Что хорошо впитывает влагу из воздуха: Что впитывает хорошо влагу

© 2021 textiletrend.ru

Относительная влажность или почему в Питере зимой хуже, чем в Москве — T&P

Влажность воздуха говорит о том, сколько в воздухе содержится водяного пара. При этом абсолютная влажность (сколько миллиграмм пара содержится в одном литре воздуха) очень мала — доли процента — и на физические свойства воздуха практически не влияет. Зато влияет на процесс испарения. Дело в том, что в воздух нельзя запихнуть сколько угодно водяного пара. Если молекул пара слишком много, они начнут сталкиваться друг с другом, слипаться и оседать, образуя росу. Но если скорость молекул большая, как в горячем воздухе, то слипнуться им сложнее и в одном литре их умещается больше. Так что для нас важна относительная влажность: отношение количества пара в воздухе к максимально возможному при данной температуре.

Допустим, зимой при – 20ºC в литре воздуха содержится 1 миллиграмм пара. Значит, относительная влажность 100% — испарение идти не будет, потому что больше пара в воздух уже не запихнешь. Если этот же зимний воздух попадает в теплую комнату, он кажется нам сухим, потому что при +20ºC в литр воздуха можно испарить до 17 миллиграмм пара. То есть его относительная влажность = 1/17 или 6%. Самое приятное для человека значение влажности — 40-60%.

Эффект удлинения волос при увеличении влажности даже используют в волосяных гигрометрах, чтобы эту влажность измерить.

Испарение для человека страшно важно: мы на 90% состоим из воды, и, если в воздухе пара мало, испарять его придется нам. Появится неприятное ощущение сухости в горле и в носу, кожа начнет сохнуть и трескаться, мы начнем болеть. Правда, в очень влажном воздухе тоже мало хорошего: процесс испарения идет плохо, а конденсация наоборот — хорошо. Когда такой воздух попадает к нам в легкие, в них собирается вода и мешает нам дышать. Еще при высокой влажности волосы впитывают влагу, неоднородно «разбухают» и начинают виться.

Во влажном воздухе мы острее воспринимаем холод и тепло. Есть распространенное заблуждение, что влажный воздух обладает большой теплопроводностью и быстрее остужает или нагревает нас. Это неправда: теплопроводящие свойства чистого пара почти такие же, как у сухого воздуха, так что механизм совсем другой. Чтобы спастись от перегрева во время жары, мы потеем. Но просто выделить пот недостаточно — нужно его испарить и потратить тем самым избыточное тепло. А если воздух влажный, то пот не будет испаряться, и нам будет становиться все жарче и жарче.

В холод все несколько сложнее. В теплой куртке на улице мы все равно потеем (хотя и гораздо меньше, чем в жару). Влага проникает в куртку и конденсируется там. Если при этом на улице воздух сухой, то в куртке влага не задерживается, и спокойно испаряется. Если же влажность высокая, то куртка накапливает влагу и начинает лучше проводить тепло наружу. Да и наша кожа в этом случае становится более влажной, ее теплопроводность тоже увеличивается и мы страшно мерзнем. Поэтому зимой в Москве лучше, чем в Питере.

Как управлять влажностью?

Чтобы впитать лишний пар из воздуха, в коробки с обувью или техникой кладут маленькие мешочки с шариками адсорбентами. А еще зимой между рам насыпают соль, чтобы окна не запотевали. Правда, чаще приходится добавлять молекулы воды в воздух, используя увлажнители. Паровые увлажнители просто кипятят воду, чтобы она превратилась в пар. Традиционные — испаряют воду через намоченную бумагу, с которой их сдувает вентилятор, чтобы не дать им сконденсироваться обратно. Ультразвуковые увлажнители разбивают воду на кучу мельчайших капелек и увеличивают скорость испарения воды.

10 растений для идеального микроклимата в доме / AdMe

Многие не догадываются о невероятной способности домашних растений влиять на микроклимат. Растения создают комфортную атмосферу, стабилизируют влажность воздуха и насыщают его кислородом, чтобы маленькие дети и люди, подверженные аллергии, могли безопасно дышать.

Спатифиллум (Spathiphyllum)

Цветок женского счастья, или белый парус — существует поверье, что растение приносит в дом счастье и любовь. Спатифиллум не только поглощает лишнюю влагу, нормализуя климат в доме, но и уничтожает споры плесени. Растение прекрасно чувствует себя в ванной при температуре воздуха от +18 °C.

Кофейное дерево (Coffea)

Из почти 100 видов люди чаще всего выращивают аравийское и конголезское кофейные деревья, которые дают сорта арабика и робуста. Первые плоды появляются на 5—6 год, поэтому лучше покупать взрослое растение. Любит хороший полив и полутень, поглощает лишнюю влагу из воздуха и наполняет его тропическим запахом во время цветения.

Мирт (Myrtus)

Символ мира и наслаждения. В прошлом люди верили, что дерево священно: возвращает молодость старикам, путникам придает бодрость и дух. Сегодня мы знаем, что мирт в доме не только восстанавливает нормальный микроклимат, но и заботится о здоровье: фитонциды, выделяемые листьями и цветами мирта, убивают микробы в воздухе.

Лавр благородный (Laurus nobilis)

Лавр в древности любили травоядные динозавры, меньше всего сопротивлявшиеся при нападении хищников. Таким образом, хищник, выбирая легкую жертву, получал сразу обед с приправой. Люди считали лавр символом славы, победы и величия. Растение родом из субтропиков, поэтому любит влажный воздух, полутень и обильный полив теплой водой. Впитывая влагу из воздуха, формирует нормальный микроклимат. Листья лавра можно сушить и использовать в кулинарии.

Лимон (Citrus limon)

Лимон — растение, приятное во всех отношениях: во время цветения наполняет воздух цитрусовым ароматом, вытягивает из воздуха лишнюю влагу. Листья выделяют огромное количество целебных веществ, стерилизуя пространство вокруг себя. Дерево любит солнечные ванны, регулярный полив и сухую почву. Больше всего лимонов в течение года дает Павловский сорт.

Кипарисовик (Chamaecyparis)

В Японии кипарисовик считают священным деревом: верят, что души умерших и богов поселяются в них. Это вечнозеленое растение освежает интерьер своим видом, увлажняет воздух, борется с пылью и облегчает приступы головной боли и мигрени. Взамен ожидает полутень и регулярный полив.

Сансевиерия (Sansevieria)

Или щучий хвост, или тещин язык. Это растение творит невероятные вещи с воздухом: увлажняет его, вырабатывает огромное количество кислорода (для своих размеров) и нейтрализует вредные испарения, выделяемые синтетическими материалами. За ним легко ухаживать: оно хранит влагу в листьях, не требует обильного полива. Прекрасно поселится в любом углу дома.

Фикус (Ficus)

Самое популярное домашнее растение. Увлажняет воздух, насыщает его кислородом, нейтрализует токсины и вирусы, с помощью широких листьев задерживает пыль. Любит большие помещения и полутень. В домах часто встречается фикус Бенджамина, названный в честь британского ботаника и являющийся символом столицы Таиланда Бангкока. Он неприхотлив, быстро растет, но не любит сквозняков и чрезмерного полива.

Циссус (Cissus)

Одни называют его комнатным виноградом за родство с виноградом, другие — березкой из-за листьев, напоминающих березовые. Исключение: циссус четырехугольный. Своим поведением он напоминает плющ: быстро обхватывает усиками стебля любую опору на пути к свету. Легко адаптируется к сухому воздуху, постепенно увлажняя его, но нуждается в полутени и регулярном влажном душе.

Каланхоэ (Kalanchoe)

Эффектное растение, каждый вид которого выглядит оригинально. Каланхоэ родом с Мадагаскара, прекрасно чувствует себя исключительно в помещениях с сухим воздухом: накапливает влагу в листьях и регулирует климат в квартире. Его нельзя обильно поливать, но обязательно нужно держать в солнечном месте.

Как быстро высушить помещение: комнату, подвал, гараж, склад

Сырость в помещении может появиться по ряду совершенно разных причин: затопление, свежий ремонт, протекающая крыша, ошибки во время возведения здания, или же просто комната долгое время находилась без отопления. Но в большинстве случаев сырость становится нежеланным явлением, от которого стараются как можно скорее избавиться. Способов высушить помещение существует множество, но наиболее эффективным вариантом становится использование тепловентиляторов электрических, а также теплопушек, осушителей воздуха, рекуператоров и некоторых других приспособлений. Но иногда в ход идут и, так называемые, народные способы.

Высушиваем комнату

Чтобы высушить воздух в помещении и больше не сталкиваться с этой проблемой, прежде всего, нужно устранить причину появления сырости, а уже потом бороться с последствиями. Во многом именно от причин зависит и выбор метода высушивания помещения, а их на сегодняшний день существует несколько.

Итак, для того чтобы высушить комнату, можно воспользоваться одним из способов:

• обогреватель нагревает воздух, создает принудительную циркуляцию в помещении, вытесняя сырость и затхлость. Этот вариант особенно эффективен, когда влажность в комнате не превышает 60%, а в зависимости от степени сырости длительность высушивания будет разной: от нескольких дней до нескольких недель;
• тепловентилятор высушивает воздух по такому же принципу, как и любой обогреватель. Отдельным видом тепловентиляторов являются тепловые пушки – мощные устройства, которые способны прогреть, а, значит, и высушить, большие площади за рекордно короткое время. Как правило, они используются на производственных и строительных площадках, в теплицах, но для быстрого высушивания воздуха в комнате очень даже подойдут. Из всего разнообразия для жилых помещений больше всего подходят электрические теплопушки: в их корпусе установлен нагревательный элемент, проходя сквозь который воздух нагревается и вентилятором подается в помещение. Мощность подобных агрегатов очень высокая, поэтому эффект можно будет почувствовать буквально сразу;
• осушитель воздуха – один из самых эффективных вариантов, который вытягивает влагу не только из воздуха, но и изо всех предметов мебели. Такие устройства быстро справляются со своей задачей, даже если в комнате произошел потоп. Но для этого важно закрыть все двери, чтобы ограничить циркуляцию воздуха и выбрать осушитель с воздухообменом, в несколько раз превышающим объем комнаты. Воздух, проходя через аппарат, лишается влаги, которая скапливается в специальной емкости или сразу уходит в канализацию. Конденсационные осушители работают только, когда температура в помещении более 15 градусов, а адсорбционные эффективны и при более низких температурах: для условий жилого помещения подойдут оба типа. Устройство вытягивает влагу сначала из воздуха, который потом быстро насыщается влагой из мебели, и все повторяется заново, пока в комнате все окончательно не будет высушено;
• еще одним вариантом становится использование силикагеля – вещества, которое активно поглощает влагу. Оно используется и в стеклопакетах, и в оборудовании, и в рекуператорах, и в осушителях как мощный адсорбент, а в комнате его можно просто разложить в мешочках по периметру помещения. Гранулы силикагеля можно использовать в комплексе с другими способами осушки помещения;
• но если влажность местности большая, то в помещение все время будет поступать воздух, насыщенной водяным паром, и от этого никуда не деться. В этом случае советуют оборудовать приточно-вытяжную вентиляцию рекуператором. Это устройство, которое предназначено экономить тепло в квартире летом и прохладу зимой. Например, вытяжной воздух выходит наружу сухим и теплым, а с улицы приходит холодным и влажным, сводя на нет все усилия по высушиванию помещения. В этом случае рекуператор не только сэкономит тепло, ведь в нем происходит теплообмен входящих и исходящих потоков воздуха, но и приведет к улучшению микроклимата в целом.

Высушиваем подвал

Повышенная влажность в подвале – свидетельство допущенных ошибок при строительстве. Но все равно никто не может гарантировать, что подвал никто не зальет сверху, или что сосед не проложит ливневую канализацию в непосредственной близости. Если в погребе появилась сырость, то стоит немедленно провести работы по устранению причины, а кроме того, еще и высушить само помещение. Перед этим из подвала выносят все овощи, коробки, ящики и прочие предметы, тщательно заметают весь мусор, и оставляют его в таком состоянии просушиться естественным путем на пару суток.

Подвал, конечно, можно просушить с помощью тепловой пушки или осушителя воздуха, но, как правило, в этом помещении используются народные способы, которые вот уже на протяжении огромного времени показывают высокую эффективность.

Чаще всего для просушки подвала используются жаровню – аналог обогревателя или тепловентилятора в квартире. В центре помещения ставят ведро и разжигают там огонь, используя сначала мелкую древесную щепку, а потом уже дрова. Огонь поддерживается в течение нескольких суток, и за это время жар вытесняет из подвала сырой тяжелый застоявшийся воздух. Бонус такого способа в том, что дым, отходящий от открытого огня, способен уничтожать споры плесени и «выгонять» различных насекомых.

Для просушки подвала можно использовать даже обычную свечу. Правда, для этого сначала нужно нарастить вентиляционную трубу почти до самого пола, а под нее поставить свечку. Чтобы создать первоначальную тягу, в трубе стоит поджечь лист бумаги, а далее она уже будет поддерживаться пламенем свечи. В итоге, влажный и сырой воздух постепенно выйдет из подвала – нужно только постоянно менять свечи до достижения нужного эффекта.

Можно воспользоваться и свойством некоторых веществ впитывать влагу: так, на наклонной доске в подвале размещают порошок хлористого кальция, а нижний конец помещают в какую-то емкость. Это вещество способно поглощать излишнюю влагу, причем впитать ее в количестве, вдвое превышающим массу самого порошка. Способ подходит для поддержания сухого воздуха в подвале, а хлористый кальций после высушивания в теплом месте можно использовать повторно. В таком подвале точно никогда не будет цвести или гнить картошка и прочие овощи.

