BA--干球温度、露点温度和湿球温度--概念

1. 干球温度、露点温度和湿球温度

dry bulb temperature, dew temperature, and wet-bulb temperature

摘要：未饱和湿空气中水蒸汽处于过热状态；而在饱和空气中的 水蒸汽处于饱和蒸汽状态——平衡状态。未饱和空气达到饱和可以经 历不同的途径：在温度不变的情况下，水分向空气中蒸发，增加蒸汽 分压力，而蒸汽分压力达到该温度相应的饱和压力时，即可达到饱和空气状态；在保持湿空气中蒸汽分压力不变的情况下，降低湿空气温 度，当温度降到与相应的水蒸汽的饱和温度时，空气也达到饱和状态。

此时湿空气的温度称为露点温度，用符号表示。

1.1. 露点(或霜点)温度

露点(或霜点)温度：dew temperature。露点温度指空气在水汽含量和 气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。形象地说，就是空气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点温度。露点温度本是个温度值，可为什 么用它来表示湿度呢？这是因为，当空气中水汽已达到饱和时，气温与露 点温度相同；当水汽未达到饱和时，气温一定高于露点温度。所以露点与气温的差值可以表示空气中的水汽距离饱和的程度。

1.1.1. 解释一

在一定的空气压力下，逐渐降低空气的温度，当空气中所含水蒸气达到饱和状态，开始凝结形成水滴时的温度叫做该空气在空气压力下的露点 温度。即当温度降至露点温度以下，湿空气中便有水滴析出。降温法清除 湿空气中的水分，就是利用此原理。

1.1.2. 解释二

在日常生活中我们可以看到，到夜间空气温度降低时，空气中的水分 会有一部分析出，形成露水或霜。这说明在水蒸气含量不变的情况下，由 于温度的降低，能够使空气中原来未达饱和的水蒸气可变成饱和蒸气，多余的水分就会析出。使水蒸气达到饱和时的温度就叫作“露点”。测得露点 温度，就可以从水蒸气的饱和含量表中查得其水蒸气含量。由于温度降低 过程中水蒸气含量并没有改变，因此，测定露点实际上就是测定了空气中 的绝对湿度。如果露点越低，表示空气中的水分含量越少。露点可用专用

的露点仪测定。例如，空气经干燥器后的露点为-50℃，与-50℃对应的饱

和水分含量为 38.89mg/m³，说明空气中尚含有这些水分。如果露点为-

60℃，则饱和水分含量为 10.68mg/m³。露点越低，说明干燥程度越高。

1.1.3. 解释三

它是指气体中的水份从未饱和水蒸气变成饱和水蒸气的温度，当未饱 和水蒸气变成饱和水蒸气时，有极细的露珠出现，出现露珠时的温度叫做 “露点”，它表示气体中的含水量，露点越低，表示气体中的含水量越少， 气体越干燥。露点和压力有关，因此又有大气压露点(常压露点)和压力下 露点之分。大气压露点是指在大气压力下水份的凝结温度，而压力下露点 是指该压力下的水份凝结温度，两者有换算关系(可查换算表)，如压力

0.7MPa 时压力露点为 5℃，则相应的大气压(0.101MPa)露点则为-20℃。在

气体行业中，若无特殊说明，所指的露点均为大气压露点。

1.2. 干球温度(dry bulb temperature)

暴露于空气中而又不受太阳直接照射的干球温度表上所读取的数值。 干球温度计温度是温度计空气测量的温度自由地被暴露在空气，但是

被保护从辐射和湿气。 干球温度计温度是通常被重视当气温的温度，并 且它是真实的热力学温度。 它是一个规则温度计测量的温度被暴露在气流。 不同于湿球温度，干球温度计温度在天空中不表明相当数量湿气。 在建筑，当设计某一气候的时，一个大厦它是重要考虑。 Nall 称它其中

