衡量濕空氣濕度的熱力學(xué)參數(shù)主要有:濕球溫度、含濕量、絕對濕度、相對濕度、露點(diǎn)溫度等[1][2]。
1)濕球溫度
在理論上,濕球溫度是在定壓絕熱條件下,空氣與水直接接觸達(dá)到穩(wěn)定熱濕平衡時的絕熱飽和溫度,也稱熱力學(xué)濕球溫度。濕球溫度是濕空氣的一個重要狀態(tài)參數(shù),在工程應(yīng)用中常用濕球溫度計(jì)來測量。[2]
圖1 干、濕球溫度計(jì)
在測量濕球溫度時,為確保準(zhǔn)確性,應(yīng)保證濕球溫度計(jì)周圍空氣溫度不小于4m/s。
2)含濕量[1][2]
在含有1kg干空氣的濕空氣中,所混有的水蒸氣質(zhì)量稱為濕空氣的含濕量。
含濕量為濕空氣中水蒸氣與干空氣的質(zhì)量比值,常用單位為kg/kg(a),計(jì)算公式如下:
式中,mv為濕空氣中的水蒸氣質(zhì)量,kg;ma為濕空氣中的干空氣質(zhì)量,kg。
含濕量也可表示成濕空氣中水蒸氣分壓力與干空氣分壓力的函數(shù)關(guān)系式:
式中,d的單位為kg/kg(a);18.015 268/28.966 = 0.621 945;pv為濕空氣中的水蒸氣分壓力,kPa;p為濕空氣的總壓力(即當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ琸Pa。
含濕量還可進(jìn)一步表示如下:
a. 當(dāng)空氣濕球溫度tw高于0℃時:
b. 當(dāng)空氣濕球溫度tw低于0℃時:
式中,tw為濕空氣濕球溫度,℃;t為干球溫度,℃;ds為濕空氣等焓加濕到飽和狀態(tài)時含濕量(簡稱飽和含濕量),kg/kg(a)。
3)絕對濕度和相對濕度[1][2]
每立方米濕空氣中所含有的水蒸氣質(zhì)量,稱為濕空氣的絕對濕度;絕對濕度也就是濕空氣中水蒸氣的密度ρv。
濕空氣的絕對濕度ρv與同溫度下飽和空氣的飽和絕對濕度ρs的比值,稱為相對濕度φ。計(jì)算公式如下:
相對濕度也可表示為濕空氣的水蒸氣分壓力與飽和濕空氣水蒸氣分壓力的比值,如下:
式中,pv為濕空氣的水蒸氣分壓力,kPa;ps為飽和水蒸氣分壓力,kPa。
4)露點(diǎn)溫度[1]
濕空氣的露點(diǎn)溫度計(jì)算公式如下:
a. 濕空氣露點(diǎn)溫度溫度位于0~93℃:
b. 濕空氣露點(diǎn)溫度低于0℃:
式中,td為濕空氣露點(diǎn)溫度,℃;α=lnpv;pv為水蒸氣分壓力,kPa;C14 = 6.54;C15 = 14.526;C16 = 0.7389;C17 = 0.09486;C18 = 0.4569。
5)含濕量與露點(diǎn)溫度關(guān)系式
有些氣象數(shù)據(jù)庫未提供室外空氣的含濕量值,只提供了干球溫度和露點(diǎn)溫度;因此,無法直接使用2)中的公式計(jì)算空氣含濕量。下面提供一個經(jīng)驗(yàn)公式,可直接由空氣露點(diǎn)溫度計(jì)算得到含濕量值:[3]
式中:d——含濕量,g/kg(a);td——露點(diǎn)溫度,℃。
以上公式在干球溫度-15℃~ 40 ℃之間的計(jì)算誤差小于2.1 %,比較適用于室外空氣參數(shù)計(jì)算。
參考資料:
[1] ASHRAE. 2013 ASHRAE Handbook Fundamentals SI Edition [M].
[2] 廉樂明, 譚羽非, 吳家正. 工程熱力學(xué)(第五版)[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2007.
[3] 林忠平. 不同地域特色村鎮(zhèn)住宅生物質(zhì)能利用技術(shù)與節(jié)能評價方法[M]. 中國建筑工業(yè)出版社, 2012.