Высушиваем гараж

Для того, чтобы высушить воздух в гараже, лучше использовать тепловые пушки: они справятся со своей задачей очень быстро. Причем именно в гараже можно использовать не электрические аппараты, которые потребляют много энергии, а их газовые аналоги, или даже дизельные теплопушки. Последние считаются наиболее экономными, но при работе в результате сгорания топлива образует неприятный запах, что для гаража не так критично, как для жилого помещения. Так, дизельная тепловая пушка мощностью в 20 кВт за 1 час расходует около 1 литра топлива. В зависимости от размеров гаража и влажности воздуха в нем, длительность высушивания может быть разной.

Если влажность в гараже сильная, то можно попробовать использовать осушитель воздуха. Кстати, некоторые компании предоставляют не только продажу подобных устройств, но и их аренду, что очень удобно: можно просушить пространство гаража за несколько суток, удалить причину появления сырости, и осушитель не будет за ненадобностью храниться где-то в углу.

При отсутствии возможности использовать специальные аппараты можно высушить воздух и с помощью обогревателей и тепловентиляторов. Ну и, конечно, должна быть нормальная вентиляция, чтобы отводить влажный воздух, а наличие подогрева в ней, т.е. рекуператора, — дополнительный плюс.

Высушиваем склад

Складское помещение, которое отличается огромной площадью и объемом, требует очень серьезного подхода к решению задачи о высушивании воздуха. Именно для таких случаев чаще всего и используются тепловые пушки, которые также применяются и в больших магазинах, офисах, на строительных площадках. Для складов можно подобрать газовую или дизельную теплопушку: они более дешевые в эксплуатации, чем электрическая, а теплоты будут давать очень много. Направленный поток теплого воздуха, выходящий из устройства с огромной скоростью, способен очень быстро вытеснить из склада всю сырость и влажность.

Если склад не очень большой по площади можно попробовать использовать осушитель воздуха, но при этом при выборе исходить из параметров помещения. Если осушитель воздуха будет не соответствовать складу по воздухообмену, то никакого видимого результата получить не удастся: параметр воздухообмена должен в несколько раз превышать объем помещения.

Еще раз стоит отметить, что наряду с высушиванием воздуха в помещении не лишним будет найти и устранить причину появления влажности.

Статья написана для сайта moscowsad.ru.

Потому что это не жара, а влажность.

Эти горцы знали кое-что, чему мы должны были научиться сами. Поскольку новые здания более плотно закрыты и оснащены кондиционерами, особенно в коммерческих и институциональных структурах, качество воздуха в помещениях стало проблемой для чиновников здравоохранения и производителей оборудования для отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.В худших случаях синдром больного здания может повлиять на здоровье и продуктивность жителей здания.

«Дизайнеры систем кондиционирования узнали, что для сохранения свежести воздуха внутри требуется больше наружной вентиляции», — говорит Джим Сэнд из Технологического центра Energy Divisions Buildings Technology Center. Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха разработало стандарт, который, по сути, гласит, что системам вентиляции требуется больше наружного воздуха.

С этой целью Sand координирует программу с DOE, производителями оборудования HVAC и некоторыми небольшими фирмами по продвижению использования адсорбционных систем кондиционирования воздуха.

Влажный воздух вызывает ощущение липкости и способствует росту плесени, грибка и других раздражителей. По словам Санд, адсорбционные системы осушают воздух более эффективно, чем обычные системы кондиционирования воздуха. Это потому, что влагопоглотители впитывают воду. Эти несъедобные пакеты с силикагелем, помещенные в упакованные сухие продукты для контроля влажности, являются влагопоглотителями. По такому же принципу можно удалить влагу из зданий.

Санд объясняет, что обычные системы кондиционирования воздуха выполняют две функции: охлаждение воздуха, называемое физическим охлаждением, и удаление влаги, называемое скрытым охлаждением.

По словам Санд, в жаркий и влажный день единственный способ удалить влагу с помощью обычной системы — это охладить воздух ниже точки росы. Этот холодный и влажный воздух необходимо повторно нагреть, прежде чем он станет комфортным для жителей здания. Этот повторный нагрев известен в торговле как паразитная тепловая нагрузка.

И наоборот, в холодный и влажный день, например, весенним утром в Восточном Теннесси, воздух необходимо повторно нагревать; обычный кондиционер вообще не видит необходимости в работе, потому что наружный воздух достаточно прохладен, чтобы его можно было использовать для вентиляции в здании, но он не сухой. достаточно, чтобы быть комфортным или поддерживать здоровую среду в помещении.

Адсорбционные системы позволяют осушать, когда это необходимо, более эффективно, чем обычный кондиционер, тем самым переводя рабочую нагрузку с скрытого охлаждения на разумное. Это эффект Аризоны, где сухой 90-градусный день кажется прекрасным, в то время как во влажном Восточном Теннесси 90-градусный день может быть ужасным.

Хотя они еще не предназначены для использования в небольших жилых помещениях, в большом здании, таком как универмаг или больница, осушающие системы позволяют сделать большое здание комфортным и здоровым.

Система осушителя работает, продувая воздух через вращающееся колесо, которое содержит осушающий материал, который поглощает воду из воздуха. Затем этот воздух циркулирует через систему HVAC, где он охлаждается или нагревается в зависимости от потребности. Здесь есть одна загвоздка: чтобы регенерировать осушающее колесо, необходимо нагреть воздух и направить его через другую сторону осушающего колеса, чтобы вытеснить воду, а это требует энергии.

По словам Санд, в Btus удаленной воды по сравнению с Btus энергии, потраченной на сушку осушителя, вы получаете коэффициент энергии меньше единицы, но он все же более эффективен, чем запуск кондиционера с пониженной температурой для осушения.Осушители окупаются тремя способами: они более эффективно выводят влагу из воздуха, сухой воздух не должен быть таким же холодным, и он избавляет вашу систему охлаждения от нагрузки по удалению воды.

Это не столько технология энергосбережения, но и обычная система переменного тока платит гораздо больший штраф. Адсорбционные системы — это способ избежать резкого увеличения затрат на HVAC в здании, которое могло бы произойти, если бы для обработки этого увеличенного количества вентиляционного воздуха использовалось обычное кондиционирование воздуха.

Частью задачи ORNL является помощь небольшим производителям адсорбционных систем работать в партнерстве с более крупными производителями HVAC, которые начинают создавать и продавать системы HVAC с использованием поставляемых ими адсорбционных систем.

«Мы помогали предоставлять эффективные технологии, а также стандарты производительности и рейтинги для отрасли», — говорит Санд. Датчики и элементы управления, уникальные для осушающих систем, еще не разработаны, в некоторых датчиках влажности до сих пор используется конский волос, а хорошие датчики влажности дороги.

По словам Сэнда, некоторые применения осушителей — это логическая хитрость. На хоккейных площадках почти всегда используются адсорбционные системы осушения, потому что вы должны охлаждать пол, чтобы сохранить лед, а у вас есть комната, полная людей, излучающих тепло и влагу. Если воздух не высохнет, скоро будет мокрый лед и туман. Продуктовые магазины с их кулерами в рядах также являются хорошими кандидатами.

ORNL недавно опубликовал субподрядный отчет для Министерства энергетики в рамках его программы разработки технологий и приложений осушителей под названием «Причины проблем с качеством воздуха в помещениях в школах: сводка научных исследований».Исследование связывает плохую циркуляцию воздуха и плохой контроль влажности с частотой респираторных заболеваний в классе. Он определяет осушающие системы как способ обеспечить более свежий воздух молодым людям, которые могут больше страдать от проблем с воздухом в помещении, чем взрослые.

Около 10 школ Джорджии и Флориды участвуют в последующих полевых испытаниях. В некоторых есть обычный кондиционер; в некоторых есть регуляторы влажности, — говорит Сэнд. Хорошо изучите споры плесени, уровень углекислого газа и наличие биогенов в школах, а затем сравните прогулы и необходимость в замене учителей.Школы, особенно на юго-востоке, более закрыты и имеют серьезные проблемы с плесенью и грибком. Это исследование будет использовано для разработки стратегий улучшения качества воздуха в помещениях и, следовательно, учебного процесса в школах.

Исследования по осушающим материалам Отдела энергетики финансируются Управлением строительных технологий Министерства энергетики США. — г. до н.э.

Новый гидрогель использует влагу воздуха для практического применения

Высокая влажность вызывает дискомфорт и делает жаркие дни еще более невыносимыми. Группа исследователей из Национального университета Сингапура (NUS) изобрела новый гелеобразный материал, который не только эффективно осушает окружающий воздух для повышения теплового комфорта, но и использует влагу из воздуха для широкого спектра практических применений. например, функция защиты от солнца или защиты конфиденциальности, токопроводящие чернила и даже батарея. И все эти интересные свойства присущи материалу после водопоглощения, без необходимости во внешнем питании.

Уникальный гидрогель представляет собой форму оксида цинка — соединения, содержащегося в солнцезащитных кремах — в гелеобразном состоянии. Он может поглощать воду из окружающей среды более чем в 2,5 раза больше своего веса и работает как минимум в восемь раз лучше, чем коммерческие сушильные агенты. Он подходит как для внутреннего, так и для наружного применения, а также дешев и прост в производстве.

«В Сингапуре, как и во многих тропических странах, наблюдается высокий уровень относительной влажности от 70 до 80 процентов.Во влажной среде воздух насыщен водой, и в результате пот на нашем теле испаряется медленнее. Это заставляет нас чувствовать себя жарче, чем реальная температура окружающей среды, что приводит к сильному дискомфорту. Наш новый гидрогель направлен на достижение охлаждающего эффекта за счет очень эффективного удаления влаги из окружающего воздуха «, — сказал доцент Сви Чинг Тан из отдела материаловедения и инженерии инженерного факультета NUS, который руководил исследованием.

«Этот новый гидрогель работает по крайней мере в восемь раз лучше, чем существующие осушители, такие как силикагель и хлорид кальция, при удалении влаги из воздуха — он может поглощать больше воды, работает быстрее и использует меньше материала.В отличие от энергоемких систем осушения и кондиционирования, этому гидрогелю не требуется электричество для работы. Его можно легко наносить на стены, окна и даже декоративные элементы (например, скульптуры) для выполнения функции осушения », — добавил профессор Тан.

Повышение теплового комфорта

Гидрогели — это материалы, которые содержат большое количество воды и обычно используются в контактных линзах, перевязочных материалах и средствах личной гигиены. В последнее время гидрогели используются для биомедицинских применений, таких как тканевая инженерия и доставка лекарств.Однако способность гидрогелей поглощать воду из окружающего воздуха еще недостаточно изучена.

Новый гидрогель, разработанный командой инженеров NUS, извлекает молекулы воды непосредственно из окружающего воздуха и снижает относительную влажность в замкнутом пространстве с 80 до 60 процентов — в зоне теплового комфорта — менее чем за семь минут.

Этот материал подходит для снижения относительной влажности как в помещении, так и на улице, например, в больничных палатах и ​​классах без кондиционирования воздуха, а также в парках и на автобусных остановках.

Использование влажности для широкого спектра применений

Профессор Тан сказал: «Влага в воздухе — богатый ресурс, но есть несколько попыток собрать и использовать ее с пользой. Когда наш новый гидрогель поглощает воду, мы заметили, что он проявляет интересные оптические, электрические и электрохимические свойства. Это открывает широкий спектр полезных приложений ».

После попадания воды из окружающей среды новый гидрогель становится непрозрачным и снижает передачу инфракрасного излучения примерно на 50%.Это означает снижение температуры окружающей среды более чем на семь градусов по Цельсию. Следовательно, гидрогель можно использовать в качестве материала для умных окон, чтобы блокировать тепло от естественного солнечного света, одновременно выступая в качестве экрана конфиденциальности. При использовании вместе с кондиционерами домовладельцы могут сэкономить на расходах на электроэнергию, поскольку более прохладный окружающий воздух потребует меньше электроэнергии для его охлаждения до желаемой температуры.

Еще одно интересное применение гидрогеля — функционирование в качестве проводящих чернил на печатных платах, обычно используемых в электронных устройствах.Гелеобразный характер материала делает его очень привлекательным для гибкой электроники. Гидрогель можно легко стереть обычными растворителями, такими как уксус, так что печатные платы можно будет использовать повторно. Это поможет сократить количество электронных отходов.

Исследовательская группа также обнаружила, что гидрогель может генерировать около 1,8 вольт электричества — аналогично батарее AA — чего достаточно для питания таких устройств, как небольшие цифровые часы. Таким образом, материал также может использоваться в качестве аварийного источника энергии в ситуациях, когда нет солнечного света или электричества.

Эти результаты исследования были опубликованы в онлайн-журнале « Energy & Environmental Science » 24 мая 2018 г.

Разработка нового гидрогеля поддерживается NUS и Министерством образования Сингапура. После многообещающих результатов использования гидрогеля для значительного снижения относительной влажности, исследовательская группа при поддержке Отдела по связям с промышленностью NUS получила существенное финансирование от Temasek Foundation Ecosperity для тестирования этого нового приложения в более широком масштабе как в помещениях, так и на открытом воздухе. .

Исследовательская группа NUS подала патент на свое изобретение, и исследователи проведут дополнительные исследования для дальнейшего продвижения применения различных свойств нового гидрогеля.

Ссылка : Новый гидрогель использует влагу воздуха для практического применения (30 мая 2018 г.) получено 27 октября 2021 г. с https: // физ.org / news / 2018-05-гидрогелевые-жгуты-воздух-влага-приложения.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Что можно использовать для поглощения влаги?

Как впитать влагу

• Запустите осушитель.Осушители поглощают влагу из воздуха, конденсируя воду на холодной поверхности (обычно это холодные металлические змеевики).
• Повесьте упаковки с химикатами, которые впитывают влагу .
• Посыпьте пищевой содой участок, покрытый влагой .
• Проведите губкой или скребком по избытку влаги .

