что такое температура мокрого термометра

Температура точки росы. Температура мокрого термометра

Пользуясь диаграммой, можно получить еще два очень важных параметра тепловлажностного состояния воздуха: температуру точки росы воздуха и температуру мокрого термометра .

Температурой точки росы называется та температура, до которой надо охладить ненасыщенный воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении постоянного влагосодержания.

Для получения этой температуры нужно на диаграмме от точки, соответствующей данному состоянию воздуха, опустится по линии до пересечения с линией . Проходящая через точку пересечения линия будет соответствовать значению .

Температура мокрого термометра – это такая температура, которую принимает влажный воздух при достижении насыщенного состояния и сохранении постоянной энтальпии воздуха, равной начальной, т. е. это предельная температура адиабатического охлаждения.

Определение воздухообменов с помощью i-d- диаграммы

Если необходимо определить воздухообмен в помещении, необходимый для ассимиляции тепло- и влагоизбытков, сделать это можно с помощью диаграммы, построив на ней луч процесса в помещении и определив параметры приточного и удаляемого воздуха.

Воздух в помещении поглощает одновременно теплоту и влагу, т.е. нагревается и увлажняется), >0.

Количество воздуха, необходимое для ассимиляции теплоизбытков G_Q, кг/ч, определяется по формуле

или ,

где Q_изб – количество избыточной теплоты, Вт;

с – удельная массовая теплоемкость воздуха, кДж/ (кг 0 С);

Количество воздуха, необходимое для ассимиляции влаги, поступающей в помещение, определяется по формуле

,

где W – количество поступающей в помещение влаги, кг/ч.

Источник

Что такое «мокрый термометр», и почему он представляет угрозу для нас

Жить возле моря — это мечта очень многих людей. Просто представьте, иметь возможность выйти погулять к морю, чтобы затем поплавать в нем. Что может быть лучше? Однако практика показывает, что мы совершенно напрасно превозносим этот вид отдыха, а также и вовсе поклоняемся жаре, ведь именно летом в нас больше всего сил для разных свершений. Зимой же человек далеко не всегда бывает полноценно активен. Но лето так же опасно, как и зимнее время. В частности, существует такая ситуация, когда мы просто не способны выдерживать его условия. И называется она «мокрый термометр».

Что это такое

У всего в этом мире есть свои лимиты, переход за которые будет означать что-то по-настоящему ужасное для человека, животного или растения. И хотя часто условия для нас подходят, иногда возникают ситуации «мокрого термометра», которые мы не способны пережить ни в каком виде. И заключаются они в следующем. Температура поднимается до определенных границ, около 31,1 градуса по Цельсию, а относительная влажность воздуха растет даже больше 95%. И наше тело совершенно к этим условиям не приспособлено.

Мы уже рассказывали, что влажность важна для разных видов, от нее по ночам растения быстрее растут. Однако и вы могли замечать за собой, что гораздо проще переносить жару или холод, если условия климата сухие. Даже высокая температура ощущается гораздо более легкой. Во всяком случае, создается такое впечатление. Зато когда влажность большая, это создает критическую ситуацию.

В рамках исследования ученые анализировали данные с 1979 года по 2017-й и насчитали более 7000 случаев, когда создавались условия для мокрого термометра, что приводило к смерти людей. Происходит это за счет того, что при подобной влажности наше потоотделение перестает работать, и уже 35 градусов не может выдержать ни один человек. Это невозможно чисто физически, даже если вы совершенно здоровы или сидите в тени. Таковы законы термодинамики.

Почему это важно для нас

Данное знание особенно актуально в наше время, когда климат активно претерпевает изменения. Так как тропики смещают свою полосу, есть вероятность того, что скоро нам придется особенно непросто, а ситуаций, когда нам придется сталкиваться с «мокрым термометром» станет значительно больше. Этого всерьез стоит опасаться, ведь надежного средства против этого у нас нет.

Как вариант, можно пытаться конденсировать эту воду, решая и проблему ее дефицита. Но пока таких технологий у нас нет, остается только предполагать, что именно мы будем использовать в этой борьбе. Возможно, что в результате мы придем к какому-то общему решению, которое нас всех устроит. Однако на данный момент нам остается только избегать подобных ситуаций. Ведь столкнувшись с этим явлением, живым можно и не выйти.

