Чем выше влажность тем холоднее или теплее
Часто понятие «влажность» ассоциируют с явлениями, имеющими негативную окраску.
В действительности многие наши представления о влажности ошибочны и основываются на поверхностных знаниях, что это такое на самом деле.
Цель статьи – рассмотреть наиболее распространенные «ложные мифы» относительно влажности, понять, что она важнее (и даже ценнее), чем мы думаем.
На деле, нередко возникает потребность в создании и поддержании этого параметра воздуха с помощью увлажнителей.
На улице туманно
Относительная влажность зависит от температуры: чем больше нагревается воздух, тем ниже относительная влажность.
Например, зимой наружный воздух при температуре 0°С в туманный день (100% относительная влажность воздуха), нагретый в помещении до 22°С, выдает относительную влажность 23%. В местах с очень сухой зимой, скажем, при наружной температуре 0°С и относительной влажности до 30%, при нагреве воздуха до 22°С, относительная влажность опускается до 7%.
В результате, даже если снаружи туманно (много влаги в воздухе), это не гарантия того, что внутри отапливаемого помещения уровень влажности будет правильным.
Чтобы достичь оптимального значения влажности, воздухнеобходимо увлажнить.
Влажность и ощущение холода
Существует также физиологический эффект влажности, который часто игнорируется: влияние на восприятие тепла или холода. Все мы знаем, что потоотделение является важной частью процесса терморегуляции организма: испарение пота снимает тепло, тем самым охлаждая нас.
Летом, когда жарко, повышенное потоотделение обеспечивает нашей коже комфортную температуру. Высокая влажность препятствует испарению (духота), в то время как сухой воздух благоприятствует этому процессу.
Зимой сухой воздух способствует испарению и таким образомохлаждает кожу. Непосредственный эффект этого явления заключается в том, что при одинаковой температуре чем суше воздух, тем холоднее он нам кажется.
В типичных условиях обогреваемого помещения «кажущаяся температура» (то есть субъективное восприятие температуры, связанное с личным комфортом) увеличивается примерно на 2 °C, если относительная влажность растет с 25% до 50%. Другими словами, если влажность находится на правильном уровне, в дополнение ко всем другим преимуществам, мы можем сэкономить на отоплении помещения.
Влияние сухого воздуха на людей и предметы
Влажность также очень важна для здоровья человека.
Одной из проблем, вызванных низкой влажностью, является ощущение раздражения глаз, то есть сухость роговицы, что часто является серьезной проблемой для людей, которые носят контактные линзы. Количество влаги в воздухе влияет на нашу кожу,руки и лицо высыхают и обветриваются при низкой влажностив первую очередь, так как находятся в непосредственном контакте с сухим воздухом.
Еще одна проблема-сухость слизистой в дыхательных путях, которая может привести к обострениюу страдающих астмой и аллергией, и в целом снижает защитные силы организма.
Примеры негативного влияния пониженной влажности на предметы и вещи можно приводить бесконечно. «Гигроскопичность»- термин, характерный для материалов, частицы которых поглощают влагу, что приводит к изменению их размеров.К таким материалам можно отнести бумагу, ткани, некоторые виды пластика, дерево, фрукты, овощи и другие материалы, которые имеют свойство поглощать или выделять влагу.
Кроме того, влажность влияет на физические характеристики материалов, такие как вязкость (например, фоторезист в микроэлектронике), механическую прочность/хрупкость (текстильная промышленность, табачная промышленность, деревообработка) и вероятность электростатических разрядов (бумага, текстиль и электроника).
Источники влажности в нашем доме
У нас дома есть много источников влаги: от одежды, вывешенной для высыхания, до кипящей воды, используемой для приготовления пасты.
Более того, люди входят и выходят из дома, открываются окна, стены источают влагу, не говоря о появлении мелких трещин и отверстий. Один малоизвестный факт состоит в том, что небольшое количество свежего воздуха, поступающего в дом при открытии окна, оказывает незначительное влияние на температуру в помещении, но вызывает сильное снижение относительной влажности.