Щелкните, чтобы увидеть полный ответ

Что лучше всего впитывает влагу?

Хлорид кальция.Пожалуй, лучший поглотитель влаги — это хлорид кальция, смесь хлора и кальция. Он обладает очень сильным абсорбирующим свойством влажность , что делает его идеальным кандидатом для проектов абсорбции влаги и влаги .

Еще можно спросить, а можно ли использовать соль для поглощения влаги? Использование каменной соли для поглощения влаги Поскольку каменная соль «гигроскопична», она поглощает влагу из воздуха. Если ваш план состоит в том, чтобы извлечь влажность из влажного подвала , начните с пятидесятифунтового мешка NaCL (хлорида натрия), чтобы сделать осушитель каменной соли .

Каким образом вы естественным образом осушаете комнату?

Способы естественного осушения вашего дома

1. Поглощение влаги. Если вы разместите горшки с хлоридом кальция в проблемных местах дома, вы увидите быстрое снижение уровня влажности.
2. Проветривайте дом.
3. Удалите комнатные растения.
4. Принимайте более короткие душевые.
5. Вентиляционные осушители.
6. Устранить утечки.
7. Установите солнечный воздухонагреватель.
8. Перейти на источники сухого тепла.

Отводит ли пищевая сода влагу?

Посыпьте пищевой содой участок, покрытый влагой влаги . Пищевая сода впитает влагу . Этот метод обычно используется для поглощения влаги ковров и ковровых покрытий. После того, как пищевая сода простояла в течение нескольких часов, просто пропылесосьте ее с до .

Сверхгигроскопичный насос влаги на основе нановолоконной мембраны для осушения воздуха в помещениях с помощью солнечной энергии

Дизайн в стиле дерева для насоса влажности на основе NFM

Натуральное дерево из ствола дерева демонстрирует особые конструкции с горизонтальными иерархическими сотовыми сетями и вертикальными взаимосвязанными каналами, которые качать и транспортировать воду с земли вверх по потоку через транспирацию (рис.1а – в). Вдохновленный этой особой структурой и уникальными функциональными характеристиками, был разработан биомиметический древесно-подобный NFM (рис. 1d) для поглощения влаги и испарения водяного пара. Поверхность NFM представляла собой аккуратно организованную структуру сотовой сети, похожую на дерево. Изображение, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) с большим увеличением, показало одну ячейку с размером пор ~ 1 мм (вставка на рис. 1d). Как показано на рис. 1e, производство началось с NFM PAN / MIL-101 (Cr) (PAN / MIL) с многослойной древесно-подобной структурой сотовой сети, полученной непосредственно путем электроспиннинга.Затем PAN / MIL NFM пропитывали раствором LiCl для получения NFM PAN / MIL-101 (Cr) @LiCl (PAN / MIL @ LiCl). Благодаря высокопористой структуре и пушистой многослойной архитектуре PAN / MIL NFM, LiCl эффективно проникает через поверхностный слой и проникает во внутренний слой NFM и пористые нановолокна. Затем нановолокна полиакрилонитрил / углеродная сажа (PAN / CB) были электропрядены на нановолоконной подложке PAN / MIL @ LiCl для создания биомиметического двухслойного PAN / MIL @ LiCl-PAN / CB (PML-PC) NFM (средняя вставка на рис. .1д). Схематические структуры влагопроницаемого двухслойного NFM и предлагаемый путь переноса влаги показаны на рис. 1f. Биомиметический двухслойный PML-PC NFM с деревянными сотовыми сетями и взаимосвязанными открытыми каналами может выполнять откачку влаги и выдыхание пара. Примечательно, что осушающий слой (PAN / MIL @ LiCl NFM) отвечал за поглощение влаги из воздуха в помещении, а поглощенные молекулы воды десорбировались за счет тепла, генерируемого солнечным тепловым преобразованием фототермического слоя (PAN / CB NFM) при освещении солнечным светом.Поглощенные молекулы воды переносились на улицу, проходя через слой осушителя и фототермический слой. Таким образом, предлагаемая биомиметическая двухслойная конструкция NFM может обеспечить высокоэффективное и непрерывное осушение помещений под действием солнечного излучения, чтобы служить насосом влаги на основе NFM.

a — c Натуральная древесина, полученная из ствола дерева, содержит специальные структуры с горизонтальными иерархическими сотовыми сетями и вертикальными взаимосвязанными каналами, которые помогают перекачивать и транспортировать воду из земли через транспирацию. d Макроморфология биомиметического PAN / MIL NFM с древесной структурой сотовой сети. На вставке показано СЭМ-изображение с большим увеличением одной ячейки в PAN / MIL NFM. e Схематическое изображение изготовления биомиметического бислоя PML-PC NFM. Нановолокна PAN / CB были непосредственно электропрядены на многослойной древесно-подобной подложке сотовой сети нановолокон PAN / MIL @ LiCl. На средней вставке показана развитая двухслойная НФМ. f Схематическая структура влагопроницаемого двухслойного NFM и предложенный путь переноса влаги при солнечном освещении.Поглощенные молекулы воды переносятся на улицу, проходя через слой осушителя и фототермический слой.

Характеристики морфологии и структуры осушающего слоя

Микроморфологии биомиметического древесно-подобного PAN / MIL NFM показаны на рис. 2a – d. Особый интерес представляет то, что технология электроспиннинга позволила собрать нановолокна PAN / MIL в высокоупорядоченную архитектуру сотовой сети, состоящую из элементарных ячеек, взаимосвязанных нановолоконных стенок ячеек и выровненных и однородных нановолокон, имитирующих структуру древесины как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях.Кроме того, объединенные кластеры нановолокон были локально ориентированы по краям сотовых сетей, что способствовало диффузии и испарению воды. Свежеприготовленный светло-зеленый PAN / MIL NFM показал отличную гибкость и многослойную архитектуру (вставка на рис. 2c). Как правило, мы были рады обнаружить, что наночастицы MIL-101 (Cr) были равномерно распределены по нановолокнам, показывая, что разработанные нановолокна имели иерархическую шероховатость и нанопористую структуру (рис. 2d).Пористая структура способствовала поглощению влаги и диффузии пара ³⁵ . Формирование ячеистой сетевой структуры можно объяснить конкурентным действием поверхностного натяжения и электростатического отталкивания влажных электропряденых нановолокон ^36,37 . Мы предлагаем упрощенную модель для объяснения трехмерного (3D) механизма самосборки многослойной деревянной структуры сотовой сети PAN / MIL NFM (рис. 2e). Когда влажные нановолокна были осаждены и вступили в контакт с частично перекрывающимися кластерами нановолокон, поверхностное натяжение могло привести к тому, что часть вблизи точки контакта слилась в кластеры нановолокон, что привело к накоплению заряда на поверхности нановолокон и увеличению электростатического заряда. отталкивание между нановолокнами.С увеличением электростатического отталкивания нановолокна вдали от точки контакта могли выгнуться наружу. Наконец, кластеры нановолокон были изогнуты в обратном направлении, чтобы сформировать трехветвленную структуру. На основе этого осажденные нановолокна были уложены слой за слоем и сформированы трехмерные многослойные сотовые сети, состоящие из множества трехветвленных кластеров. Одновременно с этим добавление наночастиц MIL-101 (Cr) увеличивало проводимость раствора для электропрядения. Заряженные капли действовали как подвешенные кластеры, которые подвергались быстрой самосборке за счет диссипации, чтобы минимизировать их энергию ³⁸ .Быстрая деформация растяжения из-за дифференциальных микроэлектрических полей и дополнительного испарения растворителя приводила к образованию сборок нановолокон с ячеистыми сетками.

a — d СЭМ-изображения с увеличивающимся увеличением, демонстрирующие структуру биомиметической древесной клеточной сети PAN / MIL NFM. На вставке ( c ) представлена ​​готовая гибкая фотография PAN / MIL NFM с многослойной архитектурой. e Схема, показывающая трехмерный механизм самосборки PAN / MIL NFM с многослойной деревянной структурой сотовой сети. ПЭМ-изображения нановолокна ( f ) PAN / MIL и ( г ) чистых кристаллов MIL-101 (Cr). h , i СЭМ-изображения сверху вниз и в поперечном сечении PAN / MIL @ LiCl NFM. На вставке ( х ) — изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа с большим увеличением. j Фотография, демонстрирующая гибкость PAN / MIL @ LiCl NFM и ее многоуровневую архитектуру. k Изображение FE-SEM и соответствующие элементные карты PAN / MIL @ LiCl NFM. l N ₂ изотерм адсорбции-десорбции, m кривых распределения пор по размерам и n рентгенограммы наночастиц MIL-101 (Cr), PAN / MIL и PAN / MIL @ LiCl NFM соответственно.

На рисунке 2f представлено изображение нановолокна PAN / MIL, полученное с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), показывающее, что взаимосвязанные кристаллы MIL-101 (Cr) были равномерно расположены вдоль поверхности и внутри нановолокон.Размер одиночных кристаллов MIL-101 (Cr) составлял около 800 нм (рис. 2g), что указывает на то, что однородные наноразмерные кристаллы MIL-101 (Cr) и нановолокна имеют совместимые размеры, что полезно для электроспиннинга. PAN / MIL NFM был покрыт LiCl путем пропитки для улучшения характеристик поглощения влаги. Диаметр нановолокон PAN / MIL @ LiCl был одинаковым (рис. 2h). СЭМ-изображение с большим увеличением ясно показало, что нановолокна сохранили свою иерархическую шероховатость и наноструктуру (вставка на рис.2h), показывая, что покрытие LiCl существенно не нарушило исходную морфологию. Изображение поперечного сечения NFM PAN / MIL @ LiCl на рис. 2i показывает, что пушистый многослойный NFM имел толщину ~ 980 мкм, а также сохранял гибкость и многослойную архитектуру (рис. 2j). Интересно, что многослойный NFM может быть удален слой за слоем (дополнительный рисунок 1). Кроме того, были получены изображение, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии (FE-SEM) и соответствующие элементные карты PAN / MIL @ LiCl NFM (рис.2к). Cr и O, полученные из MIL-101 (Cr), были равномерно распределены вдоль нановолокон PAN вместе с C, дополнительно показывая, что кристаллы MIL-101 (Cr) были однородно распределены на нановолокнах. Кроме того, распределение Cl подтвердило, что LiCl был полностью и равномерно распределен по мембране.

Учитывая, что пористая структура является важным элементом в адсорбционных материалах, образцы были систематически исследованы с помощью измерений адсорбции-десорбции N ₂ .На всех изотермах наблюдаются типичные изотермы типа I без явных петель гистерезиса (рис. 2l). Равновесие быстрой адсорбции можно приписать заполнению микропор, что указывает на то, что в наночастицах MIL-101 (Cr) и NFM существует большое количество микропор. Согласно модели Хорват-Кавазо (HK) и методу теории функционала плотности (DFT), соответствующие кривые распределения пор по размерам (PSD) показали, что размеры микропор были сосредоточены в районе 0,40-0,75 нм (рис. 2m), что было больше, чем у кинетический диаметр (0.27–0,32 нм) молекулы воды ³⁹ , тем самым способствуя поглощению влаги и диффузии водяного пара. Удельная поверхность по Брунауэру – Эммету – Теллеру (БЭТ) и параметры структуры пор перечислены в дополнительной таблице 1. PAN / MIL NFM обеспечил большое количество участков для загрузки LiCl из-за его высокой удельной площади поверхности (724 м ² г ^-1 ) и пористости. Тем не менее, удельная площадь поверхности по БЭТ ( S _BET ) уменьшилась до 398 м ² г ^-1 после покрытия LiCl, что означает, что покрытие LiCl блокировало некоторые поры.Как представлено на фиг. 2n, характерные пики MIL-101 (Cr) были четко видны на дифрактограмме рентгеновских лучей (XRD) синтезированных кристаллов MIL-101 (Cr). Дифрактограммы NFM PAN / MIL и PAN / MIL @ LiCl близко совпадают с дифракционными картинами кристаллов MIL-101 (Cr), показывая наличие четко определенных MOF в NFM и аморфную структуру LiCl в PAN / MIL @ LiCl. NFM.

Характеристики влагопоглощения и просачивания воды осушающим слоем

Поведение PAN / MIL @ LiCl NFM по поглощению влаги оценивали гравиметрически при 25 ° C и различной влажности.Как видно на рис. 3a, влагопоглощающая способность высушенного PAN / MIL @ LiCl NFM при относительной влажности 60%, 70%, 80% и 90% достигла 1,03, 1,64, 2,72 и 3,01 г / г ^-1 соответственно. . Следует отметить, что NFM PAN / MIL @ LiCl быстро поглощает влагу из влажного воздуха в течение часа (рис. 3b). Содержание поглощенной воды и время достижения насыщения значительно увеличиваются с увеличением влажности окружающей среды, поскольку большее количество молекул воды может объединяться с активными центрами на NFM. Что касается материалов и структур, синергетический эффект MIL-101 (Cr) и LiCl в осушающем слое придает материалу сверхгигроскопичность, а пористая нановолоконная структура значительно увеличивает скорость поглощения и переноса влаги.Во-первых, MIL-101 (Cr) имел большую удельную поверхность, высокую пористость и богатые гидрофильные активные центры (кластеры Cr – O), которые способствовали поглощению молекул воды. Кроме того, нановолоконная структура способствует быстрому поглощению влаги, а LiCl снижает давление водяного пара на поверхности NFM, что приводит к большей движущей силе для диффузии воды, тем самым значительно улучшая влагопоглощающую способность и чувствительность к влажности PAN / MIL @ LiCl NFM. ⁴⁰ .

a , b Кинетика влагопоглощения PAN / MIL @ LiCl NFM при 25 ° C и различной влажности. c Циклическая стабильность абсорбции-десорбции влаги NFM PAN / MIL @ LiCl и PAN @ LiCl при 25 ° C и относительной влажности 70% (десорбция при 100 ° C). d Сравнительная диаграмма влагопоглощающей способности некоторых представленных типичных осушающих материалов: PVA-LiCl NFM ²⁷ , гель IPN ⁴¹ и гидрогель ⁴² .MIL-101 (Cr) ²⁴ , MIL-101 (Cr) @GO ²³ , Y-shp-MOF-5 ³ и CaCl ₂ @ UiO-66 ⁴³ . e Оптические фотографии, показывающие поглощение влаги на поверхности, просачивание воды и изменение цвета PAN / MIL @ LiCl NFM при 25 ° C и относительной влажности 90%. f Схема, показывающая поведение PAN / MIL @ LiCl NFM при поглощении влаги и просачивании воды. г Схема, показывающая механизм водопоглощения MIL-101 (Cr) в PAN / MIL @ LiCl NFM. ч Оптические фотографии очищенного монослоя PAN / MIL @ LiCl NFM после поглощения влаги и сушки.