一“人的舒适和大厦节能的最重要的气候可变物。” 干球温度是接触球体表面空气的实际温度，湿球温度是球体表面附着

有水时，水份蒸发带走热量后球体的温度，水的蒸发量跟空气的湿度有关，

空气湿度越大蒸发量越小，带走的热量越少，干湿球温度差异越小；空气 湿度越小水蒸发量越大，带走的热量也越大，干湿球温差也就越大，所以 可以通过干湿球温差的变化规律来反映当前空气湿度状况。

1.3. 湿球温度——wet-bulb temperature

湿球温度——wet-bulb temperature，也称热力学湿球温度。湿球温 度是标定空气相对湿度的一种手段。

湿球温度难以用简短的文字给出严谨确切的定义。湿球温度是标

定空气相对湿度的一种手段，其涵义是，某一状态下的空气，同湿球

温度表的湿润温包接触，发生绝热热湿交换，使其达到饱和状态时的

温度。该温度是用温包上裹着湿纱布的温度表，在流速大于 2.5m/s 且

不受直接辐射的空气中，所测得的纱布表面温度，以此作为空气接近饱和程度的一种度量。周围空气的饱和差愈大，湿球温度表上发生的

蒸发愈强，而其湿度也就愈低。根据干、湿球温度的差值，可以确定 空气的相对湿度。

1.3.1. 原理

假设有一个理想的绝热加湿器，它的器壁与外界环境是完全绝热的。 加湿器内装有温度恒定的纯水。若加入加湿器的湿空气状态参数为p，t，d， i。湿空气在绝热加湿器内，在定压条件下以纯水进行绝热加湿。假设绝热加湿器足够长，空气与水有足够的时间接触，并且有足够充分的接触面 积，使空气在离开加湿器时能够达到饱和状态，器参数为p，t's，d's，i's。这 时，出空气温度与水温相同，水分蒸发所需要的热量全部取自空气，如果在整个过程中，不断地向加湿器水池中补充压力为p，温度为t's 的纯水， 以维持加湿器内水量的不变，则世界气象组织定义t's 为具有参数p，t，d，

i 的湿空气的热力学湿球温度，也称绝热饱和温度。

1.3.2. 公式

由于在绝热加湿过程中，水分蒸发所需要的热量全部是取自空气，空 气失掉显热后，温度下降，焓值减少，而空气得到水蒸气带来的汽化液体热后，总的焓值增加，而且相对湿度增大到饱和。假定装置是在稳定的均 匀的流动状态下工作的，在流量不变的情况下，由能量平衡公式得：

i+c(d's-d)×t's =i's

移相得：

i's-i= c (d's-d) ×t's

上式说明，空气焓的增加量等于蒸发水量(即为补充水量)的液体热。 式中，c为水的质量比热，c=4.19kJ/(kg*K)。上式是一直线方程，所以热力 学湿球温度等值线是一直线。在I-d图中，如果已知t's，可画出等温线交饱 和线于 b 点，由 b 点可查出d's，及 i's。其终状态点 b 即为已定；如设初状 态为 a 点是d=0 的干空气，则I=i's－c×d's×t's 由此I值画等焓线与纵坐标轴相 交，可决定 a 点，连接 ab 直线，即是热力学湿球温度线。

1.3.3. 作用

然而，绝热加湿器并非湿实用装置，所以一般都用干湿球温度计读出 湿球温度，以近似代替热力学湿球温度。

代替绝热加湿器的实用装置是干湿球温度计。这种仪器是由两支温度 计或由两个其他的温度敏感元件所组成。其中一支的感温包裹上脱脂棉纱布，纱布的下端浸入盛有蒸馏水的玻璃小杯中，在毛细作用下纱布经常处 于润滑状态，将此温度计称为湿球温计。使用时，在热湿交换达到平衡，

即稳定的情况下，所测得的温度称为湿球温度；另外未包纱布的温度计相 应地称作干球温度计，它所测得的温度称为空气的干球湿度，也就是实际 的空气温度。以后分别用ta和t表示空气温度与干球温度。

