濕度理論上聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單——畢竟，它只是對(duì)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(guān)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(yǔ)言介紹幾個(gè)關(guān)鍵濕度參數(shù)，同時(shí)闡述它們?cè)诓煌I(yè)應(yīng)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(cè)量濕度，但并非所有人都了解不同濕度參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)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(cuò)誤，即使是看似微小的錯(cuò)誤，都有可能導(dǎo)致重大工藝影響，例如產(chǎn)品質(zhì)量下降、能源浪費(fèi)或不合規(guī)。

濕度測(cè)量不準(zhǔn)確的后果會(huì)因應(yīng)用場(chǎng)景而異。下面是一些應(yīng)用示例，以及測(cè)量不準(zhǔn)確可能帶來(lái)的問(wèn)題：

·暖通空調(diào)與樓宇自動(dòng)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(shù)、半導(dǎo)體領(lǐng)域）：監(jiān)管不合規(guī)、產(chǎn)品安全風(fēng)險(xiǎn)

·半導(dǎo)體制造：制造良率下降

·電池生產(chǎn)及干燥室：安全風(fēng)險(xiǎn)、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(yīng)了解的關(guān)鍵濕度概念

無(wú)論哪個(gè)行業(yè)，對(duì)濕度水平的誤判都會(huì)導(dǎo)致控制決策失誤，包括過(guò)度干燥、增加能源成本、低估冷凝風(fēng)險(xiǎn)和產(chǎn)品變質(zhì)。那么，如何準(zhǔn)確測(cè)量濕度？下文便是您需要了解的簡(jiǎn)要說(shuō)明。

相對(duì)濕度 (RH)

RH 是常用的濕度單位，但仍常被誤解。RH 主要受溫度影響——“相對(duì)濕度"中的“相對(duì)"就是指的空氣中現(xiàn)有水汽量與當(dāng)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(dāng) RH 達(dá)到 100%，也就是空氣中能容納的最大水分含量時(shí)，如果水分繼續(xù)增加，多余的水分就必須通過(guò)冷凝轉(zhuǎn)化為液態(tài)水或冰。當(dāng)空氣中沒(méi)有水汽時(shí)，無(wú)論溫度如何，RH 都會(huì)是 0%。這是因?yàn)轱柡蜌鈮褐饕軠囟扔绊?，溫度升高，飽和氣壓也?huì)上升。也就是說(shuō)，即使?jié)穸缺３植蛔?，RH 也會(huì)隨著溫度升高而下降。

·真實(shí)環(huán)境中的 RH：室外溫度為 -14 °C，相對(duì)濕度為 60%。當(dāng)進(jìn)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(shí)，正常的通風(fēng)系統(tǒng)都不會(huì)進(jìn)行加濕或除濕。這是因?yàn)榧訜釙r(shí)水汽的飽和氣壓上升，空氣中能容納的最大水汽含量也會(huì)增加。由于水汽分壓未發(fā)生變化，RH 會(huì)降至 5%，這通常意味著空氣過(guò)于干燥，容易引起不適。

·為什么依賴(lài) RH 可能會(huì)導(dǎo)致判斷失誤：RH 主要受溫度影響，即便是細(xì)微的溫度變化也會(huì)導(dǎo)致 RH 大幅波動(dòng)，而濕度實(shí)際上并未改變。這是因?yàn)?RH 反映的是空氣在當(dāng)前溫度下接近飽和的程度，而不是實(shí)際的水分含量。故而，如果將 RH 作為獨(dú)立參數(shù)使用，就會(huì)具有誤導(dǎo)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(méi)有參考價(jià)值，因?yàn)樗邢嚓P(guān)數(shù)值都極低（通常低于 1 %RH），導(dǎo)致分辨率差，無(wú)法準(zhǔn)確區(qū)分壓縮空氣質(zhì)量。

露點(diǎn) (Td) 和霜點(diǎn) (Tf)）

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

當(dāng)露點(diǎn)溫度低于 0 °C 時(shí)，為了更精確地表述，我們會(huì)將其稱(chēng)為霜點(diǎn) (Tf)，此時(shí)水分將以冰的形式沉積，而不再是液態(tài)水。實(shí)踐中，這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)常會(huì)交叉使用，儀表通常會(huì)報(bào)告“露點(diǎn)/霜點(diǎn)"(Td/f) 的合并值。