Для обеспечения низкого энергопотребления в практических применениях требуется постоянное осушение для осушителей, используемых в системах энергообмена, таких как насосы влажности и осушители ⁴¹ . Таким образом, необходимо учитывать циклическую стабильность абсорбции-десорбции влаги для NFM. Как показано на рис. 3c, был приготовлен PAN @ LiCl NFM (дополнительные методы) для сравнения с PAN / MIL @ LiCl NFM. Влагопоглощающая способность PAN / MIL @ LiCl NFM при 25 ° C и относительной влажности 70% была намного выше, чем у PAN @ LiCl NFM, что указывает на то, что введение MOF дополнительно улучшило гигроскопичность и возможность повторного использования NFM.Очевидно, влагопоглощающая способность PAN / MIL NFM осталась на уровне 89,8% (0,79 г на г ^-1 ) от его начальной емкости (0,88 г г ^-1 ) после десяти циклов, тогда как PAN / MIL @ LiCl NFM сохранила 99,4 % (1,63 г г ^-1 ) от его начальной емкости (1,64 г г ^-1 ). Примечательно, что пористая структура MIL-101 (Cr) и пористая нановолоконная структура PAN / MIL NFM обеспечивают хорошую поддержку LiCl для образования PAN / MIL @ LiCl NFM. С помощью пор и каналов PAN / MIL @ LiCl NFM удалось избежать потерь LiCl в максимально возможной степени, что повысило долговременную стабильность NFM.Чтобы дополнительно оценить преимущества PAN / MIL @ LiCl NFM для поглощения влаги, абсорбционная способность была количественно сравнена с ранее сообщенными осушающими материалами (рис. 3d) ^{3,23,24,28,41,42,43} . Очевидно, что PAN / MIL @ LiCl NFM в этой работе продемонстрировал превосходную гигроскопичность при 25 ° C и различной влажности по сравнению с другими осушителями. В результате PAN / MIL @ LiCl NFM может полностью удовлетворить потребности практических применений и может легко работать при температуре окружающей среды, превосходя по своим характеристикам другие гранулированные твердые осушающие материалы.

Для наблюдения за сбором воды после поглощения влаги мы поместили PAN / MIL @ LiCl NFM при 25 ° C и относительной влажности 90% на определенное время. Рисунок 3e показывает, что NFM быстро впитывает влагу за короткое время (чувствительность к влагопоглощению), а цвет NFM постепенно становится более темным после поглощения влаги. Поверхность NFM начинала сочиться водой через 3 ч, и количество жидкой воды увеличивалось со временем поглощения влаги. Жидкая вода появилась в стекле часов через 6 ч. На рисунке 3f показано поведение PAN / MIL @ LiCl NFM при поглощении влаги и просачивании воды.Молекулы воды абсорбировались и сжижались на поверхности NFM, в основном из-за присутствия гигроскопичных LiCl и MOF. Затем вода диффундировала в пористые сети NFM, позволяя улавливать воду из влажного воздуха. Многослойные сотовые сети из гидрофильных NFM PAN / MIL @ LiCl облегчают хранение воды. В результате жидкая вода собиралась непосредственно из влажного воздуха путем поглощения влаги (газа) и просачивания воды с использованием PAN / MIL @ LiCl NFM без потребления энергии (скрытая теплота испарения и конденсации) ⁴¹ .Это уникальное свойство демонстрирует возможность применения NFM PAN / MIL @ LiCl в качестве энергоэффективного материала, преобразующего газообразную воду в жидкую воду.

На рисунке 3g более подробно рассматривается механизм водопоглощения MIL-101 (Cr) в PAN / MIL @ LiCl NFM. Во-первых, молекулы воды химически абсорбировались на активных центрах NFM, что приводило к диссоциации с образованием непрерывных гидроксильных групп. Впоследствии две соседние гидроксильные группы абсорбировали молекулы воды через двойные водородные связи с образованием первого физического абсорбирующего слоя.При высокой относительной влажности молекулы воды полностью покрывали поверхность NFM, образуя первый жидкий водный слой. Затем реабсорбированные молекулы воды образовали непрерывную сеть жидких водных слоев за счет одинарных водородных связей ^44,45,46 . Процесс поглощения влаги сопровождался необратимой (гистерезисной) капиллярной конденсацией ⁷ . В конце концов, емкость абсорбированных молекул воды постепенно достигла насыщения, и происходит просачивание воды. Хотя просачивание воды из NFM все еще требует дальнейших исследований для повышения эффективности, использование NFM для поглощения влаги и сбора воды, вероятно, станет многообещающей системой в будущем.Фазовый переход молекул воды из газовой фазы в жидкую с использованием высушенной мембраны откроет множество возможностей для разработки гибких осушителей для систем энергообмена с низким энергопотреблением. Кроме того, особенно интересно, что очищенный монослой PAN / MIL @ LiCl NFM был высушен через 1 мин под естественным солнечным светом, демонстрируя очевидную иерархическую структуру сотовой сети (рис. 3h). Это указывает на то, что подобный дереву однослойный NFM демонстрирует сверхбыструю скорость диффузии и испарения воды при освещении солнечным светом.

Характеристики и свойства фототермического слоя

Для достижения испарения водяного пара из осушающего слоя под солнечным светом был приготовлен PAN / CB NFM в виде фототермического слоя на основе PAN / MIL @ LiCl NFM. СЭМ-изображения, показанные на рис. 4a, b, демонстрируют, что PAN / CB NFM состоял из сильно открытых трехмерных сетей нановолокон (~ 480 нм), которые обеспечивали каналы для испарения воды. На рис. 4c представлено электронно-микроскопическое изображение нановолокон PAN / CB, которое показывает, что наночастицы CB были равномерно внедрены в нановолокно, образуя шероховатую поверхность.Шероховатая поверхность нановолокон PAN / CB и введение наночастиц CB значительно усилили рассеяние падающего света в фототермическом слое, что улучшило эффективное поглощение широкополосного солнечного излучения. Таким образом, генерируемое тепло эффективно удерживалось внутри фототермического слоя с минимальными потерями в воздух, что усиливало испарение воды. Фотографии складывания и скручивания PAN / CB NFM демонстрируют его превосходную гибкость и восстановление при изгибе (рис. 4d). Спектры комбинационного рассеяния также показали, что наночастицы CB были успешно включены в нановолокна PAN (рис.4д). Для PAN NFM не было очевидного характеристического пика, тогда как два широких характеристических пика около 1350 и 1600 см ^-1 наблюдались в спектре комбинационного рассеяния PAN / CB NFM, которые соответствовали полосам D и G углерода, соответственно. ^47,48 . PAN / CB NFM имел высокое солнечное поглощение 93% в широкой длине волны от 250 до 2500 нм в стандартном солнечном спектре (AM1,5 G), что было намного выше, чем у PAN NFM (рис. 4f). Для исследования влагопроницаемости были проведены испытания WVT.Пять кривых PAN, PAN / MIL, PAN / MIL @ LiCl, PAN / CB и двухслойных NFM PML-PC были почти идентичны (дополнительный рисунок 2), что указывает на то, что добавление MIL-101 (Cr) или CB и покрытие LiCl не влияло на способность WVT. Это было приписано наноразмерным размерам частиц и небольшим доменам агрегации частиц, которые не привели к значительному изменению структуры пор и каналов. Кроме того, между нановолокнами электропрядения образовывались многочисленные макропоры. Следовательно, как слой осушителя, так и фототермический слой обладают хорошей влагопроницаемостью.

a , b СЭМ-изображения PAN / CB NFM. c ПЭМ-изображение нановолокна PAN / CB. d Фотографии испытаний на складывание и скручивание PAN / CB NFM. e Рамановские спектры NFM PAN / CB и PAN. f Светопоглощение NFM PAN / CB и PAN. Спектральная энергетическая освещенность (желтая тень), взвешенная по стандартному солнечному спектру AM1,5 G. г Схема процессов переноса влаги и испарения биомиметического бислоя PML-PC NFM. h ИК-тепловые изображения, показывающие распределение температуры поверхности PAN / MIL @ LiCl NFM и двухслойного PML-PC NFM при освещении одним солнцем через фиксированное время. i Изменение температуры поверхности PAN / MIL @ LiCl NFM и двухслойного PML-PC NFM в зависимости от времени при моделировании солнечного излучения мощностью 1 кВт · м ⁻² . j Изменение массы в PAN / MIL @ LiCl NFM и двухслойном PML-PC NFM в зависимости от времени облучения при освещении одним солнцем. k Эволюция скорости испарения воды для PAN / MIL @ LiCl NFM и двухслойного PML-PC NFM как функция времени при солнечном облучении.

Благодаря высокому широкополосному поглощению солнечной энергии, быстрому переносу влаги и хорошей влагопроницаемости, двухслойный PML-PC NFM обеспечивает эффективное преобразование солнечной энергии и улучшенное испарение водяного пара при освещении одним солнцем. На рисунке 4g показаны процессы переноса влаги и испарения биомиметического двухслойного PML-PC NFM под воздействием солнечного излучения. Чтобы проиллюстрировать важность фототермического слоя, распределение температуры поверхности PAN / MIL @ LiCl NFM и двухслойного PML-PC NFM при освещении одним солнцем было зарегистрировано инфракрасной (ИК) тепловой камерой (рис.4ч). Начальные температуры поверхности PAN / MIL @ LiCl NFM (20,4 ° C) и двухслойного PML-PC NFM (20,5 ° C) были почти идентичны до освещения. Однако температура поверхности двухслойного PML-PC NFM быстро увеличивалась в течение нескольких минут и достигла 74,3 ° C через 60 минут (рис. 4i). Превосходное удержание тепла двухслойного PML-PC NFM при низкоинтенсивном освещении показывает, что материал имеет эффективное солнечное тепловое преобразование, что может способствовать испарению воды под действием солнечной энергии. Для исследования характеристик испарения были измерены совокупные потери массы PAN / MIL @ LiCl NFM и двухслойного PML-PC NFM при моделированном солнечном облучении мощностью 1 кВт · м ^-2 .Потеря массы была почти линейной в течение первых 10 мин, после чего скорость испарения замедлялась и постепенно стабилизировалась (рис. 4j, k). Двухслойный PML-PC NFM имел высокую скорость испарения, быстро десорбировал влагу и высыхал в течение 20 мин под солнечным облучением. После 20 минут солнечного освещения скорость испарения двухслойного PML-PC NFM составила 1,47 кг м ^-2 ч ^-1 , что намного выше, чем у NFM без фототермического слоя (0,87 кг м ⁻² ч ⁻¹ ).Таким образом, эти факты подтверждают, что высокая скорость испарения двухслойного PML-PC NFM при слабом облучении объясняется его превосходной влагопроницаемостью, быстрым переносом влаги и отличным поглощением света, а также его высокоэффективным преобразованием света в тепло, обеспечиваемым за счет локализация тепла.

Производительность влагопоглотителя и модели применения

Для оценки практического применения подготовленный двухслойный PML-PC NFM, состоящий из светло-зеленого слоя осушителя (PAN / MIL @ LiCl NFM) и черного фототермического слоя (PAN / CB NFM) использовался в качестве насоса влажности на основе NFM.Двухслойный PML-PC NFM обладал превосходной гибкостью и складываемостью (рис. 5a), что делало его портативным и удобным для практических применений в окружающей среде. Кроме того, двухслойный PML-PC NFM с определенной механической прочностью может иметь самоподдержку во время нанесения (дополнительный рис. 3). На рис. 5b показано поперечное сечение двухслойной NFM PML-PC, состоящей из NFM PAN / MIL @ LiCl и NFM PAN / CB. PAN / CB NFM толщиной ~ 180 мкм покрывали пушистым многослойным PAN / MIL @ LiCl NFM толщиной ~ 980 мкм.Стоит отметить, что большая площадь (70 см × 40 см) двухслойного PML-PC NFM может быть легко изготовлена ​​с помощью электропрядения (рис. 5c), что очень важно для практических приложений.

a Фотографии теста складывания двухслойного PML-PC NFM. b СЭМ-изображение поперечного сечения двухслойного PML-PC NFM, состоящего из PAN / MIL @ LiCl NFM и PAN / CB NFM. c Масштабируемая демонстрация двухслойной PML-PC NFM. d Уменьшенная модель птичника для испытаний на постоянное осушение. e Схематическое изображение модели насоса влажности при имитации солнечного излучения. Когда свет от солнечного симулятора освещает поверхность двухслойного PML-PC NFM, влага из воздуха в помещении перекачивается двухслойным PML-PC NFM и затем испаряется в виде водяного пара. Синие стрелки показывают направление движения двери. f Схема, показывающая движение влаги через модель насоса влажности для достижения осушения в помещении. г Относительная влажность и температура в помещении с течением времени при освещении одним солнцем для двухслойных NFM PAN-PC и PML-PC, когда устройство было помещено в среду с окружающей влажностью 46% и 80% соответственно. Графики, показывающие снижение относительной влажности в замкнутом пространстве, поскольку двухслойные NFM поглощают влагу из влажного воздуха и испаряются снаружи. Применение модели ( h ) атмосферного водоуборочного комбайна с новым висящим гигроскопическим слоем и ( i ) концепции «умного окна», в которой двухслойная мембрана используется в качестве материала для осушения помещений.

