水氣的多面性（相對濕度、露點、混合比）

　水在不同狀態下有不同的名稱。它也可以通過多種方式進行測量并用不同術語來描述。本應用說明解釋了空氣中水氣的行為，并闡明了用于描述水氣的術語。

　　人們常說，心愛的孩子有很多名字。這也適用于水（包括氣態水），水是我們星球上所有生命的起源。我們大多數人都聽說過相對濕度和露點溫度，但還有許多其他方法可以測量水的存在。水氣分壓、絕對濕度、霜點、混合比、濕球溫度甚至焓值都描述了氣體的濕度。

　　當使用術語“濕度"時，我們通常指的是氣體（通常是空氣）中的水氣。另一方面，水分用于液體和固體材料。當水氣被視為雜質時，術語“水分"也適用于其干燥的氣體。

　　氣體混合物的屬性：

　　充分了解濕度和水分的各個術語需要掌握一定的氣體混合物屬性基本知識。在氣體混合物（例如空氣）中，氣體的總壓力（與大氣壓相同）是其氣體成分的所有單獨壓力的總和。大氣壓通常為1000 hPa左右，是氮氣（約775 hPa）、氧氣（約205 hPa）、水氣（約10 hPa）、氬氣（約10 hPa）和二氧化碳（約0.4 hPa）以及許多其他具有較低分壓的氣體的分壓總和。在分子數相同時，所有氣體都產生相同的壓力和體積，所以分壓也代表了各種氣體的體積比例。在此基礎上，干燥空氣總體積的21%是氧氣，通常大約1%是氬氣。

　　水氣壓pw[hPa、PSI、Pa、mbar、mmHg、inHg、mmH2O或inH2O]

　　氣溫決定了空氣中的大水氣分壓，即飽和水氣壓力。水以氣態形式存在的能力在很大程度上取決于其溫度。溫度越高，水氣分壓就越高。直接存在液態水時的水氣分壓等于該特定溫度下的飽和壓力。在水的沸點100°C時，水氣壓超過正常大氣壓。從這個角度來看，液體的沸點不僅取決于液體的物理性質，還取決于周圍的大氣壓。如果一位登山者在珠穆朗瑪峰頂給自己泡一杯茶，那味道可能會有些不盡人意。海拔高度8800米處的大氣壓只有海平面壓力的三分之一左右，因此茶水的沸點會遠低于70°C。

　　相對濕度RH[%]：

　　相對濕度是濕度單位。不過，理解其含義的人“相對"很少。相對濕度中的“相對"表示的是現有水氣量與該溫度下實際可能達到的大量之間的比例。換言之，以百分比表示的相對濕度是相對于飽和壓力的水氣分壓。

　　%RH=100%*(Pw/Pws）

　　其中：Pw=水氣分壓

　　Pws=水氣的飽和壓力

　　如果已達到大水氣量并且更多的水被引入空氣中，那么這些多余的水必然會通過冷凝作用轉換回液體或固體形式。此時，空氣被稱為水飽和，相對濕度為100%。當空氣中沒有水氣時，無論溫度如何，相對濕度都是0%。換言之，相對濕度始終介于0到100%之間。

　　如上所述，空氣容納水氣的能力很大程度上取決于溫度。當然，這意味著相對濕度也在很大程度上取決于溫度。假設在一個清爽的冬日，室外溫度為-14°C，相對濕度為60%。當室外空氣進入建筑物時，它會被加熱到+21°C，但水量保持不變—在正常的通風系統中，沒有水被移除或添加到空氣中。由于這種加熱，水氣的飽和壓力上升（即空氣中可能水氣量），但水氣的分壓不變。在這種情況下，相對濕度將下降到5%，此時通常認為空氣過于干燥，會讓人感到不舒服。

　　溫度變化也解釋了為什么我們有時可以在室外“看到我們的呼吸"。想想當我們在一個溫度為+7°C、相對濕度為80%的涼爽春天的清晨站在室外時會發生什么。當我們呼出大約+32°C和90%RH的空氣時，它會迅速冷卻，達到+30°C左右時的飽和點。隨著冷卻的繼續，多余的水氣會凝結成微小水滴，這就是我們看到的蒸汽或薄霧。