露點(diǎn)溫度受氣壓影響，氣壓越高，露點(diǎn)溫度越高。在正常大氣條件下，露點(diǎn)溫度不會(huì)超過(guò) 100 °C，因?yàn)樵?100 °C 時(shí)，空氣由水汽組成。要進(jìn)一步增加水分含量，必須相應(yīng)增加水汽密度和氣壓。在半導(dǎo)體工藝等特殊應(yīng)用中，為了提高材料的干燥效果，會(huì)使用真空，此時(shí)露點(diǎn)可以低至 –80 °C，約相當(dāng)于 1 ppm 的水汽。

當(dāng)不同溫度下的飽和水汽壓是已知變量時(shí)，可以根據(jù) RH 和溫度來(lái)計(jì)算露點(diǎn)。相反，如果已知露點(diǎn)和溫度/RH，也可以計(jì)算出缺少的變量。露點(diǎn)是低濕度水平下測(cè)量指標(biāo)。測(cè)量中的不確定性會(huì)傳遞到所計(jì)算出的濕度參數(shù)中。因此，當(dāng)濕度水平非常低時(shí)，直接測(cè)量露點(diǎn)通常更為準(zhǔn)確，因?yàn)橛?RH 和溫度計(jì)算得出的露點(diǎn)可能與精確值相去甚遠(yuǎn)。

真實(shí)環(huán)境中的露點(diǎn)：在潔凈室中，RH 的控制目標(biāo)值為 40 (±2)%，溫度的控制目標(biāo)值為 20 (±1) °C。RH 會(huì)受溫度影響，因此無(wú)法作為理想的控制參數(shù)來(lái)使用——在溫度需要保持穩(wěn)定的情況下，幾乎無(wú)法同時(shí)對(duì)空間進(jìn)行干燥或加濕。解決方法是改用露點(diǎn)溫度作為控制參數(shù)。當(dāng) RH 為 40 %RH、溫度為 20 °C 時(shí)，露點(diǎn)為 6.0 °C。較小的露點(diǎn)控制范圍更易于實(shí)現(xiàn)環(huán)境控制并節(jié)省能源。

為什么在嚴(yán)苛的應(yīng)用中露點(diǎn)/霜點(diǎn)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(méi)有參考價(jià)值——所有數(shù)值都低于 1 %RH，導(dǎo)致分辨率低且無(wú)法有效區(qū)分。Td/f 是標(biāo)準(zhǔn)化、可操作的濕度測(cè)量指標(biāo)，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(rùn)滑劑被沖刷等問(wèn)題。Td/f 也是壓縮空氣標(biāo)準(zhǔn)中引用的指標(biāo)，確保符合規(guī)范。

絕對(duì)濕度 (a)

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

空氣的密度隨壓力而變化，因此絕對(duì)濕度在很大程度上取決于氣壓。在加壓過(guò)程中，必須知道壓力才能根據(jù)其他濕度變量計(jì)算絕對(duì)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(dāng)前溫度所需的能量

。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，焓值并不屬于濕度測(cè)量參數(shù)。不過(guò)，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(huì)對(duì)焓值產(chǎn)生較大的影響。

焓值常用于在供暖、通風(fēng)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(dāng)焓值以英制單位表示時(shí)，其參考點(diǎn)會(huì)有所不同。因此，不同單位計(jì)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?？諝獾拿芏入S壓力而變化，因此混合比也取決于氣體的壓力。在加壓過(guò)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(jì)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(jì)算含水量（例如在通風(fēng)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(huì)影響所有組分氣體的分壓，包括水汽分壓。舉個(gè)例子，如果總氣壓翻一倍，那么所有組分氣體的分壓也會(huì)翻一倍。

在壓縮空氣應(yīng)用場(chǎng)景中，可以通過(guò)增加氣壓來(lái)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?xún)H由溫度決定。隨著接收罐內(nèi)氣壓逐漸升高，當(dāng) pw 達(dá)到 pws 時(shí)，水便會(huì)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(dǎo)致低估冷凝風(fēng)險(xiǎn)。

了解了不同濕度參數(shù)之間的關(guān)系以及它們?nèi)绾坞S溫度和氣壓變化，就能避免可能導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降、能源浪費(fèi)或不合規(guī)等重大工藝影響的小失誤。