Прототип насоса влажности был построен с использованием двухслойного PML-PC NFM, чтобы оценить его эффективность непрерывного осушения. Испытательное устройство состояло из модели дома, имитатора солнечного излучения, а также регистратора данных температуры и влажности (рис. 5d). Уменьшенная модель дома была построена с размерами 40 см × 50 см × 40 см, а окно площадью 6 см × 6 см было спроектировано для установки двухслойной мембраны. На рисунке 5e схематически изображена модель насоса влажности при моделировании солнечного излучения.Когда свет от солнечного симулятора освещал поверхность двухслойного PML-PC NFM, влага в воздухе в помещении откачивалась двухслойным PML-PC NFM и одновременно переносилась на улицу в виде водяного пара. На рисунке 5f показано, что влага активно перемещалась из среды с высокой влажностью в среду со средней влажностью, а также из среды с высокой влажностью в среду со сверхвысокой влажностью через двухслойный PML-PC NFM под воздействием солнечного излучения. Это уникальное преимущество с точки зрения осушающей способности нового насоса влажности на основе NFM по сравнению с традиционными осушителями.

В качестве доказательства концепции было оценено снижение относительной влажности в замкнутом пространстве, в котором двухслойные NFM поглощали влагу из влажного воздуха и испаряли ее снаружи (рис. 5g). Когда устройство было помещено в среду с влажностью окружающей среды 46%, относительная влажность в помещении снизилась с 70 до 48,9% в течение 2 часов с использованием двухслойного PML-PC NFM, а при использовании двухслойного PAN-PC NFM — до 50,7%. На этот процесс осушения может влиять конвекция воздуха. Поэтому, чтобы использовать насос влажности для непрерывного осушения, устройство было помещено в среду с влажностью окружающей среды 80%.Внутренняя относительная влажность в домашней модели стабильно снижалась с 70 до 58,3% в течение 2 часов с использованием двухслойного PML-PC NFM, в то время как с использованием двухслойного PAN-PC NFM она снижалась только до 67,5%. Стоит отметить, что температура в помещении оставалась почти постоянной, и лишь минимальные колебания температуры были вызваны поглощением тепла. Эти данные подтвердили, что производительность осушения двухслойного PML-PC NFM была значительно выше, чем у двухслойного PAN-PC NFM, что указывает на то, что синергетический эффект MOF и LiCl играет жизненно важную роль в насосе влаги на основе NFM.Более того, конечная влажность в помещении после осушения с помощью насоса влажности на основе NFM удовлетворяла потребность человеческого организма в комфортной влажности окружающей среды (40–60% относительной влажности). Наконец, было достигнуто высокоэффективное и непрерывное осушение воздуха в помещении при освещении одним солнцем с использованием двухслойного PML-PC NFM, независимо от внешней влажности окружающей среды.

Основываясь на вышеупомянутых превосходных свойствах свежеприготовленного NFM, мы надеемся на широкое применение такого гигроскопичного NFM и предлагаем две модели применения.Одним из применений является атмосферный водоуборочный комбайн, в котором PAN / MIL @ LiCl NFM взвешивается во влажном воздухе для сбора атмосферной воды (рис. 5h). Обе стороны NFM будут контактировать с влажным воздухом, что увеличивает способность и скорость поглощения влаги и сбора воды. Газообразная влага во влажном воздухе может быть успешно преобразована в жидкую воду, а вода, просачивающаяся с поверхности гигроскопичного NFM, может капать со дна дугообразного NFM в резервуар для воды под действием силы тяжести.Другая модель представляет собой концепцию интеллектуального окна (рис. 5i), в которой двухслойный PML-PC NFM, способный к высокоэффективному и непрерывному осушению при солнечном освещении, потенциально может использоваться в качестве экранирующей мембраны влагопроницаемого окна. . Таким образом, ожидается снижение влажности в жилых помещениях, подходящих для комфорта человека.

Можно ли получить конденсат на губке?

На прошлой неделе я вел класс под названием What the Duct !? в учебном лагере строителей в Вирджинии.Пол Франциско был одним из других инструкторов (преподавал качество воздуха в помещении), и в последний вечер за ужином наш разговор перешел на строительную науку. (Представьте себе!) Я не помню точно, как мы туда попали, но почему-то возник вопрос о конденсации. Пол рассказал, как Билл Роуз, автор книги «Вода в зданиях », часто задает вопрос: «Может ли на губке образоваться конденсат?»

Если вы читали книгу Роуза, вы, вероятно, уже знаете ответ. Что ж, позвольте мне перефразировать: если вы прочитали и усвоили материал «Вода в зданиях», , вы знаете ответ.Если вы не читали книгу, теперь вы можете догадаться, к чему я веду. (Но вы все равно должны получить себе копию и прочитать ее.)

На странице 81 книги Роуз цитирует Леонарда Хегера с конференции по конденсации 1952 года: «Я полагаю, что вначале у нас должно быть определение конденсации, и для практических людей конденсация — это то, что вы обнаруживаете на стакане хайболла в 5:30 утра. днем. »

Это также то, что вы получаете на окнах с одинарным стеклом (показано ниже), зеркалах в ванной и траве по утрам.Это происходит, когда воздух с определенной температурой точки росы находит поверхность с этой температурой или ниже. Это происходит в точных условиях температуры и содержания водяного пара в воздухе. Это точка на психрометрической диаграмме.

Губки, конечно, могут иметь определенную температуру и взаимодействовать с водяным паром в воздухе. Однако, в отличие от стеклянной поверхности, губка собирает воду из воздуха в широком диапазоне температур. Это сорбционный материал. Он адсорбирует и впитывает воду на поверхностях и в пространствах пор.

Вкратце, адсорбция относится к воде, которая находится близко к поверхности и прочно связана с ней. Когда материал втягивает столько воды, что некоторые молекулы воды находятся в порах, но не связаны прочно с поверхностью, эти молекулы воды поглощаются. Эти два явления вместе называют сорбцией.

Дерево и кирпич в этом отношении похожи на губку. График ниже, называемый изотермой сорбции, взят из докторской диссертации профессора Криса Тимуска. Как видите, влажность материала зависит от относительной влажности воздуха.Даже если температура материала выше точки росы окружающего воздуха, он может собирать воду. И чем выше относительная влажность, тем больше воды собирается.

Это совсем не похоже на конденсацию. Как говорит Роуз в своей книге, «сорбция — лучший термин, охватывающий адсорбцию и абсорбцию». Когда вы видите конденсат на зеркале в ванной, вы знаете, что точка росы водяного пара в воздухе равна температуре поверхности зеркала или превышает ее.

Когда вы видите губку, которая кажется влажной, даже если ею не пользовались какое-то время, ее температура может быть ниже точки росы, а может и не быть.Но как сорбционный материал это не обязательно. Чем выше относительная влажность, тем больше влаги он адсорбирует и впитывает.

Этот вопрос постоянно возникает в дискуссиях по строительной науке, особенно в отношении того, что происходит с внешней обшивкой. Я тоже виноват в этом. Когда на улице холодно и в здании нет внешней теплоизоляции, мы часто говорим о «конденсации», возникающей, когда влажный воздух из помещения попадает на внутреннюю сторону обшивки. Однако, как и в случае с губкой, влажность этой оболочки зависит от относительной влажности, а не от точки росы.

Итак, вернемся к исходному вопросу: может ли на губке образовываться конденсат? Когда Пол Франциско поднял этот вопрос на обеде на прошлой неделе, он рассказал историю пребывания на сеансе, на котором Билл Роуз задал вопрос, а затем сказал «нет», не может, получить конденсат на губке. Он привел вышеупомянутые причины в поддержку этого ответа.

Затем Пол оспорил аргумент Роуз, сказав, что да, на губке может образоваться конденсат. После того, как вы приняли душ и на зеркале образовался конденсат, вытирайте его губкой.Вот так на губке образуется конденсат.

Статьи по теме

Точка росы — более значимый показатель влажности?

Психрометрия — непостижимая таблица или путь к пониманию?

Подземные воздуховоды Риск конденсации во влажном климате

Почему осень — хорошее время года для конденсации на окнах?

Фотография синей губки, сделанная гошеше с flickr.com, используется по лицензии Creative Commons.

ПРИМЕЧАНИЕ: Комментарии модерируются. Ваш комментарий не появится ниже, пока не будет одобрен.

Можно ли использовать рис для поглощения влаги? — Влажное решение

Помимо высокой питательной ценности, существует распространенное мнение, что рис также можно использовать в качестве поглотителя влаги и сушильного агента.

Если вы никогда об этом не слышали, скорее всего, вы слышали, что кто-то рекомендовал рис как средство от влажных сотовых телефонов и электронных устройств.

Другими словами, если после случайного погружения мобильного телефона, фотоаппарата или зарядного устройства в воду, есть большая вероятность, что вы найдете кого-нибудь, члена семьи, друга или кого-то в Интернете, который порекомендует поместить устройство в миску сырого риса и оставьте там минимум на 24 часа.

Итак, действительно ли рис является поглотителем воды? Можно ли его действительно использовать для поглощения воды и влаги? И можем ли мы положиться на него, чтобы регулировать уровень влажности в наших зданиях и комнатах?

Вот на что я постараюсь ответить в сегодняшнем посте.

Я консультировался со многими научными источниками по рису и его характеристикам водопоглощения, и я счастлив поделиться с вами тем, что я нашел.

Слишком длинный; Не читал.
Рис гигроскопичен, поэтому его можно использовать для поглощения влаги, особенно в тесноте и закрытых ящиках. Однако рис — не идеальное решение для сушки больших помещений, так как для получения удовлетворительных результатов потребуется огромное количество риса.

Короткий и уверенный ответ — да. Рис может впитывать воду.

Позвольте мне сказать вам, почему.

Как и большинство злаков, рис гигроскопичен. Что значит гигроскопичность? Это означает, что он может поглощать и притягивать окружающие молекулы воды, делая при этом близлежащие объекты более сухими и менее влажными.

Однако то, что отличает рис от многих других гигроскопичных продуктов, заключается в том, что рис не расплывается.

Расплывчатый материал также может впитывать воду. Однако он продолжает это делать, пока снова не растворится в этой воде и не станет негерметичным.

Водный раствор не является идеальным поглотителем воды, поскольку после растворения он высвобождает всю воду, которую приобрел, и возвращает ее обратно в окружающую среду, из которой она поступает.

Рис не расплывается и поэтому не растворяется в воде, которую он поглощает. Вместо этого привлеченные молекулы воды просто накапливаются на зернах и не переходят в жидкое состояние.

Вы когда-нибудь задумывались, почему вареные зерна риса кажутся больше и крупнее сырых? Что ж, разница в размерах зависит от воды.

Теперь, когда мы знаем, что рис может впитывать воду, пришло время ответить на вопрос, который мы задали сегодня: можно ли использовать рис для впитывания влаги?

Что ж, учитывая все, что мы сказали в предыдущем разделе, очень важно отметить, что вода, которую впитывает рис, не остается на зернах навсегда.

Так же, как рис может набирать воду, он также может терять ее и делать окружающие предметы более влажными.

Это то, что мы называем десорбцией воды.

Обычно рис поглощает воды, когда окружающая среда влажная, и десорбирует воды, когда окружающая среда сухая.

Почему это происходит? Ну, простыми словами, водяной пар всегда находится в поисках баланса давления.

Это означает, что молекулы воды всегда мигрируют из среды с высоким давлением в среду с более низким давлением.

В более сложных терминах, если есть водяной пар в двух соседних негерметичных средах, эти две среды будут продолжать обмениваться молекулами воды до тех пор, пока давление пара в двух средах не станет одинаковым.

Аналогичным образом, когда рис помещен в комнату, он будет продолжать обмен воды с воздухом до тех пор, пока давление пара в воздухе не станет равным давлению пара в зернах риса.

Думаю, это ответ на вопрос, можно ли использовать рис для поглощения влаги.

Я имею в виду, все зависит от влажности в помещении, куда вы кладете рис.

Если в помещении сыро и высокий уровень влажности, то да, рис впитывает влагу и помогает снизить влажность в этом помещении.

Если, с другой стороны, вы положите рис в сухую комнату, вы можете выстрелить себе в ноги, потому что, если рис имеет высокое содержание влаги, он может выпустить водяной пар в воздух и сделать комнату более влажной.

Все, о чем мы говорили до сих пор, носит чисто теоретический характер и объясняет только то, что наука говорит о гигроскопических свойствах риса.

Теперь, если мы хотим войти в практический мир, мы будем вынуждены задать очень важный вопрос.Сколько риса нам нужно для поглощения влаги?

Помните, что рис будет поглощать влагу только тогда, когда давление пара внутри зерен ниже, чем снаружи.

Когда мы достигнем равновесия давления, рис перестанет притягивать воду, а влажность окружающей среды останется на том же уровне, если вы не добавите больше риса с более низким давлением пара.

