) 3,5 (0,094) 5,2 (0,14) 6,9 (0,19) 8,7 (0,23) 10,4 (0,28) 12,1 (0,33) 13,8 (0,37) 15,6 (0,42) 17,3 (0,47)
15 ° C (59 ° F) 0 (0) 1,3 (0,035) 2,6 (0,070) 3,9 (0,11) 5,1 (0,14) 6,4 (0,17) 7,7 (0,21) 9,0 (0,24) 10,3 (0,28) 11,5 (0,31) 12,8 (0,35)
10 ° C (50 ° F) 0 (0) 0,9 (0,024) 1,9 (0,051) 2,8 (0,076) 3,8 (0,10) 4,7 (0,13) 5,6 (0,15) 6,6 (0,18) 7,5 (0,20) 8,5 (0,23) 9,4 (0,25)
5 ° C (41 ° F) 0 (0) 0,7 (0,019) 1,4 (0,038) 2,0 (0,054) 2,7 (0,073) 3,4 (0,092) 4,1 (0,11) 4,8 (0,13) 5,4 (0,15) 6,1 (0,16) 6,8 (0,18)
0 ° C (32 ° F) 0 (0) 0,5 (0,013) 1,0 (0,027) 1,5 (0,040) 1,9 (0,051) 2,4 (0,065) 2,9 (0,078) 3,4 (0,092) 3,9 (0,11) 4,4 (0,12) 4,8 (0,13)
−5 ° C (23 ° F) 0 (0) 0,3 (0,0081) 0,7 (0,019) 1,0 (0,027) 1,4 (0,038) 1,7 (0,046) 2,1 (0,057) 2,4 (0,065) 2,7 (0,073) 3,1 (0,084) 3,4 (0,092)
−10 ° C (14 ° F) 0 (0) 0,2 (0,0054) 0,5 (0,013) 0,7 (0,019) 0,9 (0,024) 1,2 (0,032) 1,4 (0,038) 1,6 (0,043) 1,9 (0,051) 2,1 (0,057) 2,3 (0,062)
−15 ° C (5 ° F) 0 (0) 0,2 (0,0054) 0,3 (0,0081) 0,5 (0,013) 0,6 (0,016) 0,8 (0,022) 1,0 (0,027) 1,1 (0,030) 1,3 (0,035) 1,5 (0,040) 1,6 (0,043)
−20 ° C (−4 ° F) 0 (0) 0,1 (0,0027) 0,2 (0,0054) 0,3 (0,0081) 0,4 (0,011) 0,4 (0,011) 0,5 (0,013) 0,6 (0,016) 0,7 (0,019) 0,8 (0,022) 0,9 (0,024)
−25 ° C (−13 ° F) 0 (0) 0,1 (0,0027) 0,1 (0,0027) 0,2 (0,0054) 0,2 (0,0054) 0,3 (0,0081) 0,3 (0,0081) 0,4 (0,011) 0,4 (0,011) 0,5 (0,013) 0,6 (0,016)

Specifická vlhkost

Specifická vlhkost (nebo obsah vlhkosti) je poměr hmotnosti vodní páry k celkové hmotnosti balíku vzduchu. Specifická vlhkost je přibližně stejná jako směšovací poměr , který je definován jako poměr hmotnosti vodní páry v balíku vzduchu k hmotnosti suchého vzduchu pro stejný balíček. S klesající teplotou klesá i množství vodní páry potřebné k dosažení nasycení. Jak se teplota balíku vzduchu snižuje, nakonec dosáhne bodu nasycení bez přidání nebo ztráty vodní hmoty.

Související pojmy

Termín relativní vlhkost je vyhrazen pro systémy vodní páry ve vzduchu. Termín relativní nasycení se používá k popisu analogické vlastnosti pro systémy sestávající z kondenzovatelné fáze jiné než voda v nekondenzovatelné fázi jiné než vzduch.

Měření

Hygrothermograph na vlhkost a záznam teplot
Vlhkoměr pro domácí použití, mokrom/suchý psychrometr
Teploměr vlhkoměr zobrazující teplotu a relativní vlhkost

Zařízení používané k měření vlhkosti vzduchu se nazývá psychrometr nebo vlhkoměr . Vlhkoměr je spínač vlhkosti spouštěné, se často používá k ovládání odvlhčovače .