Другими словами, водяной пар «ускользает» гораздо быстрее, чем тепло, из-за физических свойств газов.
Парадокс заключается в том, что проветривание помещения зимой без дополнительного увлажнения снижает качество воздуха, делая его слишком сухим.
Кроме того, емкости с водой, расставленные в помещении или прикрепленные к радиаторам, бесполезны, поскольку испаряется слишком мало воды.
Чтобы это проверить, измерьте влажность с помощью простого настенного гигрометра, с дополнительной ёмкостью с водой и без таковой – разница будет незначительной.
Когда я приехал в Краснодар, то реально стал замерзать на улице. Но замечу, что в северных широтах я не замерзал и при более сильных морозах.
Автор публикации
Борода
Достижение получено 04.12.2018
Похожее:
А тут работает интересная вещь. Вы знаете, по какому принципу работают холодильники? Вспомните. В компрессоре есть фреон, когда он выбрасывается поршнями под давлением в трубки, он тут же начинает закипать. происходит испарение. В этом случае испаряющаяся внутри трубок жидкость забирает на себя тепло, и в холодильнике становится холодно.
Так вот: чем выше влажность, тем будет казаться, будто холоднее, поскольку вода испаряется, и забирает тепло из окружающей среды. Далеко ходить не надо: на улице тридцать градусов тепла, и тут проливается дождь. Сразу становится холоднее, так как капелки воды испаряясь забирают тепло из окружающего воздуха и охлаждают его.
Кстати, мой покойный отец служил на севере, и рассказывал, что ихние сорок градусов мороза переносятся лучше, чем наши двадцать. Плохо бывает на ветру, а не в тиши. А у нас даже в тиши уже колотит. Там воздух сухой, поэтому и не кажется таким холодным.
Ведь в Краснодаре высокая влажность, вот вы и замерзали при этом. Причём, когда происходит явление, которое мы называем “парит”, то жарко от пара, именно, что густота пара, а не влажность воздуха.
Помню, мы были в Сочи на экскурсии, в дендрарии, так я там, при своём весе тогдашнем, чуть не задохнулся, так парило. Хоть воду из себя выжимай!
Затем еще несколько соображений, которые на мой взгляд поясняют возникновение общепринятого заблуждения о влиянии влажности на ощущение холода при низких температурах:
– не думаю, что кто-либо из делающих утверждения о влиянии влажности когда-либо имел в руках гигрометр, чтобы обоснованно утвержать о том, высокая влажность в данный момент или нет.
– 100% влажность бывает только при наличии жидкой воды при стабильной температуре – т. е. в дождь или непосредственно после него. Снег в принципе тоже может быть источником влажности, ибо способен сублимироваться.
– во время понижения температуры неизбежно повышается относительная влажность, если появляются туман и иней – то влажность эта достигает 100%.
– любой, даже самый слабый ветер должен влиять гораздо сильнее на ощущаемую температуру, чем какие-либо колебания уровня влажности.
Посему все рассказы о том, что «холодно потому что влажно» считаю антинаучными и субъективно обоснованными.
Затем еще несколько соображений, которые на мой взгляд поясняют возникновение общепринятого заблуждения о влиянии влажности на ощущение холода при низких температурах:
– не думаю, что кто-либо из делающих утверждения о влиянии влажности когда-либо имел в руках гигрометр, чтобы обоснованно утвержать о том, высокая влажность в данный момент или нет.
– 100% влажность бывает только при наличии жидкой воды при стабильной температуре – т. е. в дождь или непосредственно после него. Снег в принципе тоже может быть источником влажности, ибо способен сублимироваться.
– во время понижения температуры неизбежно повышается относительная влажность, если появляются туман и иней – то влажность эта достигает 100%.
– любой, даже самый слабый ветер должен влиять гораздо сильнее на ощущаемую температуру, чем какие-либо колебания уровня влажности.