Кроме того, несмотря на свои гигроскопические свойства, рис имеет твердую оболочку семян, и поэтому ему потребуется прямой контакт с водой для наиболее эффективного поглощения ее большей части.

Это, вероятно, объясняет, почему положить мокрый сотовый телефон в миску с рисом не всегда получается.

Я имею в виду, рис помогает впитывать часть влаги из устройства, но он не может его полностью высушить, поскольку нет прямого контакта со всей водой внутри.

В любом случае, все это говорит о том, что на самом деле рис будет эффективным только в том случае, если мы нанесем его на небольшие участки с небольшими проблемами влажности.

Здесь да, даже небольшое количество риса подойдет и поможет впитать влагу в проблемной (и небольшой) области.

Если же вы хотите сделать рис регулятором влажности в вашем доме и жилых комнатах, то я боюсь, что вам понадобится огромное количество риса, чтобы вы заметили какие-либо удовлетворительные результаты.

Да, вы угадали. Это не очень практично… Если вы не хотите превратить свой дом в хранилище риса

Что ж, после того, как мы только что сказали, становится ясно, что ответ зависит от того, куда вы хотите положить рис.

Если вы просто хотите высушить шкаф, шкаф, ящик или любую небольшую коробку, в которую вы кладете товары, которые не должны оставаться влажными. Тогда да, рис может быть отличным выбором для этого.

Обязательно обновляйте рис время от времени, чтобы создать новый дисбаланс и еще больше снизить влажность.

Другой способ — высушить рис в духовке в течение нескольких минут, прежде чем снова положить его в коробку.

Если, с другой стороны, вы хотите уменьшить сырость во всей комнате, то рис, вероятно, не лучшее решение для этого.

Во-первых, как мы уже говорили, вам понадобится огромное количество риса, чтобы увидеть заметную разницу в уровне влажности.

Не всем по карману.

Во-вторых, рис может стать непродуктивным при падении относительной влажности.

Как мы упоминали ранее, если в рисе больше влаги, чем в окружающем воздухе, он начнет выделять воду, делая окружающий воздух более влажным и влажным.

Кроме того, вы не можете контролировать, сколько риса вам нужно, чтобы довести уровень влажности до оптимального, безопасного и комфортного уровня.

Если вы положите слишком много риса в комнату, существует риск того, что относительная влажность упадет слишком сильно, и это может снизить ваш комфорт и даже быть опасным для вашего здоровья.

Такие симптомы, как потрескавшаяся кожа, зуд в глазах, повышенная чувствительность к аллергенам и респираторным инфекциям, могут быть побочными продуктами слишком низкой влажности.

Недостаток влаги в воздухе также может вызывать ухудшение и усадку декоративных элементов, деревянной мебели и строительных материалов.

Вареный или сырой рис?

Если вы собираетесь использовать рис в качестве сушильного агента, обязательно используйте его, когда он еще не готов, так как он, скорее всего, будет иметь меньше влаги и поможет впитать больше влаги.

Вареный рис обычно уже пропитан водой и поэтому может выделять больше влаги в пространство, которое вы хотите высушить.

Следующие вещества и вещества также гигроскопичны и не расплываются.

Таким образом, они похожи на рис с точки зрения поглощения влаги и контроля влажности.

• Мед
• Силикагель
• Осушители
• Нейлон
• Прорастающие семена
• Семена Hesperostipa comata
• Пищевая сода
• Оксид алюминия
• Молекулярное сито

Примечание (*): Если вы совершаете покупку по ссылкам с этого веб-сайта, мы можем получить небольшую долю от продажи от Amazon или других аналогичных партнерских программ.

3. Атмосферная влажность | NWCG

Атмосферная влажность является ключевым элементом в условиях пожара. Он оказывает прямое воздействие на воспламеняемость лесного топлива и, в связи с другими погодными факторами, косвенно влияет на другие аспекты поведения при пожаре. Между атмосферой и мертвым топливом из диких земель происходит непрерывный обмен водяным паром. Сухое топливо поглощает влагу из влажной атмосферы и отдает влагу сухому воздуху.В очень засушливые периоды низкая влажность также может влиять на влажность зеленого топлива. Когда атмосферная влага конденсируется и выпадает в виде осадков, это увеличивает содержание влаги в мертвом топливе и, пополняя влажность почвы, способствует росту зеленой растительности.

Мы уже видели, что влага влияет на все температуры поверхности, включая температуру топлива на поверхности, контролируя излучение в парообразном состоянии, а также отражаясь и излучая, когда оно конденсируется в облака.Тепловая энергия, выделяемая при конденсации, обеспечивает энергию для гроз и связанных с ними сильных ветров. Влага также необходима для возникновения молний, ​​которые во многих горных районах являются серьезной причиной возникновения лесных пожаров.

Разделы

Вода всегда присутствует в нижних слоях атмосферы в одном или нескольких из трех ее состояний. Он может существовать как газ (невидимый водяной пар), как жидкость (дождь, морось, роса или облачные капли) и как твердое вещество (снег, холл, мокрый снег, иней или кристаллы льда). .

В трех состояниях и при переходе от одного состояния к другому вода постоянно и повсеместно влияет на погоду. В следующей главе мы рассмотрим атмосферные процессы с участием воды, которые вызывают облака и осадки. В данной главе мы будем интересоваться в первую очередь водяным паром в атмосфере — как он попадает туда, как он измеряется, описывается и распределяется, а также как он изменяется во времени и пространстве.

Водяной пар в атмосфере

Влага в виде пара действует так же, как и любой другой газ.Он смешивается с другими газами в воздухе, но сохраняет свою индивидуальность и характеристики. Это сырье при конденсации. Он хранит огромное количество энергии, полученной при испарении; эта энергия позже высвобождается в виде конденсации. Большая часть энергии грозы, торнадо, ураганов и других сильных ветров поступает от тепла, выделяемого при конденсации водяного пара. Наличие водяного пара для выпадения осадков во многом определяет способность региона выращивать растительность, которая впоследствии становится топливом для лесных пожаров.

Влага в атмосфере постоянно меняет свое физическое состояние: конденсируется в жидкость, замерзает в лед, тает в жидкую воду, испаряется в газообразный водяной пар и снова конденсируется в жидкость. Все эти изменения связаны с температурой, показателем молекулярной активности любого вещества. Примерно при -460 ° F. (абсолютный ноль) молекулы всех веществ неподвижны. По мере повышения температуры они перемещаются с возрастающей скоростью. Молекулы воды движутся медленно при температурах ниже точки замерзания, быстрее при температуре плавления и еще быстрее через стадию кипения.Однако при любой заданной температуре отдельные молекулы, твердые, жидкие или газовые, не имеют одинаковых скоростей или направлений движения. Столкновения, которые меняют свою скорость и направление, происходят постоянно.

Внутреннее давление, вызывающее выход водяного пара изо льда или жидкой воды, сильно зависит от температуры поверхности; она очень мала при низких температурах и быстро увеличивается в жидкой воде на стадии кипения.

Испарение

Некоторые молекулы мгновенно приобретают очень высокую скорость от ударов других молекул.Если это столкновение происходит в жидкой воде у поверхности, а высокая скорость идет наружу, молекулы могут вылететь в воздух. Это испарение , процесс, при котором жидкая молекула воды становится молекулой водяного пара. Поскольку молекулы с самым высоким содержанием энергии улетучиваются, оставляя в жидкости молекулы с более низким содержанием энергии, средний уровень энергии этой жидкости снижается. Снижение уровня энергии приводит к снижению температуры жидкости.Следовательно, испарение — это процесс охлаждения. Каждая молекула, вылетающая в воздух в результате изменения состояния, забирает с собой почти в 1000 раз больше энергии, необходимой для повышения температуры молекулы воды на 1 ° F.

Давление на границе вода-воздух, возникающее в результате движения молекул в направлении выхода из жидкости, называется давлением паров воды . Это давление зависит только от температуры воды и определяет скорость, с которой молекулы воды уходят в воздух и становятся молекулами пара.Молекулы водяного пара, уходящие в воздух, вытесняют молекулы воздуха и вносят свою пропорциональную долю в общее атмосферное давление. Эта часть называется парциальным давлением водяного пара или, для простоты, давлением пара .

Парциальное давление водяного пара может варьироваться от почти нуля в холодном сухом воздухе до примерно 2 дюймов ртутного столба в теплом влажном воздухе.

Испарение происходит, когда избыток молекул воды покидает поверхность воды, а конденсация происходит, когда избыток молекул связывает жидкую воду.В состоянии равновесия чистый обмен в обоих направлениях отсутствует, и атмосфера насыщена.

Давление пара зависит от фактического содержания водяного пара в воздухе и может варьироваться от почти нуля в холодном сухом воздухе до примерно 2 дюймов ртутного столба в теплом влажном воздухе. Высокие значения могут встречаться только в теплых нижних слоях тропосферы. Давление, создаваемое паром, заставляет некоторые молекулы водяного пара повторно входить в водные поверхности путем конденсации. То же количество тепловой энергии, которое было необходимо для испарения, высвобождается для нагрева поверхности конденсации.

На границе вода-воздух происходит непрерывный обмен молекул в обоих направлениях, но обмен обычно больше в том или ином направлении. Испарение происходит, когда больше молекул покидает поверхность воды, чем попадает в нее, а конденсация происходит, когда происходит обратное. Фактически, и конденсация, и испарение происходят одновременно. Как отмечалось ранее, аналогичный обмен молекулами происходит между водяным паром и льдом в процессе сублимации. Давление паров льда несколько меньше, чем у воды при той же температуре.Следовательно, при низких температурах сублимация на льду осуществляется легче, чем конденсация на поверхности воды.

Абсолютная влажность насыщения и давление насыщенного пара изменяются в зависимости от температуры. Чем выше температура, тем больше водяного пара может удерживать объем воздуха.

Когда давление пара в атмосфере находится в равновесии с давлением пара воды или поверхности льда, чистый обмен молекулами воды в любом направлении отсутствует, и атмосфера считается насыщенной.Насыщенный объем воздуха содержит весь пар, который он может удерживать. Давление пара при насыщении называется давлением насыщенного пара . Давление насыщенного пара зависит от температуры воздуха и идентично давлению водяного пара при этой температуре. Чем выше температура, тем больше водяного пара может удерживать объем воздуха и тем выше давление насыщенного пара. И наоборот, чем ниже температура, тем ниже давление насыщенного пара. В таблице 1 показано, как давление насыщенного пара изменяется в зависимости от температуры.В обычном диапазоне температур в нижних слоях атмосферы давление насыщенного пара увеличивается примерно вдвое на каждые 20 ° F. повышение температуры. С таким пониманием испарения, конденсации и давления пара теперь мы можем определить несколько терминов, используемых для обозначения количества влаги в атмосфере.

Таблица 1 — Давление водяного пара насыщения

Воздух у поверхности обычно не насыщен; поэтому фактическое давление пара обычно меньше давления насыщенного пара.Фактическое давление пара может быть повышено до давления насыщенного пара за счет испарения большего количества влаги в воздух, или, поскольку давление насыщенного пара изменяется в зависимости от температуры, воздух можно охлаждать до тех пор, пока давление насыщенного пара не станет равным фактическому давлению пара. Само по себе испарение обычно не насыщает воздух, кроме случаев, когда он находится очень близко к испаряющейся поверхности. Обычная циркуляция обычно уносит испаренную влагу с испаряющейся поверхности.

Точка росы

Насыщение обычно достигается охлаждением воздуха до тех пор, пока его давление насыщенного пара не сравняется с фактическим давлением пара.Температура воздуха в этой точке называется температурой точки росы или просто точкой росы . Дальнейшее охлаждение заставляет часть пара конденсироваться в жидкие капли, которые образуют облака, туман или росу. Охлаждение у поверхности обычно происходит в результате контакта с прохладной землей или водой. Охлаждение до точки росы также может происходить за счет подъема влажного воздуха на большую высоту; таким образом, он охлаждается адиабатически. Например, рассмотрим воздух с температурой 80 ° F. и давление пара 0.362 дюйма ртутного столба. Обращаясь к таблице 1, мы обнаруживаем, что если воздух охладится до 500, фактическое давление пара будет равно давлению насыщенного пара. Следовательно, 50 ° — это точка росы.

Если воздух охлаждается ниже точки росы, происходит конденсация, потому что количество водяного пара в воздухе превышает максимальное количество, которое может содержаться при более низкой температуре. В обычных условиях фактическое давление пара не может превышать давление насыщенного пара более чем на очень небольшую величину.

Абсолютная влажность

Фактическое количество водяного пара в данном объеме воздуха, то есть вес на единицу объема, например фунты на 1000 кубических футов, называется абсолютной влажностью . Между точкой росы, давлением пара и абсолютной влажностью существует прямая зависимость, поскольку при постоянном атмосферном давлении каждая из них зависит только от фактического количества водяного пара в воздухе. При насыщении точка росы совпадает с температурой, давление пара — это давление насыщенного пара, а абсолютная влажность — это абсолютная влажность насыщения.

Таблица 2 показывает взаимосвязь между этими тремя показателями атмосферной влажности. Значения насыщения давления пара и абсолютной влажности можно получить, указав температуру вместо точки росы в первом столбце. Благодаря этим соотношениям температура точки росы является удобной единицей измерения влажности. Температура воздуха и точка росы точно определяют влажность воздуха в любое время и в любом месте.

Таблица 2 — Точка росы, давление пара и абсолютная влажность

Относительная влажность

Относительная влажность уменьшается с увеличением температуры, даже если количество водяного пара в воздухе остается неизменным.