Напомним, что мы уже делились одной причиной, почему не стоит селиться возле Черного моря и чем оно опасно.

Источник

Проектирование бань | Totalarch

Вы здесь

Понятие влажного термометра

Оценить климатическую обстановку нам поможет простейший прибор — обычный стеклянный капиллярный термометр. Поместим термометр в баню с температурой 40°С. Показание термометра составит, естественно, 40°С. Примем, что этот термометр имитирует тело человека.

Теперь смочим резервуар термометра водой с температурой 40°С. Казалось бы, ничего не должно случиться. Но к нашему удивлению показания термометра начнут снижаться. Значит и мокрое тело человека должно охлаждаться. Действительно, если вы разденетесь в натопленной жилой комнате, то холода вы не почувствуете. Но стоит только смочить кожу водой (даже тёплой), вы наверняка тотчас отчётливо почувствуете охлаждение смоченного участка тела. Этот факт является определяющим для правильного понимания климатических особенностей бань — в банях должно быть тепло не только с сухой, но и с мокрой кожей.

Таким образом, смачивая резервуар капиллярного термометра водой и снимая его показания, мы можем получить сведения о характере ощущений при смачивании кожи человека водой. Показания же сухого термометра характеризуют ощущения сухого человека.

Рис. 18. Принцип устройства психрометра. 1 — капиллярный термометр (сухой), 2 — капиллярный термометр (влажный), 3 — резервуар термометра, 4 — фитиль из батиста, 5 — сосуд с водой, 6 — экраны для защиты от лучистого нагрева.

Термометр со смоченным резервуаром уже давно с успехом используется в метеорологии и называется влажным (смоченным) термометром. Он конструктивно представляет собой обычный термометр, резервуар которого обмотан ватным тампоном (хлопчатобумажным фитилём), смоченным водой (рис. 18). Влажный термометр показывает, к какой температуре будет стремиться мокрое (влажное, смоченное, вспотевшее) тело человека в бане. Сухой термометр показывает истинную температуру воздуха в бане.

Рис. 19. Зависимость показаний влажного (смоченного) термометра от относительной влажности воздуха (психрометрическая кривая) при температуре Тс = 40°С.

На рисунке 19 приведена широко известная в метеорологии так называемая психрометрическая кривая, рассчитанная для температуры воздуха 40°С по сухому термометру. Видно, что чем ниже относительная влажность воздуха (измеряемая гигрометром), тем ниже показания влажного термометра, тем более прохладно чувствует себя человек при одной и той же температуре воздуха.

Причина этого давно известна. Если на поверхности любого (живого или неживого) тела имеется вода (влага), то она, испаряясь, приводит к охлаждению предмета. Это охлаждение вызвано тем, что испарение воды требует больших затрат тепла 539 кал/г (2250 кДж/кг), называемых скрытой теплотой испарения. Но если испарение воды с поверхности предмета невозможно (например, если воды на предмете вообще нет или эта вода находится под слоем жира (масла, сала) или если относительная влажность изотермического с предметом воздуха равна 100%, и воздух просто физически не может больше принять в себя воду), то и охлаждение предмета не происходит. То есть человек своими органами чувств (кожными терморецепторами) способен правильно оценить температуру воздуха лишь тогда, когда его кожа сухая и/или засалена и/или когда воздух не способен принять испаряющийся пот (влагу), и в силу этого испарение невозможно. Так и термометр показывает истинную температуру воздуха лишь в двух случаях: либо если он сухой, либо если воздух до предела насыщен водой и имеет поэтому относительную влажность 100% (рис. 19).