Посему все рассказы о том, что «холодно потому что влажно» считаю антинаучными и субъективно обоснованными.
Источник
Ощущение холода и влажность. Подробный разбор
Этот вопрос давно меня терзал. Влияет ли влажность на ощущение холода при низких температурах (
Вот так выглядит схема теплопотерь человека.
Немного пояснений: красным отмечены положительные связи, т.е. чем больше температура кожи, тем больше потери излучением, тем больше потери с открытых участков тела. Синим отмечены отрицательные связи, чем меньше температура среды, тем больше потери излучением ну и т.д. Черным отмечены связи пока неизвестного знака.
Если указана просто влажность — имеется в виду влажность окружающего воздуха, если указана «влажность воздуха» — имеется в виду влажность воздуха в данном процессе(она может меняться в течение процесса). Аналогично с температурой: «температура среды» — это температура окружающего воздуха, если написано «температура воздуха» — это температура воздуха в этом процессе
Откуда эта схема родилась:
1) Открытые части тела. Тепло может теряться за счет излучения, кондукции, испарения
1.1) Излучение: кожа излучает и излучение непосредственно рассеивается в окружающую среду. Зависит только от температуры среды и кожи.
1.2) Кондукция: тепло передается от кожи к воздуху. Тут вообще очень сложный процесс: тепло передается непосредственно от кожи к тоненькому слою воздуха на границе с кожей. Толщина этого слоя сильно зависит от скорости ветра. А скорость передачи тепла будет зависеть от теплопроводности воздуха и разницы температур лица и воздуха. Теплопроводность воздуха зависит от его температуры и состава. По итогу зависит от: температуры среды и кожи, влажности, скорости ветра.
1.3) Испарение: при обычных условиях пот если и выделяется, то в более перегретых частях (спина,грудь, шея, подмышки), но не на лице или руках. Поэтому охлаждение за счет потовыделения будет рассмотрена отдельно и для всего организма сразу.
Итого: тепло передается путем излучения и кондукции
2) Закрытые участки тела. Тепло передается от кожи, через все слои одежды, к поверхности одежды. Оттуда тепло передается в окружающую среду кондукцией и излучением. Также мы теряем тепло из-за конвекции. Испарение рассматривается отдельно.
2.1) Передача тепла в слоях одежды от кожи к поверхности одежды. Здесь я не пишу метод теплопередачи, т.к. там есть все, а именно: тепло внутри каждого слоя одежды передается кондукцией, каждый слой одежды поглощает и излучает для каждого соседнего слоя, воздух внутри одежды нагревается и перемещается между слоями из-за разности плотностей, но в основном за счет движения человека, этот воздух постоянно обменивается теплом со слоями одежды, а это я еще про пот не начал. Короче, оставим это все производителям теплой одежды, а сами скажем, что одежда это твердый слой, с определенным коэффициентом теплопроводности (это не только моя выдумка, так считают для параметров микроклимата, при определении степени тяжести работ. Это достаточно точная и простая модель). А значит влиять будет температура поверхности одежды и кожи, теплопроводность одежды.
2.2) Передача тепла от поверхности одежды в окружающую среду. Ситуация здесь будет аналогична передаче тепла с открытых частей тела. Основную роль играют кондукция и излучение, а значит зависит от температуры среды, влажности, скорости ветра, температуры поверхности одежды.
2.3) Конвекция. можно разделить на 2 составляющие: перемещение воздуха непосредственно через одежду, перемещение воздуха через зазоры/щели в одежде. Практически вся верхняя зимняя/демисезонная одежда делается непродуваемой, поэтому потери непосредственно через одежду из-за конвекции очень маленькие. Потери из-за зазоров или щелей между компонентами одежды просчитать очень сложно, т.к. они сильно варьируются от того, насколько одежда подогнана, насколько активно человек двигается и т.д. Тем не менее, потери зависят от того, насколько быстро меняется воздух(скорость ветра), какой он температуры (температура среды), какая у него теплоемкость (причем теплоемкость в процессе нагревания и увлажнения под одеждой меняется и не так сильно варьируется, поэтому ее изменением можно пренебречь, разумеется, будут расчеты).
