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　　Vuokko Lantz

　　產(chǎn)品經(jīng)理

　　Vaisala

　　工業(yè)制造和工藝      工業(yè)測量

　　濕度理論上聽起來很簡單——畢竟，它只是對空氣中水汽含量的度量。然而，并非所有人都了解不同濕度參數(shù)之間的關系，或者濕度如何隨溫度和氣壓變化。本文旨在以通俗化的語言介紹幾個關鍵濕度參數(shù)，同時闡述它們在不同工業(yè)應用中的重要作用。

　　為什么了解濕度很重要？

　　大多數(shù)工程師都能測量濕度，但并非所有人都了解不同濕度參數(shù)之間的相關關系，以及這些參數(shù)如何隨溫度和氣壓變化。如果在這些方面犯錯誤，即使是看似微小的錯誤，都有可能導致重大工藝影響，例如產(chǎn)品質(zhì)量下降、能源浪費或不合規(guī)。

　　濕度測量不準確的后果會因應用場景而異。下面是一些應用示例，以及測量不準確可能帶來的問題：

　　•暖通空調(diào)與樓宇自動化：舒適度降低、室內(nèi)空氣質(zhì)量下降、能效降低

　　•潔凈室（醫(yī)藥、生物技術、半導體領域）：監(jiān)管不合規(guī)、產(chǎn)品安全風險

　　•半導體制造：制造良率下降

　　•電池生產(chǎn)及干燥室：安全風險、性能下降、制造良率降低

　　•食品和飲料：產(chǎn)品一致性差、污染

　　•壓縮空氣系統(tǒng)：冷凝和腐蝕

　　每位工程師都應了解的關鍵濕度概念

　　無論哪個行業(yè)，對濕度水平的誤判都會導致控制決策失誤，包括過度干燥、增加能源成本、低估冷凝風險和產(chǎn)品變質(zhì)。那么，如何準確測量濕度？下文便是您需要了解的簡要說明。

　　相對濕度 (RH)

　　RH 是最常用的濕度單位，但仍常被誤解。RH 主要受溫度影響——“相對濕度”中的“相對”就是指的空氣中現(xiàn)有水汽量與當前溫度下空氣所能容納的最大水汽量的比例。RH 以百分比表示，即水汽分壓與飽和壓力的比值。

　

　　pw = 水汽分壓

　　pws = 飽和水汽壓

　　當 RH 達到 100%，也就是空氣中能容納的最大水分含量時，如果水分繼續(xù)增加，多余的水分就必須通過冷凝轉(zhuǎn)化為液態(tài)水或冰。當空氣中沒有水汽時，無論溫度如何，RH 都會是 0%。這是因為飽和氣壓主要受溫度影響，溫度升高，飽和氣壓也會上升。也就是說，即使?jié)穸缺３植蛔儯琑H 也會隨著溫度升高而下降。

　　•真實環(huán)境中的 RH：室外溫度為 -14 °C，相對濕度為 60%。當進入辦公樓的空氣被加熱至 +21 °C，但空氣中的水分含量保持不變時，正常的通風系統(tǒng)都不會進行加濕或除濕。這是因為加熱時水汽的飽和氣壓上升，空氣中能容納的最大水汽含量也會增加。由于水汽分壓未發(fā)生變化，RH 會降至 5%，這通常意味著空氣過于干燥，容易引起不適。

　　•為什么依賴 RH 可能會導致判斷失誤：RH 主要受溫度影響，即便是細微的溫度變化也會導致 RH 大幅波動，而濕度實際上并未改變。這是因為 RH 反映的是空氣在當前溫度下接近飽和的程度，而不是實際的水分含量。故而，如果將 RH 作為獨立參數(shù)使用，就會具有誤導性。在極其干燥的加壓環(huán)境中（如壓縮空氣系統(tǒng)中），RH 幾乎沒有參考價值，因為所有相關數(shù)值都極低（通常低于 1 %RH），導致分辨率差，無法準確區(qū)分壓縮空氣質(zhì)量。

　　露點 (Td) 和霜點 (Tf)）

　　露點溫度是僅次于相對濕度的常用濕度參數(shù)。簡而言之，露點溫度就是必須將空氣冷卻到水汽飽和狀態(tài)時的溫度。在這一節(jié)點上，多余的水分會開始冷凝。不同于 RH 的是，露點溫度不受環(huán)境溫度影響，而是與空氣中的水分含量相關，并且總是低于或等于實際溫度。

　　當露點溫度低于 0 °C 時，為了更精確地表述，我們會將其稱為霜點 (Tf)，此時水分將以冰的形式沉積，而不再是液態(tài)水。實踐中，這兩個術語常會交叉使用，儀表通常會報告“露點/霜點”(Td/f) 的合并值。