Насыщение приземного воздуха — условие благоприятной пожарной погоды; то есть способствующие снижению пожарной опасности. Менее благоприятны условия ненасыщенности, которые допускают испарение лесных топлив, увеличивая их воспламеняемость и опасность пожара.Поэтому очень полезной мерой атмосферной влажности является относительная влажность . Это процентное отношение количества влаги в объеме воздуха к общему количеству, которое этот объем может удерживать при данной температуре и атмосферном давлении. Относительная влажность — это также отношение фактического давления пара к давлению насыщенного пара, умноженное на 100. Оно колеблется от 100 процентов при насыщении до почти нуля для очень сухого воздуха. Относительная влажность зависит от фактического содержания влаги в воздухе, температуры и давления.

Необходимо учитывать зависимость относительной влажности от температуры. Предположим, что у нас есть воздух при 800F. и относительная влажность 24%. Используя таблицу 2, мы находим, что давление насыщенного пара для 800 составляет 1,032 дюйма ртутного столба. Мы можем вычислить фактическое давление пара, умножив 1,032 на 0,24. Фактическое давление пара округляется до 0,248. Точка росы для этого давления пара составляет 40 °. Теперь мы знаем, что если воздух был охлажден с 80 ° F. до 40 °, без каких-либо других изменений, влажность увеличится с 24 до 100 процентов, и воздух станет насыщенным.При этой температуре фактическое давление пара будет равно давлению насыщенного пара. Аналогичным образом можно использовать абсолютную влажность в таблице 2. Таким образом, относительная влажность может значительно измениться без добавления влаги — только за счет одного охлаждения.

Измерение влажности

Наиболее широко используемым прибором для точного измерения атмосферной влажности у поверхности является психрометр . Он состоит из двух одинаковых ртутных термометров. Один термометр используется для измерения температуры воздуха; другой измеряет температуру испаряющейся воды, содержащейся в муслине, окружающем грушу термометра.Степень охлаждения испаряющейся поверхности определяется разницей между давлением пара и давлением насыщенного пара. Первое показание обычно называют температурой по сухому термометру, а второе — температурой по влажному термометру. Температура по смоченному термометру — это постоянное значение, достигаемое в период быстрой вентиляции лампочек термометров. Если воздух насыщен, температуры по влажному и сухому термометрам одинаковы.

Температуры по влажному и сухому термометрам измеряются психрометром.По этим показаниям можно определить точку росы, относительную влажность и другие показатели влажности воздуха.

На основе измерений по влажному и сухому термометрам вычисленные значения температуры точки росы, абсолютной влажности и относительной влажности могут быть считаны из таблиц или слайдов. Как отмечалось ранее, эти отношения влажности меняются при изменении давления. Ежедневные изменения давления, показываемые барометром, недостаточно велики, чтобы быть важными, но изменения, вызванные перепадами высот, значительны.Они были учтены при построении таблиц или правил скольжения. Необходимо использовать те, которые обозначены правильным давлением. В таблице 3 приведены диапазоны высот суши, для которых можно использовать психрометрические таблицы для различных давлений.

Таблица 4 представляет собой образец одного из простейших типов таблиц. Относительную влажность или точку росы можно получить непосредственно из показаний по влажному и сухому термометрам. В качестве примера предположим, что температура воздуха (по сухому термометру) была 75 ° F. а температура по смоченному термометру составляла 64 ° на высоте 1500 футов над уровнем моря.Зайдя в таблицу 4 (которая представляет собой таблицу для 29 дюймов ртутного столба) с показаниями по сухому термометру слева и по влажному термометру вверху, мы обнаруживаем на пересечении, что относительная влажность составляет 55 процентов (черный рисунок) и точка росы — 58 ° F. (красная цифра).

Другие широко используемые таблицы требуют, чтобы сначала вычислялась депрессия по влажному термометру (температура по сухому термометру минус температура по влажному термометру). Вводится одна таблица с этим значением и показаниями сухого термометра для определения точки росы; вводится другая таблица с теми же двумя показаниями для получения относительной влажности.

Таблица 3 — Психрометрические таблицы для различных высот

Другие инструменты, используемые для измерения относительной влажности, содержащие волокна или волокна из различных материалов усадка при изменении относительной влажности.Один прибор этого типа, который непрерывно регистрирует относительную влажность, называется гигрограф . Более распространенной формой, используемой на пожарных метеостанциях, является гигротермограф , который регистрирует как относительную влажность, так и температуру. В других устройствах, таких как те, которые обычно используются для зондирования на высотах, используются чувствительные к влаге элементы, электрические или химические характеристики которых меняются при изменении влажности.

Стандартные поверхностные измерения относительной влажности, как и измерения температуры, производятся в укрытии для приборов на высоте 4 1/2 фута над землей.Однако правильно управляемый психрометр покажет показания сухого и металлического баллончика, которые хорошо согласуются с показаниями, полученными в приюте. Единственные необходимые меры предосторожности — выбрать хорошо проветриваемое тенистое место и быстро вращать прибор в течение достаточного времени, чтобы получить истинную (самую низкую) температуру по влажному термометру. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не допустить высыхания капилляров, а также не сломать термометр, ударив какой-либо предмет во время вращения психрометра.

Источники атмосферной влаги

Хотя океаны являются основным источником атмосферной влаги, транспирация растений также имеет важное значение.Но в областях и транспирация добавляет в атмосферу мало влаги.

Водяной пар в воздухе почти полностью исходит из трех источников: испарение с любой влажной поверхности или тела воды , испарение с почвы и транспирация с растений . Некоторое количество водяного пара образуется в результате горения. Поскольку океаны покрывают более трех четвертей поверхности Земли, они являются наиболее важным источником влаги, но наземные источники также могут иметь важное значение на местном уровне.

Растения имеют большую поверхность для испарения; иногда они имеют до 40 квадратных ярдов на каждый квадратный ярд земельного участка. Транспирация из области густой растительности может вносить в атмосферу в восемь раз больше влаги, чем такая же площадь голой земли. Количество выделяемой влаги во многом зависит от активности роста. Эта активность роста, в свою очередь, обычно меняется в зависимости от сезона и наличия грунтовых вод. В районах с недостаточным количеством осадков и редкой растительностью, таких как многие районы засушливого Запада, транспирация и испарение могут быть почти незначительными к концу засушливого сезона.Это также может быть обычным явлением на границе леса и в широтах Крайнего Севера.

Таблица 4. — Таблица относительной влажности и точки росы для использования на высоте от 501 до 1900 футов над уровнем моря. Относительная влажность в процентах показана черным цветом: точка росы в ° F. отображается красным. Щелкните изображение, чтобы увеличить.

При испарении из водоемов, почвы и мертвого растительного материала скорость, с которой влага поступает в воздух, изменяется в зависимости от разницы между давлением пара на испаряющейся поверхности и атмосферным давлением пара.Испарение будет продолжаться до тех пор, пока давление пара на испаряющейся поверхности превышает атмосферное давление пара. Скорость испарения увеличивается с увеличением разницы давлений. Давление пара на испаряющейся поверхности зависит от температуры этой поверхности. Следовательно, испарение с поверхностей теплых водоемов, теплой почвы и мертвого растительного материала будет больше, чем с холодных поверхностей, если предположить, что атмосферное давление пара такое же.

Ветер способствует испарению, сдувая застойные слои влажного воздуха и смешивая влажный воздух с более сухим воздухом наверху.

Транспирация от живых растений не отличается от испарения с мертвого растительного материала. Живые растения обычно развиваются с максимальной скоростью в теплую погоду, но внутренний регулирующий процесс имеет тенденцию ограничивать скорость потери воды в чрезмерно жаркие и засушливые дни в соответствии с конкретными текущими потребностями растения. Мы обсудим испарение с мертвого растительного материала и транспирацию с живых растений более подробно в главе, посвященной влажности топлива (глава 11).

В неподвижном воздухе во время испарения водяной пар концентрируется около испаряющейся поверхности.Если эта концентрация приближается к насыщению, дальнейшее испарение практически прекратится, даже если окружающий воздух относительно сухой. Wind способствует испарению, сдувая застойные слои и заменяя их более сухим воздухом. После того, как поверхность высохнет до такой степени, что свободная вода больше не подвергается воздействию воздуха, влияние ветра на испарение уменьшается. Фактически, для таких поверхностей, как сравнительно сухая почва или дерево, ветер может фактически помочь обратить процесс вспять, охлаждая поверхности и тем самым снижая давление пара влаги, содержащейся на этих поверхностях.

Изменения абсолютной влажности

Фактическое количество влаги в воздухе будет варьироваться от одного проката воздуха к другому, и даже внутри воздушной массы будут продолжаться изменения во времени и пространстве.

Влагосодержание воздушных масс в основном связано с регионами их происхождения. Воздушные массы, берущие начало в континентальных районах, относительно сухие. Те, что приходят из Атлантики или Мексиканского залива, влажные, а из Тихого океана — влажные или умеренно влажные.По мере того как эти морские воздушные массы вторгаются на континент, наземные станции будут наблюдать резкое повышение абсолютной влажности. Поскольку любая воздушная масса пересекает области, отличные от области ее источника, происходят постепенные изменения, поскольку испарение, транспирация, конденсация и осадки добавляют или вычитают влагу.

По мере того, как влажный воздух поднимается, он расширяется, и влажность в данном объеме, абсолютная влажность, становится все меньше и меньше.

Через глубокий слой внутри воздушной массы абсолютная влажность, как и температура, обычно уменьшается с высотой .Это распределение объясняется несколькими причинами. Первый , влага добавляется к атмосфере с поверхности и уносится вверх конвекцией, восходящими и восходящими ветрами долин. Второй , когда воздух поднимается, водяной пар, так же как и воздух, расширяется пропорционально, так что влаги в любом заданном объеме становится все меньше и меньше. Таким образом, абсолютная влажность уменьшается по мере подъема воздуха. Третий , поскольку температура обычно снижается вверх, способность воздуха удерживать влагу уменьшается вверх. Наконец, , процесс осаждения удаляет конденсированную влагу с более высоких уровней в атмосфере и откладывает ее на поверхности.

Нормальный характер уменьшения влажности с высотой может иногда изменяться, когда горизонтальный поток на промежуточных уровнях наверху приносит влажный воздух. Такой поток ответственен за большую часть летней грозовой активности на значительной части Запада. Чрезвычайно низкая абсолютная влажность наблюдается в проседающем воздухе наверху. Этот сухой воздух образуется в верхней части тропосферы и медленно опускается на более низкие уровни.Если он достигнет земли или будет смешан вниз, он может вызвать очень низкую влажность у поверхности и резкое увеличение опасности возгорания. Мы рассмотрим проседание более подробно в следующей главе.

Схематическое изображение абсолютной влажности поверхности по сравнению с влажностью на высоте укрытия. Воздух у поверхности, вероятно, будет содержать меньше влаги, чем воздух на высоте укрытия в ночное время, и больше влаги в течение дня.

Если мы рассмотрим только очень неглубокий слой воздуха у поверхности, мы обнаружим, что вертикальное изменение абсолютной влажности с высотой будет изменяться в течение каждых 24 часов, поскольку условия, способствующие испарению, чередуются с условиями, способствующими конденсации.В ясные дни влага обычно добавляется к воздуху за счет испарения с теплых поверхностей; следовательно, абсолютная влажность уменьшается вверх.

Ночью влага обычно забирается из воздуха у поверхности за счет конденсации на холодных поверхностях и поглощения холодной почвой и другими веществами; таким образом, абсолютная влажность может увеличиваться вверх через очень мелкий слой.

Суточные и сезонные изменения относительной влажности

Относительная влажность более изменчива , чем абсолютная влажность.Он часто меняется быстро и в значительных количествах от часа к часу и от места к месту. Относительная влажность гораздо более изменчива, потому что она зависит не только от абсолютной влажности, но и от температуры воздуха. Оно напрямую зависит от влажности и обратно пропорционально температуре. Из-за этих соотношений часто невозможно сделать общие выводы об изменениях относительной влажности, особенно вертикальных колебаниях на небольших расстояниях от земли.

Днем у поверхности, особенно при ясном небе, как температура, так и абсолютная влажность обычно снижаются с высотой.Эти две переменные оказывают противоположное влияние на относительную влажность. Какой эффект будет преобладающим, зависит от сухости поверхности. Относительная влажность обычно увеличивается с высотой по сравнению с обычными поверхностями, потому что эффект снижения температуры больше, чем эффект уменьшения абсолютной влажности. Однако на влажной поверхности эффект снижения абсолютной влажности может перевесить эффект снижения температуры, и относительная влажность в поверхностном слое будет уменьшаться с высотой.

Схематическое изображение относительной влажности поверхности по сравнению с влажностью на высоте укрытия. Из-за влияния температуры относительная влажность у земли обычно ниже, чем на высоте укрытия днем, и выше ночью.

Ночью обычно преобладает изменение температуры с высотой, и относительная влажность будет уменьшаться с высотой в самых нижних слоях.

Выше самых нижних слоев относительная влажность днем ​​обычно увеличивается с высотой в большей части нижней тропосферы.Только конвекция могла бы объяснить это увеличение. По мере подъема воздуха температура снижается на 5,5 ° F. на 1000 футов, а точка росы уменьшается примерно на 1 ° F. на 1000 футов. Таким образом, точка росы и температура становятся равными 4,5 ° F. ближе на 1000 футов, и относительная влажность увеличивается до тех пор, пока не будет достигнуто насыщение.

Опускающийся слой воздуха в тропосфере нагревается адиабатическим процессом и образует инверсию опускания . Относительная влажность будет снижаться вверх за счет температурной инверсии в основании проседающего слоя.Например, морская инверсия вдоль западного побережья представляет собой инверсию погружения. Морской воздух внизу имеет низкие температуры и высокую влажность, а адиабатически нагретая опускающаяся воздушная масса наверху имеет более высокие температуры и более низкую влажность. Это выраженное изменение температуры и влажности проявляется вдоль склонов прибрежных гор, когда присутствует морская инверсия.