О чём говорит любителю бани психрометрическая кривая? Предположим, вы входите сухим в турецкую баню, нагретую до температуры 40°С. При этом под турецкой баней будем понимать замкнутый сосуд (каменный, деревянный, металлический, пластиковый), дно, стенки и крышка которого всюду нагреты до одной и той же температуры, в данном случае до 40°С. Воздух, естественно, тоже нагрет до 40°С. Поскольку у вас кожа сухая, вы начинаете нагреваться до 40°С (как и сухой термометр). Становится жарко. Протираете себя мокрой, нагретой до 40°С тряпкой и неожиданно отчётливо чувствуете, что баня, только что бывшая тёплой, становится неимоверно холодной. Смотрите на гигрометр — он показывает относительную влажность 50%. Ну что ж, ясно, ведь согласно психрометрической кривой ваше мокрое (смоченное, влажное) тело стремится к температуре 30°С. Значит надо повышать температуру, чтобы не закоченеть. Но есть и другой путь. Плеснём воду на пол турецкой бани. Вода начинает испаряться, влажность воздуха повышается и при достижении относительной влажности воздуха 94% ваше влажное тело нагревается до 39°С, а при достижении относительной влажности воздуха 100% — до 40°С. Вновь становится жарко, хотя температура по показаниям сухого термометра как была равна 40°С, так и осталась.

Так что же, достаточна ли температура 40°С для бани? Почему то жарко, то холодно? Ответ ясен — говорить о температуре бани без указания влажности воздуха бессмысленно точно так же, как в обычной метеорологии. Если вы приземляетесь в Гаване, и вам говорят, что температура воздуха за бортом 40°С при влажности 90%, то значит вам придётся выходить в душное пекло. Но если вы приземляетесь в Ашхабаде, и вам говорят, что за бортом 40°С при влажности 10%, то вы можете даже не снимать пиджак, а на ветерке в тени даже почувствовать «прохладу». Важным фактором является состояние кожи — с сухой кожей вам в сухом горячем воздухе может стать жарко, а вот с мокрой кожей может стать даже холодно. Отметим, что в дальнейшем, говоря о мокрой коже, мы будем иметь в виду специально (искусственно) намоченную водой кожу. Так что для правильных заключений о банной метеообстановке человек должен быть обязательно в неразгорячённом состоянии и должен сопоставить свои ощущения как при сухой, так и при специально намоченной водой (а не просто потной) коже. Это объясняется тем, что пот обычно хуже испаряется (чем обычная вода на коже), поскольку при малых содержаниях пот находится в порах кожи, а при больших содержаниях (в виде капель на коже) пот может быть покрыт маслянистой плёнкой, и, кроме того, содержать много солей, повышающих температуру кипения воды. К тому же потный человек неминуемо находится в разгорячённом состоянии, при котором субъективные оценки тепла и холода условны.

Рис. 20. термодинамическая I — d — диаграмма влажного воздуха, рассчитанная для нормального барометрического давления р=1 атм. По вертикальной оси температура воздуха Тс (в градусах Цельсия по сухому термометру). По горизональной оси — абсолютная влажность воздуха d (количество водяных паров в килограммах на один кубический метр воздуха). Кривые — зависимости d от Тс для разных значений относительной влажности воздуха ф в процентах. Прямые — линии постоянства энтальпии (теплосодержания) влажного воздуха I = const для значений 40, 80 и 120кДж/кг. Порядок определения показания влажного термометра Тв: из точки с определёнными Тс и d проводим наклонную стрелу вдоль линии I = const до пересечения с кривой, соответствующей φ = 100%; считываем показание Тв, соответствующее точке пересечения. Порядок определения точки росы Тр: из точки с определёнными Тс и d проводим вертикальную стрелу вдоль линии d = const до пересечения с кривой, соответствующей φ =100%; считываем показание Тр, соответствующее точке пересечения.

В метеорологии понятие влажного термометра считается основополагающим. Совокупность показаний сухого и влажного термометров, составляющих психрометр (рис. 18), однозначно определяет относительную влажность. Относительная влажность может быть измерена независимо прибором гигрометром, а затем по показаниям сухого термометра и гигрометра может быть рассчитано значение показания влажного термометра. Для специалистов напомним для справки универсальную диаграмму влажного воздуха (рис. 20), детальный вид которой можно найти в любой книге по климатологии. Из этой диаграммы, зная любые два значения из шести показателей (температура сухого термометра Тс, температура влажного термометра Тв, температура точки росы Тр, относительная влажность φ, абсолютная влажность d, энтальпия воздуха I), можно определить и остальные.