Vlhkost vzduchu a vodní páry směsi se stanoví pomocí psychrometrické schémata jsou-li jak teplota suchého teploměru ( T ) a vlhkého teploměru teplota ( T w ) směsi jsou známé. Tato množství se snadno odhadují pomocí závěsného psychrometru .

Existuje několik empirických vzorců, které lze použít k odhadu rovnovážného tlaku par vodní páry jako funkce teploty. Antoine rovnice je mezi nejméně složité z nich, které mají pouze tři parametry ( , B , a C ). Jiné vzorce, jako je Goff – Gratchova rovnice a Magnus – Tetensova aproximace , jsou složitější, ale přinášejí lepší přesnost.

S rovnicí Arden Buck se v literatuře na toto téma běžně setkáváme:

kde je teplota suchého teploměru vyjádřená ve stupních Celsia (° C), je absolutní tlak vyjádřený v milibarech a je rovnovážný tlak par vyjádřený v milibarech. Buck uvedl, že maximální relativní chyba je menší než 0,20% mezi -20 a +50 ° C (-4 a 122 ° F), když je tato konkrétní forma zobecněného vzorce použita k odhadu rovnovážného tlaku par vody.

K měření a regulaci vlhkosti se používají různá zařízení. Kalibrační standardy pro nejpřesnější měření zahrnují gravimetrický vlhkoměr , vlhkoměr s chlazeným zrcadlem a elektrolytický vlhkoměr . Gravimetrická metoda, přestože je nejpřesnější, je velmi těžkopádná. Pro rychlé a velmi přesné měření je metoda chlazeného zrcadla účinná. Pro procesní on-line měření jsou dnes nejběžněji používaná čidla založena na kapacitních měřeních pro měření relativní vlhkosti, často s interními převody pro zobrazení i absolutní vlhkosti. Jsou levné, jednoduché, obecně přesné a relativně robustní. Všechny senzory vlhkosti čelí problémům s měřením plynu naplněného prachem, jako jsou výfukové proudy ze sušiček .

Vlhkost se také měří v globálním měřítku pomocí dálkově umístěných satelitů . Tyto satelity jsou schopné detekovat koncentraci vody v troposféře ve výškách mezi 4 a 12 km (2,5 a 7,5 mil). Satelity, které mohou měřit vodní páru, mají senzory citlivé na infračervené záření . Vodní pára specificky absorbuje a znovu vyzařuje záření v tomto spektrálním pásmu. Satelitní snímky vodní páry hrají důležitou roli při monitorování klimatických podmínek (jako je tvorba bouřek) a při vývoji předpovědí počasí .

Hustota a objem vzduchu

Vlhkost závisí na odpařování a kondenzaci vody, což zase závisí hlavně na teplotě. Proto při působení většího tlaku na plyn nasycený vodou zpočátku všechny složky zmenší svůj objem přibližně podle zákona o ideálním plynu . Část vody však bude kondenzovat, dokud se nevrátí na téměř stejnou vlhkost jako dříve, čímž bude výsledný celkový objem odlišný od toho, co předpověděl zákon o ideálním plynu. Naopak, klesající teplota by také způsobila kondenzaci vody, což by opět způsobilo, že se konečný objem odchyluje od předpovídaného zákonem o ideálním plynu. Objem plynu proto může být alternativně vyjádřen jako suchý objem, s vyloučením obsahu vlhkosti. Tato frakce se přesněji řídí zákonem o ideálním plynu. Naopak nasycený objem je objem, který by měla směs plynů, kdyby se do něj přidala vlhkost až do nasycení (nebo 100% relativní vlhkosti).

Vlhký vzduch je méně hustý než suchý, protože molekula vody ( M ≈ 18 u ) je méně hmotná než molekula dusíku (M ≈ 28) nebo molekula kyslíku (M ≈ 32). Asi 78% molekul v suchém vzduchu tvoří dusík (N 2 ). Dalších 21% molekul v suchém vzduchu tvoří kyslík (O 2 ). Konečné 1% suchého vzduchu je směsí jiných plynů.