　　露點溫度受氣壓影響，氣壓越高，露點溫度越高。在正常大氣條件下，露點溫度不會超過 100 °C，因為在 100 °C 時，空氣將完全由水汽組成。要進一步增加水分含量，必須相應增加水汽密度和氣壓。在半導體工藝等特殊應用中，為了提高材料的干燥效果，會使用真空，此時露點可以低至 –80 °C，約相當于 1 ppm 的水汽。

　　當不同溫度下的飽和水汽壓是已知變量時，可以根據(jù) RH 和溫度來計算露點。相反，如果已知露點和溫度/RH，也可以計算出缺少的變量。露點是低濕度水平下最可靠的測量指標。測量中的不確定性會傳遞到所計算出的濕度參數(shù)中。因此，當濕度水平非常低時，直接測量露點通常更為準確，因為由 RH 和溫度計算得出的露點可能與精確值相去甚遠。

　　露點與霜點飽和曲線（隨溫度變化）

　　真實環(huán)境中的露點：在潔凈室中，RH 的控制目標值為 40 (±2)%，溫度的控制目標值為 20 (±1) °C。RH 會受溫度影響，因此無法作為理想的控制參數(shù)來使用——在溫度需要保持穩(wěn)定的情況下，幾乎無法同時對空間進行干燥或加濕。解決方法是改用露點溫度作為控制參數(shù)。當 RH 為 40 %RH、溫度為 20 °C 時，露點為 6.0 °C。較小的露點控制范圍更易于實現(xiàn)環(huán)境控制并節(jié)省能源。

　　•為什么在嚴苛的應用中露點/霜點優(yōu)于 RH：在極其干燥的加壓環(huán)境中（如壓縮空氣系統(tǒng)中），RH 幾乎沒有參考價值——所有數(shù)值都低于 1 %RH，導致分辨率低且無法有效區(qū)分。Td/f 是標準化、可操作的濕度測量指標，并能直接指示在系統(tǒng)壓力下發(fā)生冷凝（或結(jié)冰）的溫度，從而有效防止氣壓管道結(jié)冰、水錘現(xiàn)象、墊片故障以及潤滑劑被沖刷等問題。Td/f 也是壓縮空氣標準中引用的指標，確保符合規(guī)范。

　

　　Vaisala Humidity Calculator

　　絕對濕度 (a)

　　絕對濕度表示每立方米空氣中所含的水汽克數(shù)。絕對濕度能夠可靠地測量水分含量，因此廣泛用于干燥或過程控制等注重實際水分質(zhì)量而非飽和度的應用場景。

　　空氣的密度隨壓力而變化，因此絕對濕度在很大程度上取決于氣壓。在加壓過程中，必須知道壓力才能根據(jù)其他濕度變量計算絕對濕度。

　　焓值 (h)

　　焓值是濕空氣相較于參考態(tài)的總能量含量。它表示將干空氣從 0°C 加熱到當前溫度所需的能量

　　。嚴格來說，焓值并不屬于濕度測量參數(shù)。不過，由于水汽具有很高的比熱容，并且能夠以各種不同的濃度存在于空氣中，這會對焓值產(chǎn)生較大的影響。

　　焓值最常用于在供暖、通風和暖通空調(diào) (HVAC) 系統(tǒng)中比較氣體的熱含量。需要注意的是，當焓值以英制單位表示時，其參考點會有所不同。因此，不同單位計算的焓值不可比較。

　　混合比 (x)

　　混合比定義的是 1 千克干燥氣體的體積中水汽所占的質(zhì)量。空氣的密度隨壓力而變化，因此混合比也取決于氣體的壓力。在加壓過程中，必須在氣壓值已知的情況下才能根據(jù)其他濕度變量計算混合比。

　　混合比主要用于在已知空氣質(zhì)量流量的情況下計算含水量（例如在通風系統(tǒng)中）。

　　氣壓影響

　　根據(jù)道爾頓定律，氣體總氣壓的變化必然會影響所有組分氣體的分壓，包括水汽分壓。舉個例子，如果總氣壓翻一倍，那么所有組分氣體的分壓也會翻一倍。

　　在壓縮空氣應用場景中，可以通過增加氣壓來去除空氣中的水分。這其中的原理是水汽分壓（pw）增加，而飽和氣壓仍僅由溫度決定。隨著接收罐內(nèi)氣壓逐漸升高，當 pw 達到 pws 時，水便會凝結(jié)成液體，最終需要從罐中排出。忽視加壓系統(tǒng)中的氣壓可能導致低估冷凝風險。

　　了解了不同濕度參數(shù)之間的關系以及它們?nèi)绾坞S溫度和氣壓變化，就能避免可能導致產(chǎn)品質(zhì)量下降、能源浪費或不合規(guī)等重大工藝影響的小失誤。在本系列的第 2 部分，您將了解濕度在真實條件下的特性，以及如何為您的應用選擇合適的濕度測量儀器。您也可以訪問我們的網(wǎng)站，了解更多濕度相關知識。

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