Рис. 21. Диаграммы для определения эквивалентно-эффективной (кажущейся) температуры воздуха Тэ по показаниям сухого Тс и влажного Тв термометров при различных скоростях движения воздуха V: а — для одетого человека, б — для раздетого человека. Для определения Тэ находим на осях значения показаний сухого и влажного термометров, соединяем их прямой, на пересечении прямой с кривой, соответствующей действующему значению скорости ветра, считываем значение Тэ. Зона комфорта Тэ = 17-22°С. А — внедомовая зона, Б — бытовая зона, В — банная зона.

Совершенно ясно, что не только относительная влажность воздуха влияет на показания влажного термометра. Например, если обдувать сухим воздухом влажный термометр, то скорость испарения увеличится, и показания термометра ещё более снизятся. Поэтому в климатологии (являющейся теоретической базой физиотерапии в медицине и кондиционирования воздуха в строительстве) учитываются факторы движения воздуха. На рис. 21 приведены зависимости кажущейся («эквивалентно-эффективной») температуры воздуха от влажности и скорости движения воздуха (А.В. Яковенко, Вопросы курортологии, № 4, 1969 г., стр. 356-363). Отметим, что эти зависимости объясняют инверсию ощущений человека при низких температурах в зоне А, когда сухой воздух ощущается как более «тёплый». Нас же интересует высокотемпературная зона В, отвечающая банным условиям, и также имеющая инверсию, о которой и пойдёт речь в следующих разделах.

Рис. 22. Значения радиационно-эффективной температуры ТRэ при различных температурах неподвижного воздуха Тс и различных средних значениях температуры поверхности сложным образом, то есть и нагревом термометра лучистым потоком, и охлаждением его за счёт испарения воды с поверхности резервуара, в том числе и с учётом движения воздуха.

Также ясно, что если термометр находится в зоне лучистых потоков, то его показания увеличиваются. Всем известно, что показания термометра «на солнце» выше, чем в «тени». В быту поэтому говорят, что температура воздуха «на солнце» больше, чем в «тени». Это, конечно, не правильно. Температура воздуха «на солнце» не может заметно отличаться от температуры воздуха в «тени» вследствие наличия движения воздушных масс (под действием конвекции, ветра). За счёт лучистых потоков нагревается не воздух, а корпус термометра, в том числе и резервуар расширяющейся жидкости. Так что, как и прежде, термометр измеряет не температуру воздуха, а температуру самого себя. При этом, чем «черней» корпус термометра, тем выше его показания, поскольку чёрные предметы сильней поглощают тепловое излучение (то есть меньше отражают), а потому и сильней нагреваются. Тепловое излучение исходит от окружающих нагретых поверхностей, интенсивность этого излучения быстро увеличивается с ростом температуры излучающих поверхностей. На рис. 22 приведена характерная качественная зависимость показаний сухого термометра (так называемой «радиационно-эффективной» температуры), используемая во многих книгах по климатологии (см., например, В.И. Полушкин и др., Отопление, вентиляция и кондиционирование, СПб.: Профессия, 2001 г.). Таким образом, банные климатические условия в принципе могут быть получены при низких температурах воздуха, но высоких температурах стен. Однако и в этом случае ощущения человека с мокрой кожей характеризуются показаниями влажного термометра, которые формируются

Отметим, что в популярной литературе встречаются ошибочные мнения, что увлажнение воздуха в банях приводит к существенному повышению теплоёмкости и теплопроводности воздуха, и именно поэтому тепловой поток на тело человека при поддачах в бане возрастает. На самом деле теплоёмкости и теплопроводности воздуха и водяных паров (как газов без учёта явлений конденсации пара) близки:

Ясно, что при удельном массовом содержании водяных паров в воздухе на уровне 5% (эта цифра отвечает хомотермальной влажности воздуха 0,05 кг/м³), свойства влажного воздуха будут практически неотличимы от свойств сухого. Так что, главным фактором в тепловом балансе человека в бане являются потери на испарение воды с кожи. В то же время неверны и «медицинские» заключения, что на испарение воды с кожи человек тратит так много тепла, что «теряет калории» и худеет, «сжигая» жировые запасы. В действительности же, мокрый человек, как и мокрый термометр, вовсе не «сжигает» жир и не тратит калорий. Это вода на коже испаряется и вследствие чего охлаждается, а охлаждённая вода охлаждает и кожу. Так что человек может терять вес лишь за счёт выделения пота, причём сам процесс выделения пота практически не требует затрат калорий. Действительно, сколько ни смачивай кожу водой, жировые запасы в организме не снизятся (разве что человеку станет холодно и он ознобом начнёт тратить калории на судорожные сокращения мышц).