Pro jakýkoli plyn je při dané teplotě a tlaku počet molekul přítomných v určitém objemu konstantní - viz zákon o ideálním plynu . Když jsou tedy do tohoto objemu suchého vzduchu zavedeny molekuly vody (páry), počet molekul vzduchu v objemu se musí snížit o stejné číslo, pokud teplota a tlak zůstávají konstantní. (Přidání molekul vody nebo jakýchkoli jiných molekul do plynu bez odstranění stejného počtu dalších molekul bude nutně vyžadovat změnu teploty, tlaku nebo celkového objemu; to znamená změnu alespoň jedné tyto tři parametry. Pokud teplota a tlak zůstanou konstantní, objem se zvýší a molekuly suchého vzduchu, které byly vytlačeny, se zpočátku přesunou ven do dalšího objemu, načež se směs nakonec stane jednotnou difúzí.) Proto hmotnost na jednotku objemu plynu - jeho hustota - klesá. Isaac Newton objevil tento jev a napsal o něm ve své knize Opticks .

Závislost na tlaku

Relativní vlhkost systému vzduch -voda závisí nejen na teplotě, ale také na absolutním tlaku požadovaného systému. Tato závislost je demonstrována zvážením níže uvedeného systému vzduch -voda. Systém je uzavřen (tj. Do systému nevstupuje ani z něj nezáleží).

Změny relativní vlhkosti.png

Pokud je systém ve stavu A isobaricky ohříván (topení beze změny tlaku v systému), pak relativní vlhkost systému klesá, protože rovnovážný tlak par vody se zvyšuje se zvyšující se teplotou. To je uvedeno ve státě B.

Pokud je systém ve stavu A izotermicky stlačený (stlačený bez změny teploty systému), pak se relativní vlhkost systému zvyšuje, protože parciální tlak vody v systému se zvyšuje s redukcí objemu. To je uvedeno ve stavu C. Nad 202,64 kPa by relativní vlhkost překročila 100% a voda by mohla začít kondenzovat.

Pokud by se změnil tlak stavu A pouhým přidáním více suchého vzduchu, aniž by se změnil objem, relativní vlhkost by se nezměnila.

Změnu relativní vlhkosti lze proto vysvětlit změnou teploty systému, změnou objemu systému nebo změnou obou těchto vlastností systému.

Faktor vylepšení

Faktor vylepšení je definován jako poměr tlaku nasycených par vody ve vlhkém vzduchu k tlaku nasycených par čisté vody:

Faktor vylepšení se rovná jednotě u ideálních plynových systémů. Ve skutečných systémech však interakční efekty mezi molekulami plynu vedou k malému zvýšení rovnovážného tlaku par vody ve vzduchu vzhledem k rovnovážnému tlaku par čisté vodní páry. Faktor vylepšení je proto u skutečných systémů obvykle o něco větší než jednota.

Faktor vylepšení se běžně používá ke korekci rovnovážného tlaku par vodní páry, když se k odhadu vlastností psychrometrických systémů používají empirické vztahy, jako jsou vztahy vyvinuté Wexlerem, Goffem a Gratchem.

Buck uvedl, že na hladině moře činí tlak par vody v nasyceném vlhkém vzduchu nárůst přibližně o 0,5% oproti rovnovážnému tlaku par čisté vody.

Efekty

Hygrostat nastaven na 50% relativní vlhkosti
Humidor , slouží k regulaci vlhkosti doutníků

Řízení klimatu se týká řízení teploty a relativní vlhkosti v budovách, vozidlech a dalších uzavřených prostorách za účelem zajištění lidského pohodlí, zdraví a bezpečnosti a splnění environmentálních požadavků na stroje, citlivé materiály (například historické) a technické procesy.

Podnebí

Průměrná vlhkost kolem Austrálie po celý rok v 9 hodin ráno
  80–90%
  30–40%

I když je vlhkost sama o sobě klimatickou proměnnou, ovlivňuje také další klimatické proměnné. Vlhkost prostředí je ovlivněna větry a srážkami.

Nejvlhčí města na Zemi se obecně nacházejí blíže k rovníku, v blízkosti pobřežních oblastí. Města v částech Asie a Oceánie patří mezi nej vlhčí. Bangkok , Ho Či Minovo Město , Kuala Lumpur , Hongkong , Manila , Jakarta , Naha , Singapur , Kao -siung a Tchaj -pej mají velmi vysokou vlhkost téměř celý rok kvůli své blízkosti vodních ploch a rovníku a často zataženému počasí. Některá místa zažívají během období dešťů extrémní vlhkost v kombinaci s teplem, které navozuje pocit vlažné sauny, například Kalkata , Chennai a Cochin v Indii a Lahore v Pákistánu . Město Sukkur ležící na řece Indus v Pákistánu má jedny z nejvyšších a nejnepříjemnějších rosných bodů v zemi, často přesahujících 30 ° C (86 ° F) v období monzunů .

