濕空氣的濕度

濕空氣的濕度

　　濕空氣既然是幹空氣和水蒸氣的混合物，因此，要確定它的狀態除了必須知道空氣的溫度t和壓力Pb外，還必須知道濕空氣的成分，特別是濕空氣中所含水蒸氣的量。濕空氣中水蒸氣的含量通常用濕度來表示，其表示方法有以下三種：

　　絕對濕度

　　每1m3的濕空氣中所含有的水蒸氣的質量稱為濕空氣的絕對濕度。因此，在數值上絕對濕度等於在濕空氣的溫度和水蒸氣的分壓力Pv下水蒸氣的密度ρv值可由水蒸氣表查得，或由下式計算

　　ρv=mv/V=Pv/RvT

　　式中mv為水蒸氣的質量（kg），Rv為水蒸氣的常數。

　　當保持溫度T不變，而使空氣中水蒸氣的含量增加（絕對濕度ρv增加）時，水蒸氣的分壓力Pv也增加。直到與幹飽和水蒸氣線相交於A點，即水蒸氣達飽和而為飽和濕空氣。此時，水蒸氣的含量為最大，ρv=ρn=ρmax

　　相對濕度

　　大氣中水蒸氣的數量，可在0與飽和狀態時的密度ρ”之間變動。絕對濕度隻表示濕空氣中實際水蒸氣含量的多少，而不能說明在該狀態下濕空氣飽和的程度或吸收水蒸氣能力的大小。因此，常用相對濕度來表示濕空氣的潮濕的程度。相對濕度的定義是濕空氣的絕對濕度ρv與同溫度下飽和濕空氣的絕對濕度ρ”之比，用符號Φ表示即可

　　Φ=ρv/ρ”=ρv/ρmax

　　若將濕空氣中的水蒸氣視為理想氣體，則

　　Pv=RvTρv

　　Ps=RvTρ”

　　兩式相除，即得

　　ρv/ρ”=Pv/Ps

　　代入（14-3）得

　　Φ=ρv/ρ”=ρv/ρmax=Pv/Ps

　　式中，ρmax表示在溫度為t時濕空氣中的水蒸氣可能達到的最大分壓力，即Ps。T一定時，Pmax（或Ps）相應有一定的值。

　　上式說明，相對濕度也可用濕空氣中水蒸氣的實際分壓力Pv與溫度下水蒸氣的含量接近飽和的程度，故也稱為飽和度。Φ值愈小，表示濕空氣愈幹燥，吸收水分的能力愈強；反之，Φ值愈大，表示濕空氣愈潮濕，吸收水分的能力愈弱。當Φ等於0時，則為幹空氣；Φ等於一時，則為飽和濕空氣。所以，不論濕空氣的溫度如何，由Φ值的大小可直接看出它的幹濕程度。

　　相對濕度通常用幹濕溫度球計來測量。兩支相同類型的溫度計，其中之一在測溫泡上蒙一浸在水中的濕紗布，成為濕球溫度計。將幹濕球溫度計置於通風處，使空氣連續不斷地流經溫度計，幹球溫度計上的讀數即為空氣的溫度t。濕球溫度計因和濕布直接接觸，其讀數應為水溫。

　　若空氣為飽和濕空氣（即Φ=1），則濕布上的水不會汽化，兩支溫度計上的讀數將相同。若空氣為未飽和濕空氣（即Φ<1），則流經濕布時水會汽化。汽化需要汽化潛熱，水的溫度將因為汽化放熱而下降，水和空氣間就形成溫差。溫差的存在，促使較熱的空氣傳熱給較冷的水。水因汽化而放熱，又因溫差而自空氣吸熱，如放熱量大於吸熱量，水溫勢必繼續下降至某一溫度時，放熱兩量和吸熱量相等，水溫也就不再下降，汽化所需之熱完全來自於空氣。

　　此時濕球溫度計上的讀數稱為濕球溫度，以符號Tw表示。溫度為定值T的空氣，所含水蒸氣愈少（亦即離飽和狀態愈遠），其濕球溫度也就愈低。因為空氣流經濕布時汽化的水分較多，要求更大的溫差以便從空氣吸取更多的熱來滿足汽化的需要。由此可見，Tw和空氣實際所含的水蒸氣的量（或實際的絕對溫度）有關。另外，空氣的最大絕對濕度取決於空氣的溫度T。因而Φ和T及Tw之間應有一定的關係Φ=f（T，Tw）。根據這一關係，在測定了空氣的T及Tw後，即可求的空氣的相對濕度Φ。一般的幹濕球溫度計上都將=f（T，Tw）列成表，可根據T及Tw直接讀出。

　　比濕度（含濕量）

　　物料的幹燥以及冷卻塔中的水的冷卻過程，都是利用空氣來吸收水分。然而，無論濕空氣的狀態如何變化，其中幹空氣的質量總是不變的，而所含的水蒸氣的質量在改變。為了分析和計算方便，常采用幹空氣質量作為計算基準。一定容積的濕空氣中水蒸氣的質量Mv[kg]之比稱為比濕度（或稱含濕量），一符號ω表示，即

　　ω=Mv/Ma=ρv/ρa kg（水蒸氣）/kg（幹空氣）

　　須特別指出，上式以“kg（幹空氣）”為計算基準，它不同於1kg質量的濕空氣，它是將所含水蒸氣的質量ω計算在幹空氣之外，也即在（1+ω ）[kg]水蒸氣。由於以1kg質量幹空氣為基準，這個基準是不隨濕空氣的狀態改變而改變的。所以隻要根據比濕度ω的變化，就可以確定實際過程中濕空氣的幹濕程度。

　　對於水蒸氣和幹空氣，可寫成

　　Pv=RvTρv

　　Pa=RaTρa

　　式中空氣的氣體常數Ra=287J/（kgK）

　　水蒸氣的氣體常數Rv=461.9 J/（kgK）

　　將以上關係式及式（14-1），即Pb=Pa+Pv代入式，可得

　　ω=0.622Pv/（Pb-Pv）=0.622ΦPmax/（Pb-ΦPmax） kg（水蒸氣）/kg（幹空氣）

　　由上式可見，當濕空氣的壓力Pb一定時，濕空氣中的比濕度ω隻取決於水蒸氣的分壓力Pv，即ω=f（Pv）。因此ω和Pv不是互相獨立的參數，不能同時作為兩個獨立參數來確定濕空氣的狀態。要確定濕空氣的狀態，除了給定Pv或（ω）外，還需知道另一個獨立參數，例如T。