Итого: тепло передается кондукцией от кожи к поверхности одежды, затем излучением и кондукцией от поверхности одежды в окружающую среду. Из-за зазоров и щелей в одежде при движении и ветре теплый воздух заменяется холодным.
3) Дыхание. При дыхании мы вдыхаем воздух какой-то температуры и влажности, а выдыхаем воздух с температурой 25-35°С (в зависимости от режима дыхания и температуры окружающего воздуха) и влажностью 70-100% (по разным источникам). Энергия тратиться на обогрев воздуха и на испарение влаги из легких. Соответственно будут влиять температура среды, влажность и теплоемкость воздуха (здесь ситуация аналогичная с конвекцией, теплоемкость меняется от момента вдоха к моменту выдоха)
4) Потовыделение. с самим потом все просто, он выделяется, на его испарение тратится уйма энергии, мы охлаждаемся. Что сложно — как именно он испаряется, что с этим водяным паром дальше происходит и как это все влияет на остывание организма. Т.к. влаги испарится больше чем ее выделилось не может, а сколько ее выделилось зависит от перегрева организма, то рассматривать охлаждение (а меня интересует больше переохлаждение) именно за счет испарения нет смысла. Проблемы и переохлаждение наступают тогда, когда влага не отводится от кожи и уже излишне увеличивает теплопотери. Рассмотрим 2 ситуации:
4.1) Пот выделяется на открытой части тела. Нестандартная ситуация для низких температур, но ладно. Пот сразу начинает испаряться, т.к. поверхность кожи создает приграничный нагретый слой воздуха. При нагревании, относительная влажность воздуха падает, причем очень резко (изменение на 10°С осушает холодный воздух в 2.5-3 раза). Поэтому не важно, какая была влажность окружающего воздуха, при соприкосновении с кожей он нагреется и станет сухим, и если хоть какая-то жидкость и была на вашей коже, она начнет быстро испарятся. Ну и разумеется, не может происходит конденсация пара на вашей коже, т.к. конденсация подразумевает прямо противоположные условия: теплый воздух и холодную поверхность. Это может показаться странным, но наличие воды уменьшает теплопередачу остальными способами (да, вам холодно, очень холодно, но это из-за испарения), путем интенсивного охлаждения поверхности кожи уменьшается теплопередача как кондукцией, так и излучением. Поэтому, в данном случае, излишних теплопотерь быть не может.
4.2) Пот выделяется под одеждой. После выделения пота начинают происходить следующие вещи: пот впитывается одеждой, а то что не впиталось начинает медленно испарятся. Если испаряется недостаточно быстро, то одежда промокает, а вот тут, уже могут возникнуть дополнительные теплопотери, т.к. мокрая одежда значительно увеличивает теплопроводность, за счет замены воздуха в одежде водой (разница в коэффициенте теплопроводности примерно в 25 раз). Скорость испарения напрямую зависит от того, как быстро пар покидает нашу одежду и это в основном зависит от свойств одежды, а не от погоды, но обо всем по порядку.
4.2.1)Рассмотрим этот механизм. Пар может покидать нас 2-умя способами: непосредственно через одежду и через щели/зазоры в одежде. 2-ое относит нас к конвекции в закрытых участках тела, все тоже самое, и в отводе пара он будет играть значительную роль, только если вы расстегнете куртку. Основное количество пара отводится через одежду. Температура и влажность под одеждой практически не зависят от окружающей среды и формируются человеком. Поэтому температура под курткой близка к температуре кожи, а влажность хз какая, но высокая. В итоге, под одеждой создается сильное избыточное давление водяного пара, так например давление водяного пара при 0° и 30°С и 100% влажности отличается в 6.9 раз. Ну а газ, как и любой порядочный гражданин, бежит из области высокого давления в область низкого. Таким образом, происходит отвод влаги из под одежды, без значительных потерь тепла из-за потерь теплого воздуха(сам воздух не стремится выбраться из под одежды, для него и снаружи и внутри атмосферное давление). Разумеется, никакого отсыревания одежды на холоде из-за внешней влаги и быть не может, у нас и своей предостаточно, и все промокание одежды сводится к поглощению пота или адсорбции водяного пара (того же пота).