Vysoké teploty v kombinaci s vysokým rosným bodem vytvářejí tepelný index přesahující 65 ° C (149 ° F). Od prosince do dubna zažívá Darwin extrémně vlhké mokré období. Houston , Miami , San Diego , Osaka , Shanghai , Shenzhen a Tokio mají také v letních měsících extrémně vlhké období. Během jihozápadních a severovýchodních monzunových sezón (respektive konec května až září a listopad až březen) počítejte s vydatnými dešti a po srážkách s relativně vysokou vlhkostí. Mimo období monzunů je vlhkost vysoká (ve srovnání se zeměmi vzdálenějšími od rovníku), ale zcela slunečných dní je mnoho. Na chladnějších místech, jako je severní Tasmánie v Austrálii, je vysoká vlhkost po celý rok díky oceánu mezi pevninskou Austrálií a Tasmánii. V létě je horký suchý vzduch absorbován tímto oceánem a teplota se zřídka vyšplhá nad 35 ° C (95 ° F).

Globální klima

Vlhkost ovlivňuje energetický rozpočet a tím ovlivňuje teploty dvěma hlavními způsoby. Za prvé, vodní pára v atmosféře obsahuje „latentní“ energii. Během transpirace nebo odpařování se toto latentní teplo odebírá z povrchové kapaliny a ochlazuje zemský povrch. Jedná se o největší neradiační chladicí účinek na povrchu. Kompenzuje zhruba 70% průměrného čistého radiačního oteplování na povrchu.

Za druhé, vodní pára je ze všech skleníkových plynů nejhojnější . Vodní pára, jako zelená čočka, která umožňuje průchod zeleného světla, ale pohlcuje červené světlo, je „selektivní absorbér“. Stejně jako ostatní skleníkové plyny je vodní pára pro většinu sluneční energie průhledná. Absorbuje však infračervenou energii vyzařovanou (vyzařovanou) směrem nahoru zemským povrchem, což je důvod, proč vlhké oblasti zažívají velmi malé noční chlazení, ale suché pouštní oblasti se v noci výrazně ochlazují. Tato selektivní absorpce způsobuje skleníkový efekt. Zvyšuje povrchovou teplotu podstatně nad její teoretickou radiační rovnovážnou teplotu se sluncem a vodní pára je příčinou většího oteplení než kterýkoli jiný skleníkový plyn.

Na rozdíl od většiny ostatních skleníkových plynů však voda není ve všech oblastech Země pouze pod bodem varu, ale v mnoha výškách pod bodem mrazu. Jako kondenzovatelný skleníkový plyn se vysráží s mnohem nižší výškou stupnice a kratší atmosférickou životností - týdny místo desetiletí. Bez dalších skleníkových plynů by teplota černého tělesa Země pod bodem mrazu vody způsobila odstranění vodní páry z atmosféry. Vodní pára je tedy „otrokem“ nekondenzovatelných skleníkových plynů.

Život zvířat a rostlin

Tillandsia usneoides v tropickém domě, Královské botanické zahrady, Kew. Roste tam, kde je podnebí dostatečně teplé a má relativně vysokou průměrnou vlhkost.

Vlhkost je jedním ze základních abiotických faktorů, které definují jakýkoli biotop (několik příkladů je tundra, mokřady a poušť) a určuje, kterému živočichovi a rostlině se v daném prostředí daří.

Lidské tělo odvádí teplo potem a jeho vypařováním. Tepelná konvekce do okolního vzduchu a tepelné záření jsou primární způsoby přenosu tepla z těla. V podmínkách vysoké vlhkosti klesá rychlost odpařování potu z kůže. Pokud je atmosféra v době vysoké vlhkosti také teplá nebo teplejší než pokožka, krev přivedená na povrch těla nemůže odvádět teplo vedením do vzduchu. Když tolik krve jde na vnější povrch těla, méně jde do aktivních svalů , mozku a dalších vnitřních orgánů . Fyzická síla klesá a únava nastává dříve, než by tomu bylo jinak. Může být také ovlivněna bdělost a mentální kapacita, což může mít za následek úpal nebo hypertermii .