Источник: Теория бань. Хошев Ю.М. 2006

Источник

Даже приспособленные к жаре люди не могут заниматься обычными видами деятельности на открытом воздухе при температуре выше 32 ° C (90 ° F) по влажному термометру, что эквивалентно тепловому индексу 55 ° C (130 ° F). Теоретический предел выживания человека в течение более нескольких часов в тени, даже при неограниченном количестве воды, составляет 35 ° C (95 ° F), что теоретически эквивалентно тепловому индексу 70 ° C (160 ° F), хотя жара индекс не заходит так высоко.

СОДЕРЖАНИЕ

Интуиция

Если термометр обернуть смоченной водой тканью, он будет вести себя иначе. Чем суше и менее влажный воздух, тем быстрее испаряется вода. Чем быстрее испаряется вода, тем ниже будет температура термометра по отношению к температуре воздуха.

Это одна из причин видимой температуры у людей. Чем суше воздух, тем больше влаги он может удерживать сверх того, что уже находится в нем, и тем легче испаряется лишняя вода. В результате пот быстрее испаряется в более сухом воздухе и быстрее охлаждает кожу. Если относительная влажность составляет 100%, вода не может испаряться, а охлаждение потоотделением или испарением невозможно.

Когда относительная влажность составляет 100%, термометр с влажным термометром также больше не может охлаждаться за счет испарения, поэтому он будет показывать то же самое, что и термометр без упаковки.

Общий

Охлаждение человеческого тела через потоотделение затруднено, поскольку относительная влажность окружающего воздуха летом увеличивается. Зимой могут работать и другие механизмы, если справедливо понятие «влажный» или «влажный холод».

Более низкие температуры по влажному термометру, которые соответствуют более сухому воздуху летом, могут привести к экономии энергии в зданиях с кондиционированием воздуха за счет:

Термодинамическая температура по влажному термометру

Метеорологи и другие специалисты могут использовать термин «изобарическая температура по влажному термометру» для обозначения «термодинамической температуры по влажному термометру». Ее также называют «температурой адиабатического насыщения», хотя метеорологи также используют «температуру адиабатического насыщения» для обозначения «температуры на уровне насыщения», т. Е. Температуры, которой будет достигнута посылка, если она адиабатически расширилась до насыщения.

Показания температуры влажного термометра

Настоящий термометр по влажному термометру показывает температуру, которая немного отличается от термодинамической температуры по влажному термометру, но они очень близки по величине. Это связано с совпадением: для системы вода-воздух психрометрическое соотношение (см. Ниже) оказывается близким к 1, хотя для систем, отличных от воздуха и воды, они могут быть не такими близкими.

Чтобы понять, почему это так, сначала рассмотрим расчет термодинамической температуры по влажному термометру.

В этом случае поток ненасыщенного воздуха охлаждается. Тепло от охлаждения этого воздуха используется для испарения некоторого количества воды, что увеличивает влажность воздуха. В какой-то момент воздух насыщается водяным паром (и охлаждается до термодинамической температуры по влажному термометру). В этом случае мы можем записать следующий баланс энергии на массу сухого воздуха:

В случае термометра по мокрому термометру представьте себе каплю воды с обдувом ненасыщенным воздухом. Пока давление водяного пара в капле (функция ее температуры) больше, чем парциальное давление водяного пара в воздушном потоке, происходит испарение. Первоначально тепло, необходимое для испарения, будет исходить от самой капли, поскольку наиболее быстро движущиеся молекулы воды, скорее всего, покинут поверхность капли, поэтому оставшиеся молекулы воды будут иметь более низкую среднюю скорость и, следовательно, более низкую температуру. Если бы это было единственное, что произошло бы, и воздух начал бы полностью высыхать, если бы воздух дул достаточно быстро, его парциальное давление водяного пара оставалось бы постоянно нулевым, и капля стала бы бесконечно холодной.