4.2.3*) При специфической одежде (очень тонкой куртке, например мембранке) возможно образование конденсата на внутренней части куртки, который не будет выводится, а начнет опять смачивать одежду, причем при конденсации будет выделятся тепло, которое будет обогревать именно куртку, а т.к. куртка легкая это будет приводить к увеличению температуры поверхности куртки и дальнейшему увеличению теплопотерь. Данный эффект возможен только при тонкой куртке, в который внутренний слой охлаждается до температуры близкой к уличной (в пуховиках внутренний слой имеет температуру, недалекую от температуры кожи). И чем ниже температура среды, тем более вероятнее образование конденсата. От влажности окружающего воздуха это не зависит, т.к. водяной пар наоборот стремится покинуть нас, аналогично ситуации, разобранной в 4.2.1.
Везде отрицательную связь имеет температура среды, оно и ожидаемо. теплопроводность и теплоемкость имеет везде положительную. Влажность имеет положительную связь в потоотделении (рассмотрено выше) и отрицательную в испарении (чем влажнее воздух вдыхается, тем меньше испаряется из легких). Скорость ветра имеет положительную при кондукции и конвекции, но отрицательную в потовыделении, (небольшая шутка, если вас сильно продувает, вы хотя бы будете сухими) которой можно пренебречь.
Подробно про влажность
Теперь, когда понятно как что и куда влияет на теплопотери, рассмотрим как именно влажность влияет на теплопотери. Всего есть 4 пункта: теплопроводность, теплоемкость, дыхание, потовыделение.
0) Содержание водяного пара. Для всех дальнейших расчетов необходимо знать, а сколько этого водяного пара содержится в воздухе при разных температурах. Давление насыщенного водяного пара хорошо аппроксимируется следующей формулой
Используя уравнение Менделеева-Клапейрона выводим зависимость плотности газа от его давления. Подставляем в полученное уравнение зависимость давления от температуры и получаем итоговую формулу. Вот так плотность насыщенного водяного пара зависит от температуры:
1) Теплоемкость. Теплоемкость смеси газов рассчитывается как средневзвешенное теплоемкостей всех его частей.
Для начала, узнаем теплоемкость водяного пара и воздуха для нашего диапазона температур. Небольшое отступление: если считать теплоемкость по формулам, то получится, что она не зависит от температуры. Это правда только для идеального газа, теплоемкость реального газа зависит от температуры и измеряется экспериментально, поэтому тут формул не будет.
Для водяного пара при отрицательных температурах я не нашел таблицу (это и понятно, ее хрен измеришь), но можно заметить, что теплоемкость слабо зависит от температуры, и для дальнейших расчетов теплоемкость воздуха принимается за 1005 Дж/(К*кг), а теплоемкость водяного пара = 1861 Дж/(К*кг) — данную теплоемкость водяной пар имеет при 0°С.
Считаем теплоемкость влажного и сухого воздуха и сравниваем.
Но стоит отдать должное, теплоемкость влажного воздуха действительно больше чем сухого… хе хе хе. Но разница теплоемкости из-за температуры куда значительнее, чем из-за влажности. Если еще прикинуть, что теплоемкость влияет на потери через дыхание и через конвекцию, что составляет около трети теплопотерь (основное теряется через одежду) и разница во влажности редко достигает 20-30%, то итоговое будет не более 0,324*0,3*0,25 =0,024%
Кстати его теплоемкость больше не потому, что вода имеет большую теплоемкость. Водяной пар это газ и он чихал на свойства жидкости, все куда проще. Теплоемкость обратно пропорциональна молярной массе. Молярная масса воздуха 29г/моль, а водяного пара 18г/моль. Как можно заметить, отношение этих величин примерно равно отношению теплоемкостей воздуха и водяного пара.