Lidské pohodlí

Přestože je vlhkost důležitým faktorem tepelné pohody, lidé jsou na změny teploty citlivější než na změny relativní vlhkosti. Vlhkost má malý vliv na tepelný komfort venku, když jsou teploty vzduchu nízké, mírně výraznější účinek při mírných teplotách vzduchu a mnohem silnější vliv při vyšších teplotách vzduchu.

Lidé jsou citliví na vlhký vzduch, protože lidské tělo používá jako primární mechanismus regulace teploty odpařovací chlazení. Za vlhkých podmínek je rychlost odpařování potu na kůži nižší, než by byla za suchých podmínek. Protože lidé vnímají rychlost přenosu tepla z těla spíše než samotnou teplotu, cítíme se tepleji, když je relativní vlhkost vysoká, než když je nízká.

Lidé se mohou cítit pohodlně v širokém rozsahu vlhkostí v závislosti na teplotě - od 30 do 70 % - ale v ideálním případě ne nad absolutem (rosný bod 60 ° F), mezi 40 %a 60 %. Obecně platí, že vyšší teploty budou vyžadovat nižší vlhkost pro dosažení tepelného komfortu ve srovnání s nižšími teplotami, přičemž všechny ostatní faktory zůstávají konstantní. Například při úrovni oblečení = 1, rychlosti metabolismu = 1,1 a rychlosti vzduchu 0,1 m/s by změna teploty vzduchu a průměrné teploty záření z 20 ° C na 24 ° C snížila maximální přijatelnou relativní vlhkost ze 100% na 65% k udržení podmínek tepelného komfortu. Nástroj CBE Thermal Comfort Tool lze použít k prokázání vlivu relativní vlhkosti na konkrétní podmínky tepelné pohody a lze jej použít k prokázání shody s normou ASHRAE Standard 55-2017.

Někteří lidé mají ve vlhkém prostředí potíže s dýcháním. Některé případy mohou souviset s respiračními chorobami, jako je astma , zatímco jiné mohou být důsledkem úzkosti . Utrpení často reagují hyperventilací , což mimo jiné způsobuje pocity necitlivosti , slabosti a ztráty koncentrace .

Velmi nízká vlhkost může u některých jedinců způsobovat nepohodlí, dýchací potíže a zhoršovat alergie. Nízká vlhkost vzduchu způsobuje, že nosní průchody tkáně obloží, popraskají a stanou se náchylnější k pronikání rhinovirových studených virů. Extrémně nízké (pod 20 %) relativní vlhkosti mohou také způsobit podráždění očí. S těmito příznaky může pomoci použití zvlhčovače vzduchu v domácnostech, zejména v ložnicích. Vnitřní relativní vlhkost vzduchu by měla být udržována nad 30%, aby se snížila pravděpodobnost vysychání nosních cest cestujících, zejména v zimě.

Klimatizace snižuje nepohodlí tím, že snižuje nejen teplotu, ale také vlhkost. Ohřev studeného venkovního vzduchu může snížit relativní vlhkost v interiéru na méně než 30%. Podle standardu ASHRAE 55-2017: Tepelné podmínky prostředí pro obsazení člověka lze vnitřní tepelné pohody dosáhnout metodou PMV s relativní vlhkostí v rozmezí od 0% do 100%, v závislosti na úrovních ostatních faktorů přispívajících k tepelné pohodě. Doporučený rozsah vnitřní relativní vlhkosti vzduchu v klimatizovaných budovách je však obvykle 30–60%.

Lidské zdraví

Vyšší vlhkost vzduchu snižuje infekčnost aerosolového viru chřipky. Studie dospěla k závěru: „Udržování relativní vlhkosti v místnosti> 40% významně sníží infekčnost aerosolového viru.“

Mukociliární clearance v dýchacích cestách brání také nízká vlhkost. Jedna studie na psech zjistila, že transport hlenu byl nižší při absolutní vlhkosti 9 g vody/m 3 než při 30 g vody/m 3 .

Zvýšená vlhkost může také vést ke změnám v celkové tělesné vodě, což obvykle vede k mírnému nárůstu hmotnosti, zvláště pokud je člověk aklimatizovaný na práci nebo cvičení v horkém a vlhkém počasí.