Вместо этого, когда капля начинает охлаждаться, она становится холоднее воздуха, поэтому начинает происходить конвективный перенос тепла от воздуха к капле. Кроме того, скорость испарения зависит от разницы в концентрации водяного пара между поверхностью раздела капля-поток и удаленным потоком (то есть «исходным» потоком, на который капля не влияет) и от коэффициента конвективного массопереноса, который является функцией от компоненты смеси (т.е. вода и воздух).

По прошествии определенного времени достигается равновесие: капля остывает до точки, при которой скорость тепла, уносимого при испарении, равна теплу, полученному за счет конвекции. На данный момент справедлив следующий баланс энергии на площадь интерфейса:

Обратите внимание, что:

Давайте перефразируем это уравнение на:

Теперь давайте вернемся к нашему первоначальному эксперименту с «термодинамическим мокрым шариком», Эксперименту 1. Если поток воздуха одинаков в обоих экспериментах (т. Е. И одинаковы), то мы можем приравнять правые части обоих уравнений: ЧАС 0 <\ displaystyle H_ <0>> Т 0 <\ displaystyle T_ <0>>

Теперь ясно, что если тогда температура капли в Эксперименте 2 такая же, как температура по влажному термометру в Эксперименте 1. Из-за совпадения, для смеси воздуха и водяного пара это так, соотношение (называемое психрометрический коэффициент ), близкий к 1. час c k ′ c s знак равно 1 <\ displaystyle <\ dfrac >> >>> = 1>

Экспериментально показания термометра по мокрому термометру наиболее близки к термодинамической температуре по мокрому термометру, если:

На практике значение, сообщаемое термометром по влажному термометру, немного отличается от термодинамической температуры по влажному термометру, потому что:

Термометр с влажным термометром также можно использовать на открытом воздухе при солнечном свете в сочетании с глобусным термометром (который измеряет падающую лучистую температуру ) для расчета температуры шара с влажным термометром (WBGT).

Адиабатическая температура по влажному термометру

Этот термин, как он определен в этой статье, может быть наиболее распространенным в метеорологии.

Поскольку значение, называемое «термодинамической температурой по влажному термометру», также достигается посредством адиабатического процесса, некоторые инженеры и другие могут использовать термин «адиабатическая температура по влажному термометру» для обозначения «термодинамической температуры по влажному термометру». Как упоминалось выше, метеорологи и другие специалисты могут использовать термин «изобарическая температура по влажному термометру» для обозначения «термодинамической температуры по влажному термометру».

Депрессия влажного термометра

Депрессия влажному термометру разница между температурой по сухому термометру и температуры по влажному термометру. При 100% влажности температуры по сухому и влажному термометрам идентичны, поэтому депрессия по влажному термометру в таких условиях равна нулю.

Температура и здоровье по влажному термометру

Исследование 2015 года пришло к выводу, что в зависимости от степени будущего глобального потепления некоторые части мира могут стать непригодными для проживания из-за смертельных температур по влажному термометру. В исследовании 2020 года сообщалось о случаях, когда температура по влажному термометру уже была 35 ° C (95 ° F), хотя и слишком быстро и в слишком маленьком месте, чтобы вызвать смертельные случаи.

В 2018 году Южная Каролина ввела новые правила для защиты старшеклассников от чрезвычайных ситуаций, связанных с жарой, во время активного отдыха. Существуют особые правила и ограничения для температуры по влажному термометру от 82,0 ° F (27,8 ° C) до 92,0 ° F (33,3 ° C); температура по влажному термометру 92,1 ° F (33,4 ° C) или выше требует отмены всех видов деятельности на открытом воздухе.

Жара с повышенной влажностью

Самые высокие зарегистрированные температуры по влажному термометру

В следующих местах зафиксирована температура по влажному термометру 34 ° C (93 ° F) или выше. Метеостанции обычно находятся в аэропортах, поэтому в других местах города могут быть более высокие значения.

Глобальное потепление

Результаты исследования показывают, что ограничение глобального потепления до 1,5 ° C не позволит большинству тропиков достичь температуры по влажному термометру физиологического предела человека 35 ° C.

Источник