Итог: При большей влажности холоднее, разница составляет менее 0,03%
2) Теплопроводность. Теплопроводность рассчитывается аналогично теплоемкости. Для расчета опять возьмем табличные значения, т.к. они во-первых точнее, во-вторых, я так и не разобрался, как рассчитать теплопроводность по формуле.
Теплопроводность водяного пара при отрицательных температурах я не нашел (та же ситуация, что и с теплоемкостью), поэтому посчитаем, что она изменяется по аналогично воздуху (они оба газы и близки к нормальным условиям, так что это не грубое допущение). Считаем теплопроводность для влажного воздуха.
Разница со знаком минус по простой причине — сухой воздух ЛУЧШЕ проводит тепло. Да да, может быть у воды и выше теплопроводимость в 25 раз по сравнению с воздухом, но тут у нас не вода. Тут водяной пар, и его не волнуют свойства жидкостей. Опять учтем реальные условия: теплопроводность влияет на 2/3 теплопотерь, различие во влажности 25%
Итог: При большей влажности теплее, разница менее 0,02%
3) Дыхание. При дыхании тепло расходуется на обогревание воздуха и на испарение жидкости.
Данные расчета представлены в таблице, ну а чтобы было нагляднее еще и график.
Насколько эти 10% значимы? ну, легочные потери составляют 10-30% от всех потерь (это по личным расчетам и по расчетам по этому сайту https://ntm.ru/center/108/7672 ). По итогу, разница теплопотерь будет составлять 1-3% и это только при 0°, и между абсолютно влажным и абсолютно сухим воздухом. Если взять более реальное различие во влажности (пусть даже 20%), то разница уже будет 0,2-0,6%, возьмем 0,4% как среднюю. Но хоть что-то!
Итог: при большей влажности теплее, разница менее 0,4% Уиииии десятые процента!
4) Потовыделение. Самое сложное для учета. Можно достаточно точно рассчитать разницу скорости отвода пара для разных условий (сделано в главе 4.2.2), однако эта величина очень косвенно влияет на теплопотери. Рассчитать как влага влияет на теплопроводность одежды, практически нереальная задача (в начале описана теплопередача в слоях одежды).
Как перевести эти 3% в теплопотери? Надо взять время, в котором вы находитесь в мокром состоянии, умножить на число, показывающее во сколько раз отличаются средние теплопотери вспотевшего человека от сухого, и разделить на время нахождения на улице. Сделать так для сухого и влажного воздуха и сравнить. Это настолько разная величина для разных людей, настолько зависящая от рода деятельности и правильности выбранной одежды, что нормально оценить это не получится. Поэтому оценим ненормально.
Пусть человек промокает сразу и мгновенно и высыхает все время прогулки, если воздух мокрый. А вот если воздух сухой, то он 3% времени прогулки ходит сухой. А промокает он настолько сильно, что его теплопотери связанные с одеждой (2/3) всех теплопотерь) увеличиваются в 2 раза. Тогда при большей влажности теплопотери увеличиваются на 2%.
Итог: Данный фактор может внести самый значимый вклад в увеличение теплопотерь при влажном воздухе.
Вот и закончилось рассмотрение влияния влажности. Что получилось? в таблице показаны максимальные воздействия факторов. Для всех факторов максимум наблюдается при 0° и резко уменьшается при уменьшении температуры.
А что говорят люди, про ощущение влажности? Давайте обратимся к людям на форумах. Здесь приведены примеры из обсуждений вопроса о влажности и холоде.
Источник