Stavba budovy

Účinky vysoké vlhkosti ve stavební konstrukci ( primární výkvět )

Běžné konstrukční metody často vyrábějí skříně budov se špatnou tepelnou hranicí, které vyžadují izolační a vzduchový bariérový systém navržený tak, aby udržel vnitřní podmínky prostředí a zároveň odolával vnějším podmínkám prostředí. Energeticky účinná, silně utěsněná architektura zavedená ve 20. století také utěsnila pohyb vlhkosti, což vedlo k sekundárnímu problému kondenzace vytvářející se ve stěnách a kolem nich, což podporuje rozvoj plísní a plísní. Budovy se základy, které nejsou řádně utěsněny, navíc umožní vodě protékat stěnami v důsledku kapilárního působení pórů nacházejících se ve zdicích výrobcích. Řešení pro energeticky účinné budovy, které se vyhýbají kondenzaci, jsou aktuálním tématem architektury.

Pro ovládání klimatizace v budovách využívajících systémy HVAC je klíčové udržovat relativní vlhkost v příjemném rozsahu - dostatečně nízkém, aby byl pohodlný, ale dostatečně vysokém, aby se předešlo problémům spojeným s velmi suchým vzduchem.

Když je teplota vysoká a relativní vlhkost nízká, odpařování vody je rychlé; půda schne, mokré oblečení zavěšené na šňůře nebo stojanu rychle schne a pot se z kůže snadno odpařuje. Dřevěný nábytek se může zmenšit, což způsobí prasknutí barvy, která pokrývá tyto povrchy.

Když je teplota nízká a relativní vlhkost vysoká, odpařování vody je pomalé. Když se relativní vlhkost blíží 100 %, může na povrchu dojít ke kondenzaci, což vede k problémům s plísní , korozí, rozpadem a dalším poškozením souvisejícím s vlhkostí. Kondenzace může představovat bezpečnostní riziko, protože může podporovat růst plísní a dřevní hniloby a případně zamrzat nouzové východy.

Některé výrobní a technické postupy a úpravy v továrnách, laboratořích, nemocnicích a dalších zařízeních vyžadují udržování specifických úrovní relativní vlhkosti pomocí zvlhčovačů, odvlhčovačů a souvisejících řídicích systémů.

Vozidla

Výše uvedené základní principy pro budovy platí také pro vozidla. Kromě toho mohou existovat bezpečnostní aspekty. Například vysoká vlhkost uvnitř vozidla může vést k problémům s kondenzací, jako je zamlžování čelních skel a zkrat elektrických součástí. Ve vozidlech a tlakových nádobách, jako jsou tlaková dopravní letadla , ponorná a kosmická plavidla , mohou být tyto úvahy kritické z hlediska bezpečnosti a jsou zapotřebí komplexní systémy řízení prostředí včetně zařízení k udržování tlaku .

Letectví

Dopravní letadla pracují s nízkou vnitřní relativní vlhkostí, často pod 20 %, zejména při dlouhých letech. Nízká vlhkost vzduchu je důsledkem nasávání velmi studeného vzduchu s nízkou absolutní vlhkostí, která se vyskytuje v nadmořských výškách letadel. Následné oteplování tohoto vzduchu snižuje jeho relativní vlhkost. To způsobuje nepohodlí, jako jsou bolavé oči, suchá kůže a vysychání sliznice, ale zvlhčovače se nepoužívají k tomu, aby se zvýšily na pohodlné střední úrovně, protože objem vody, který je třeba mít na palubě, může být značnou váhou. Jak letadla klesají z chladnějších výšek do teplejšího vzduchu (možná dokonce létají mraky několik tisíc stop nad zemí), relativní vlhkost prostředí se může dramaticky zvýšit. Část tohoto vlhkého vzduchu je obvykle nasávána do kabiny přetlakového letadla a do jiných netlakových oblastí letadla a kondenzuje na chladném povrchu letadla. Kapalnou vodu lze obvykle vidět tekoucí po kůži letadla, a to jak uvnitř, tak vně kabiny. Vzhledem k prudkým změnám relativní vlhkosti uvnitř vozidla musí být součásti způsobilé k provozu v těchto prostředích. Doporučená environmentální kvalifikace pro většinu komponent komerčních letadel je uvedena v RTCA DO-160 .

Studený a vlhký vzduch může podporovat tvorbu ledu, který je pro letadla nebezpečný, protože ovlivňuje profil křídla a zvyšuje hmotnost. Motory karburátoru mají další nebezpečí tvorby ledu uvnitř karburátoru . Zprávy o počasí v letectví ( METAR ) proto obsahují údaj o relativní vlhkosti vzduchu, obvykle ve formě rosného bodu .