　　露點溫度Td[°C]：

　　這引出了另一個廣泛使用的濕度單位：露點溫度(°C)。露點是冷凝開始時的溫度，或是空氣冷卻情況下相對濕度為100%時的溫度。露點只是表示水氣分壓的一種更易于理解的方式，盡管露點表示為溫度，但它與空氣中的水氣量相關，因此與環境溫度無關。露點溫度始終低于或等于實際溫度，正常室外空氣的溫度為-30°C和+30°C。在工業環境中可以找到更干燥和更濕潤的氣體，有時會測量到-100°C和+100°C之間的露點。理論上，露點溫度可低至–273°C（絕對零度），但在正常大氣壓下，它永遠不會超過100°C。當露點為100°C時，空氣中只含有水氣而不含其他氣體，因此在不提高壓力及水氣密度的情況下無法增加水量。

　　不同溫度下的飽和水氣壓力是一個已知變量，因此可以根據相對濕度和溫度計算出露點。相反，如果已知露點和溫度或相對濕度，則可以計算出缺少的變量。

　　一杯啤酒或任何冷飲提供了露點的實例。由于與空氣相比，玻璃的導熱性相當好，因此它會冷卻到與飲料幾乎相同的溫度。

　　玻璃杯周圍的空氣隨后冷卻，形成與玻璃杯幾乎相同溫度的一層薄薄的空氣。如果飲料的溫度低于周圍空氣的露點溫度，玻璃杯周圍的空氣將會水飽和，多余的水會凝結在玻璃杯表面。這些小水滴稱為露。

　　如果飲料的溫度高于空氣的露點溫度，玻璃杯周圍空氣的相對濕度將高于環境濕度，但不會發生可見的冷凝。

　　霜點Tf[°C]：

　　如果露點溫度低于冰點，有時會使用術語“霜點"。冰的飽和水氣壓力略低于水，在計算霜點時須考慮到這一點。當物體表面上實際形成霜時，這一現象始終是在霜點而不是露點溫度下發生的。

　　絕對濕度a[g/m3]：

　　絕對濕度是指一定體積的氣體中水的重量。例如，在一個典型的夏日（+23°，55%RH），每立方米空氣中有11.3克水氣。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，須知道壓力才能根據其他濕度變量計算絕對濕度。由于絕對濕度能夠提供現存水量的可靠信息，因此得到了非常廣泛的使用。

　　混合比x[g/kg]：

　　混合比定義了一千克干燥氣體所占體積中水的重量。換言之，須將9.6克水蒸發到1千克空氣中才能獲得與上一節所述相同的夏季空氣。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，須知道壓力才能根據其他濕度變量計算混合比。混合比主要用于在知道空氣的質量流量時（例如在通風系統中）計算水含量。

　　濕球溫度Tw[°C]：

　　當水蒸發時，它會消耗熱量。這種冷卻效果取決于環境溫度以及環境空氣的水氣壓力與該溫度下的飽和壓力之間的差值。因此，可以通過測量冷卻效果來確定環境相對濕度。冷卻效果用干濕計測量，該儀器帶有兩個溫度計，其中一個用濕布覆蓋。此溫度計的讀數稱為濕球溫度。還可以根據溫度、壓力和相對濕度計算濕球溫度。

　　焓值h[kJ/kg]：

　　焓值是表示氣體能量含量的單位。嚴格來說，不應該將其包括在這篇有關濕度單位的文章中。但由于水氣具有非常高的比熱容，并且能以各種不同的濃度存在于空氣中，因此它對焓值有非常大的影響。

　　焓值表示使0°C溫度的干燥氣體產生流動所需的能量。蒸發水和提高濕氣溫度的過程會消耗能量。焓值于在空調和其他系統中比較氣體的熱含量。

　　水活度aw：

　　水活度可定義為材料中的可用游離水分，而不是化學結合的水分。簡單來說，水活度是材料樣本在密封空氣空間中產生的平衡相對濕度。水活度用于油中含水率測量。它可直接指示是否有形成游離水的風險。相對標度從0（無水）到1（油中水飽和），此測量可以可靠地指示油與飽和點的接近程度。aw的優點是測量不受油類型、使用年限和溫度的影響。

　　可用作計算變量：

　　維薩拉有多種測量相對濕度、溫度和露點的產品可供選擇。某些產品還具有內置計算選件，可輸出本文中提到的其他濕度變量。例如，維薩拉HUMICAP®溫濕度變送器系列HMT330提供靈活的濕度測量。除了標準的相對濕度和溫度外，HMT330還可以輸出露點溫度、混合比、絕對濕度、濕球溫度、焓值和水氣壓，具體取決于型號。