Относительная влажность является наиболее важным фактором пожаро-погодных условий в слое у земли , где она влияет как на топливо, так и на поведение при пожаре.Вблизи земли содержание влаги в воздухе, время года, время суток, уклон, вид, высота над уровнем моря, облака и растительность — все это вызывает важные колебания относительной влажности.

Поскольку ежечасные и суточные изменения относительной влажности обычно измеряются в стандартном укрытии для приборов, мы рассмотрим изменения на этом уровне и сделаем вывод, исходя из наших знаний о температуре поверхности, какие условия возникают у поверхности вокруг лесного топлива.

Типичная картина относительной влажности в хорошую погоду, показанная на гигротермографе, выставленном в укрытии на станции в долине или на ровной местности, является почти зеркальным отображением температурной картины .Максимальная влажность обычно бывает на рассвете, во время минимальной температуры. После восхода солнца влажность быстро падает и достигает минимума примерно во время максимальной температуры. Оно нарастает более постепенно с вечера до ночи. Суточный диапазон влажности обычно максимален, когда дневной диапазон температур максимален. Изменения следов влажности в воздушной массе от одного дня к другому обычно невелики и отражают в основном разницу температур. Но в течение нескольких дней могут наблюдаться заметные кумулятивные различия во влажности, поскольку воздушная масса постепенно набирает или теряет влагу.

Типичные кривые температуры и относительной влажности для низкоуровневой станции почти зеркально отражают друг друга.

Также очевидны сезонные изменения относительной влажности. В западные сезоны пожарной погоды, которые начинаются после влажной весны и продолжаются летом и ранней осенью, сезонные изменения особенно заметны. Суточные температурные диапазоны максимальны в начале сезона пожаров, когда солнце почти поднимается над головой, а ночное небо ясное.Сильное ночное охлаждение в сочетании с достаточным количеством влаги в почве и растительности, способствующей увлажнению атмосферы, часто повышает ночную влажность до или почти до 100 процентов. Сочетание интенсивного дневного обогрева поверхностей и конвективного переноса влаги вверх снижает относительную влажность до низкого уровня во второй половине дня.

По мере прохождения сезона почва и растительность высыхают, а солнечное нагревание уменьшается по мере того, как солнце движется дальше на юг. В конце сезона дневная влажность становится еще ниже, но с большим снижением ночной влажности дневной диапазон сокращается, а пожарная погода еще более усиливается.Периодические летние дожди могут прервать этот процесс, но не сильно изменят общий сезонный режим.

В районах с отдельными сезонами весенних и осенних пожаров дневные экстремумы температуры, как правило, не так заметны. Кроме того, кумулятивное высыхание почвы и растительности не так стабильно, кроме как во время необычной засухи. Поскольку периодические дожди обычно происходят в течение сезона, изменения влажности имеют тенденцию к некоторому изменению. В некоторых районах сезонное повышение относительной влажности снижает пожарную опасность летом.В частности, в районе Великих озер, где многие небольшие озера становятся довольно теплыми летом и транспирация от растительности находится на пике, дневная относительная влажность не достигает таких низких значений в тех же типах воздушных масс, как весной и осенью. .

Относительная влажность, влияющая на топливо на лесной подстилке, в десять раз отличается от относительной влажности в убежище для приборов, особенно в незатененных местах, где почва и поверхностное топливо, находящиеся на солнце, сильно нагреваются и нагревают окружающий их воздух.Этот очень теплый воздух может иметь точку росы почти такую ​​же или немного выше, чем у воздуха в укрытии для инструментов, но поскольку он намного теплее, он имеет гораздо более низкую относительную влажность.

Непрактично измерять влажность вблизи земли с помощью полевых приборов, но с помощью таблиц влажность можно оценить по психрометрическим показаниям на стандартной высоте и показаниям температуры по сухому термометру на поверхности. Мы должны предположить, что точка шкотового угла одинакова на обоих уровнях.Хотя мы знаем, что это может быть неточно, это дает разумную оценку.

Рассмотрим следующий пример, используя таблицу 4, для давления 29 дюймов:

8-процентный родственник был получен из полного набора таблиц с использованием лампы температура 140 ° F.и точка росы 56 ° F.

При аналогичной экспозиции в ночное время влажность у земли, вероятно, будет выше, чем в укрытии, из-за радиационного охлаждения поверхности. Часто на поверхности образуется роса, что указывает на 100-процентную относительную влажность, когда влажность на высоте укрытия может быть значительно ниже уровня насыщения.

Эти условия типичны для относительно неподвижного воздуха, ясного неба и открытой экспозиции. Когда скорость ветра достигает 8 миль в час, повышенное перемешивание уменьшает разницу между влажностью на поверхности и на высоте укрытия.Кроме того, под сильным облачным покровом или в тени различия во влажности между двумя уровнями имеют тенденцию исчезать, потому что основная излучающая поверхность находится над обоими уровнями.

Влияние ландшафта, ветра, облаков, растительности и изменений воздушной массы

Влажность может значительно варьироваться от одного места к другому в зависимости от топографии. На относительно ровной или холмистой местности влажность, измеренная на хорошо освещенной станции, может быть весьма репрезентативной для довольно большой площади.Будут локальные исключения вдоль ручьев, орошаемых полей, в тенистых лесах или на бесплодных территориях. В частности, в дневное время циркуляции и перемешивания обычно достаточно для сглаживания местных эффектов на относительно небольших расстояниях.

В дневное время относительная влажность обычно увеличивается вверх по склонам, в основном из-за снижения температуры. Ночью, если присутствует инверсия, относительная влажность уменьшается вверх по склону к вершине инверсии, затем мало изменяется или немного увеличивается с высотой.

В горной местности влияние высоты и формы становится важным, а влажность меняется больше, чем на пологой местности. Низкие возвышенности весной прогреваются и высыхают раньше, чем высокие. Южные склоны также более развиты по сезонности, чем северные. По мере прохождения сезона кумулятивная сушка имеет тенденцию выравнивать эти различия, поскольку запас влаги на поверхности истощается, но различия не исчезают.

Ранее мы упоминали, что дневные температуры обычно снижаются с высотой на открытом воздухе.Уменьшение с высотой температуры и точки росы приводит к повышению относительной влажности на больших высотах на склонах. Однако картина сложна из-за нагрева воздуха у склонов, переноса влаги при восходящих ветрах и частого расслоения влаги по слоям, поэтому делать обобщения трудно.

Когда начинается ночное охлаждение, изменение температуры с высотой обычно обратное. Холодный воздух, стекающий по склонам, скапливается внизу.С наступлением ночи происходит дополнительное охлаждение, а к утру, если воздух становится насыщенным, образуется туман или роса. Относительная влажность может снизиться со 100 процентов у подножия склона до минимального значения на вершине температурной инверсии — теплового пояса, который обсуждался в главе 2, — а затем может немного увеличиться выше по склону выше инверсии.

Днем на южных склонах относительная влажность ниже, чем на северных; но на высотах из-за хорошего перемешивания воздуха разница незначительна.

Так же, как южные склоны высыхают быстрее из-за более высоких дневных температур, они также имеют несколько более низкую дневную относительную влажность, чем северные склоны в течение всего лета. Однако на более высоких отметках разница между северным и южным склонами становится незначительной из-за хорошего перемешивания воздуха на этих более открытых участках. Ночью перепады влажности на северных и южных склонах становятся незначительными.

В большинстве горных стран дневной диапазон относительной влажности максимален в днищах долин и, по крайней мере, на возвышенностях.Таким образом, хотя пожары на более низких склонах могут гаснуть лучше днем, они часто значительно затихают ночью, когда повышается влажность. Но на больших высотах, особенно в зоне термического пояса и над ним, пожары могут продолжать активно гореть в течение ночи, поскольку влажность остается низкой, температуры остаются более высокими, а скорость ветра больше.

Опять же, мы должны быть осторожны с обобщениями. Например, летом в хребтах тихоокеанского побережья на вершинах хребтов днем ​​обычно бывает более высокая влажность, чем ночью.Эта аномалия возникает из-за наклонных ветров, уносящих влагу вверх из влажного слоя морского воздуха в течение дня. Влажный воздух, который не уносится вверх, ночью оседает.

Ветер смешивает испаряющийся водяной пар с окружающим воздухом и выравнивает экстремальные температуры, отводя воздух от горячих и холодных поверхностей. Таким образом, суточные диапазоны относительной влажности в ветреные периоды меньше, чем в безветренные. Ветры также уменьшают разницу между местами, смешивая воздух с разной влажностью и разными температурами.Пятна тумана в тихую ночь указывают на плохую вентиляцию.

Облака сильно влияют на нагрев и охлаждение и, следовательно, на относительную влажность. Влажность будет выше в пасмурные дни и ниже в пасмурные ночи. Таким образом, облака значительно сокращают суточный диапазон. Осадки в любой форме повышают относительную влажность за счет охлаждения воздуха и подачи влаги для испарения в воздух.

Растительность снижает температуру поверхности и способствует увлажнению воздуха за счет транспирации и испарения — обоих факторов, которые влияют на местную относительную влажность.Сплошной полог леса имеет дополнительный эффект уменьшения скорости приземного ветра и перемешивания, которое происходит с движением воздуха.

Разница во влажности между древостоями и открытыми участками обычно зависит от плотности кроны. Под закрытым навесом влажность днем ​​обычно выше, чем на улице, а ночью ниже. Более высокая дневная влажность еще более выражена, когда есть зеленый подлесок. Лиственные леса слабо влияют на влажность в безлиственный период.

Следы температуры и относительной влажности на горных станциях часто менее тесно связаны с запретом на долинных станциях. Изменения абсолютной влажности более важны на горных станциях.

Относительная влажность днем ​​под закрытым навесом обычно выше, чем под открытым небом, и ниже ночью.

Два фактора уменьшают разницу влажности между древостоями и лесными проемами. Облачное небо ограничивает как нагрев, так и охлаждение, а условия засухи уменьшают количество влаги, доступной для испарения и транспирации.

Проемы диаметром до 20 ярдов не имеют дневной относительной влажности, сильно отличающейся от влажности под навесом, за исключением нагретой поверхности земли. Как упоминалось в предыдущей главе, эти отверстия служат дымоходами для конвективного воздушного потока, и приземный воздух втягивается в них из окружающего леса. Ночью в небольших отверстиях застой в сочетании с сильным излучением может вызвать локальную повышенную влажность.

Дневная влажность на больших полянах очень похожа на влажность на открытой местности.Однако, если поток воздуха ограничен, температура может немного подняться выше, чем на открытых станциях, и влажность будет соответственно ниже. Днем они могут быть на 5–20 процентов ниже на вырубке, чем в хорошо затененном лесу. Влажность в ночное время обычно такая же, как и на открытых участках, обычно несколько выше, чем в лесу.

По характеристикам влажности открытые древостои находятся где-то между показателями открытых участков и закрытых древостоев, в зависимости от густоты кроны.В засушливую погоду, особенно после продолжительных засушливых периодов, разница в относительной влажности между лесными и открытыми землями постепенно уменьшается.

При обсуждении изменений относительной влажности до сих пор рассматривались изменения только в пределах воздушной массы. Как мы увидим позже в главе о воздушных массах и фронтах, количество влаги в воздухе является одной из характеристик воздушных масс. Воздушные массы, возникающие над водными объектами, будут иметь более высокое содержание влаги, чем массы, возникающие над континентами.

Холодная и сухая воздушная масса может иметь более высокую относительную влажность, чем теплая влажная воздушная масса.

Когда проходит фронт и прибывает другая воздушная масса, можно ожидать изменения абсолютной влажности. Однако изменение относительной влажности будет во многом зависеть от температуры воздушных масс. Теплая, сухая воздушная масса, заменяющая холодную влажную или наоборот, может вызвать сильное изменение относительной влажности. Однако холодная, сухая воздушная масса, заменяющая теплый влажный, может иметь более высокую относительную влажность, если ее температура значительно ниже.

Вдоль западного побережья, когда нижний морской слой покрывается теплой, сухой, опускающейся воздушной массой, инверсионный слой фактически является границей между двумя очень разными воздушными массами. Внутри суши, там, где инверсия пересекает береговые хребты, обнаруживаются очень аномальные образцы относительной влажности. В этих внутренних районах инверсия обычно выше днем ​​и ниже ночью; однако в прибрежных низинах обычно бывает наоборот. Вдоль склонов прилегающих гор некоторые районы будут находиться в морском воздухе днем ​​и в сухом, проседающем воздухе ночью.Относительная влажность может начать повышаться ближе к вечеру и ранним вечером, а затем внезапно снижаться до низких значений, когда сухой воздух с высоты спускается по склонам. Наблюдается резкое падение влажности до 70 процентов ранним вечером.

Резюме

В этой главе мы более подробно рассмотрели атмосферную влажность. Мы видели, что влага уходит в атмосферу через испарение из водоемов и почвы, а также через испарение из растений.Атмосферная влажность обычно измеряется психрометром и может быть описана несколькими способами. Температура точки росы и абсолютная влажность представляют собой фактическую влажность воздуха, в то время как относительная влажность указывает степень насыщения при данной температуре.

Мы также видели, что абсолютная влажность изменяется во времени и пространстве по нескольким причинам; однако относительная влажность не обязательно изменяется таким же образом, потому что относительная влажность очень зависит от температуры воздуха.Температурный эффект часто преобладает над влиянием абсолютной влажности; поэтому относительная влажность обычно обратно пропорциональна температуре.

В то время как распределение температуры и влажности в приземном слое воздуха важны в пожарную погоду из-за их влияния на влажность топлива, распределение температуры и влажности наверху может критически влиять на поведение лесных пожаров другими способами.