Piloti musí při výpočtu vzdáleností vzletu brát v úvahu vlhkost, protože vysoká vlhkost vyžaduje delší dráhy a sníží výkon při stoupání.

Hustota nadmořské výšky je nadmořská výška vztažená ke standardním atmosférickým podmínkám (International Standard Atmosphere), ve kterých by se hustota vzduchu rovnala uvedené hustotě vzduchu v místě pozorování, nebo jinými slovy, výšce, měřeno hustotou spíše než vzdálenost od země. „Hustota nadmořské výšky“ je tlaková nadmořská výška upravená pro nestandardní teplotu.

Zvýšení teploty a v mnohem menší míře i vlhkosti způsobí zvýšení nadmořské výšky. V horkých a vlhkých podmínkách tedy může být hustota nadmořské výšky v určitém místě výrazně vyšší než skutečná nadmořská výška.

Elektronika

Vysoušedlo vak ( silikagel ), běžně obsaženy v baleních obsahujících elektronické výrobky k řízení vlhkosti

Elektronická zařízení jsou často hodnocena tak, aby fungovala pouze za určitých podmínek vlhkosti (např. 10% až 90%). Na horním konci rozsahu může vlhkost zvýšit vodivost propustných izolátorů, což vede k poruše. Příliš nízká vlhkost může způsobit křehkost materiálů. Zvláštním nebezpečím pro elektronické položky, bez ohledu na uvedený rozsah provozní vlhkosti, je kondenzace . Když se elektronický předmět přesune z chladného místa (např. Z garáže, auta, kůlny, klimatizovaného prostoru v tropech) do teplého vlhkého místa (dům, mimo tropy), může kondenzace potáhnout desky plošných spojů a další izolátory, což vede ke zkratu obvod uvnitř zařízení. Takové zkraty mohou způsobit podstatné trvalé poškození, pokud je zařízení zapnuto před odpařením kondenzátu . Podobný kondenzační účinek lze často pozorovat, když osoba s brýlemi přijde z chladu (tj. Brýle se zamlžují). Doporučuje se nechat elektronické zařízení několik hodin aklimatizovat, poté, co bylo přeneseno z chladu, před zapnutím. Některá elektronická zařízení dokážou takovou změnu detekovat a indikují, když jsou zapojena a obvykle s malým symbolem kapiček, že je nelze použít, dokud nebezpečí kondenzace nepřejde. V situacích, kdy je čas kritický, zvýšení proudění vzduchu vnitřními částmi zařízení, jako je vyjmutí bočního panelu z skříně počítače a nasměrování ventilátoru do skříně, výrazně zkrátí čas potřebný k aklimatizaci na nové prostředí.

Naproti tomu velmi nízká úroveň vlhkosti podporuje hromadění statické elektřiny , což může vést k samovolnému vypnutí počítačů, když dojde k vybití. Kromě rušivých nepravidelných funkcí mohou elektrostatické výboje způsobit dielektrické poruchy v polovodičových zařízeních, což má za následek nevratné poškození. Datová centra často z těchto důvodů monitorují relativní vlhkost.

Průmysl

Vysoká vlhkost může mít často negativní vliv na kapacitu chemických závodů a rafinerií, které používají pece jako součást určitých procesů (např. Reformování párou, procesy mokré kyseliny sírové). Protože například vlhkost snižuje koncentraci okolního kyslíku (suchý vzduch je typicky 20,9% kyslíku, ale při 100% relativní vlhkosti je vzduch 20,4% kyslíku), musí spalinové ventilátory nasávat vzduch vyšší rychlostí, než by bylo jinak nutné k udržení stejnou rychlost střelby.

Pečení

Vysoká vlhkost v troubě, představovaná zvýšenou teplotou vlhkého teploměru , zvyšuje tepelnou vodivost vzduchu kolem pečiva, což vede k rychlejšímu procesu pečení nebo dokonce ke spálení. Naopak nízká vlhkost zpomaluje proces pečení.

Další důležitá fakta

Relativní vlhkost.png

Při 100% relativní vlhkosti je vzduch nasycený a v rosném bodu : tlak vodní páry by nedovolil ani odpaření blízké kapalné vody, ani kondenzaci k růstu vody v okolí; ani sublimace blízkého ledu, ani depozice k růstu nedalekého ledu.

Relativní vlhkost může překročit 100%, v takovém případě je vzduch přesycený . Tvorba mraků vyžaduje přesycený vzduch. Jádra kondenzace v oblacích snižují úroveň přesycení potřebnou k vytvoření mlhy a mraků - v nepřítomnosti jader, kolem kterých se mohou vytvářet kapičky nebo led, je zapotřebí vyšší úrovně přesycení, aby se tyto kapičky nebo ledové krystaly spontánně vytvořily. Ve Wilsonově oblakové komoře , která se používá v experimentech jaderné fyziky, se v komoře vytvoří stav přesycení a pohybující se subatomární částice fungují jako kondenzační jádra, takže stopy mlhy ukazují dráhy těchto částic.

Pro daný rosný bod a jemu odpovídající absolutní vlhkost se relativní vlhkost mění s teplotou nepřímo, i když nelineárně . Důvodem je, že parciální tlak vody se zvyšuje s teplotou - princip fungování všeho od vysoušeče vlasů po odvlhčovač .

Vzhledem k rostoucímu potenciálu vyššího parciálního tlaku vodní páry při vyšších teplotách vzduchu může obsah vody ve vzduchu na hladině moře dosáhnout až 3% hmotnosti při 30 ° C (86 ° F) ve srovnání s ne více než asi 0,5 % hmotnosti při 0 ° C (32 ° F). To vysvětluje nízké úrovně (při absenci opatření pro přidání vlhkosti) vlhkosti ve vyhřívaných strukturách v zimě, což má za následek suchou pokožku , svědění očí a přetrvávání statických elektrických nábojů. I při nasycení (100% relativní vlhkosti) venku zahřívání infiltrovaného venkovního vzduchu, které přichází dovnitř, zvyšuje jeho vlhkostní kapacitu, což snižuje relativní vlhkost a zvyšuje rychlost odpařování z vlhkých povrchů uvnitř (včetně lidských těl a domácích rostlin).

Podobně v létě ve vlhkém podnebí kondenzuje velké množství kapalné vody ze vzduchu chlazeného v klimatizacích. Teplejší vzduch se ochlazuje pod rosný bod a přebytečná vodní pára kondenzuje. Tento jev je stejný jako ten, který způsobuje, že se na vnější straně šálku obsahujícího ledově studený nápoj vytvoří kapky vody.

Užitečným pravidlem je, že maximální absolutní vlhkost se zdvojnásobí při každém zvýšení teploty o 20 ° F (11 ° C). Relativní vlhkost tedy klesne faktorem 2 za každé zvýšení teploty o 20 ° F (11 ° C) za předpokladu zachování absolutní vlhkosti. Například v rozmezí normálních teplot se vzduch o teplotě 20 ° C a relativní vlhkosti 50% nasytí, pokud se ochladí na 10 ° C, rosný bod a 5 ° C. ° C) vzduch o 80% relativní vlhkosti zahřátý na 68 ° F (20 ° C) bude mít relativní vlhkost pouze 29% a bude se cítit suchý. Pro srovnání, standard tepelné pohody ASHRAE 55 vyžaduje, aby systémy určené k regulaci vlhkosti udržovaly rosný bod 16,8 ° C (62,2 ° F), i když není stanoven spodní limit vlhkosti.

Vodní pára je lehčí plyn než jiné plynné složky vzduchu při stejné teplotě, takže vlhký vzduch bude mít tendenci stoupat přirozenou konvekcí . Toto je mechanismus za bouřkami a dalšími povětrnostními jevy. Relativní vlhkost je často zmiňována v předpovědích počasí a zprávách, protože je indikátorem pravděpodobnosti rosy nebo mlhy. V horkém letním počasí také zvyšuje zjevnou teplotu pro lidi (a jiná zvířata ) tím, že brání odpařování potu z pokožky, jak stoupá relativní vlhkost. Tento účinek se vypočítá jako tepelný index nebo humidex .

Zařízení používané k měření vlhkosti se nazývá vlhkoměr ; jeden používaný k regulaci se nazývá humidistat nebo někdy hygrostat . (Jsou analogické s teploměrem a termostatem pro teplotu.)

Viz také

Reference

Citace

Obecné zdroje

externí odkazy