湿球温度计的读数，实际上反映了湿纱布上水的温度，但是，值得注 意的是，并不是任一读数都可以是湿球温度，只有在热交换达到平衡，即稳定的状态下的读数才称为湿球温度。下面用传热传湿原理来分析空气流 经湿球表面时所发生的热湿交换过。

当空气的相对的湿度Ψ<100%时，纱布上的水必然产生蒸发现象，若

水的温度高于空气的温度，蒸发所需的汽化热必然首先取自水分本身，因 此纱布上的水温下降，湿球温度计上的读数，随后读数下降。无论原来的水温多高，经过一段时间后，水温终将降至空气干球温度以下，这时，也 就出现了空气向水面的传热，此热量随着空气与水之间的温差的加大而增 加，当水温降到某一数值时，空气向水面的温差传热恰好补偿水分蒸发所吸收的汽化热。此时，水温不再下降，反映在湿球温度计上的这一稳定的 温度就是空气的湿球温度。如果湿球温度纱布上的最初水温低于湿球温度， 则空气向水面的温差传热一方面供给水蒸汽所需要的汽化热，另一方面，供水温的升高，随着水温的升高，传热量的减少，最终仍将达到温度传热 于蒸发需要的热相等，水温才稳定并等于空气湿球温度。在空气相当湿球 温度不变的情况下，湿纱布上水分蒸发可以认为湿稳定的，从而蒸发所需的热量也是一定的。

当空气相对湿度较低时，湿球温度纱布上的水分蒸发快，蒸发需要的 热量多，水温下降得也较多，因而干，湿球温度温差大。反之，如果空气得相对湿度高，则干，湿球温度温差小。当Ψ=100%时，湿纱布上的水分

不再蒸发，干，湿球温度也就相等了。由此可见，在一定的空气的状态下， 干湿球温度的差值反映了空气相对湿度的大小。

湿球温度是指同等焓值空气状态下，空气中水蒸汽达到饱和时的空气 温度，在空气焓湿图上是由空气状态点沿等焓线下降至 100%相对湿度线

上，对应点的干球温度。

1.3.4. 测定

用湿纱布包扎普通温度计的感温部分，纱布下端浸在水中，以维持感 温部位空气湿度达到饱和，在纱布周围保持一定的空气流通，使于周围空气接近达到等焓。示数达到稳定后，此时温度计显示的读数近似认为湿球 温度。

把水银温度计的水银球用湿纱布包裹，纱布的一端浸在水中以保持纱 布充分润湿。湿纱布中的水分不断向空气中蒸发时需要吸收热量，这热量

靠由空气传到水银球来补充。因此，水银球的温度比空气的温度低，亦即 比没有包有湿纱布前为低。此时测得的温度称为湿球温度。通过所测得的 空气温度和湿球温度，便可以计算出空气中所含的水蒸气量。

1.4. 干湿球温度对比

通常，相对湿度可由干湿球温度计测量干、湿球温度得到。干湿球温度计含有两支普通温度计，如图 1。

图 1 干湿球温度计

图 2 干湿球温度与相对湿度关系

其中一支的温包直接和湿空气接触，其测得温度称为干球温度；另一 支的温包则用保持浸润的湿纱布包着，测得温度称湿球温度。如果来流空气是未饱和的，那么湿纱布表面的水分会不断蒸发，由于水蒸发时吸收热 量，从而使贴近纱布的一层空气温度降低。随着与主流空气建立的温差， 主气流向纱布传热。当温度降低到一定程度时，传入纱布的热量正好等于水蒸发所需的热量，这时温度维持不变，此时的温度就是湿球温度。空气 的相对湿度愈小，湿球温度比干球温度就低得愈多。如果空气是饱和的， 则由于空气不能接纳更多的蒸汽，故纱布上水不会蒸发，这时湿球温度和干球温度是相同的。因此干湿球温度的差值与相对湿度存在一定的函数关 系。

根据对露点温度和湿球温度的讨论，干球温度、湿球温度和露点温度

的关系如下：

对于未饱和空气

φ<1，td<tw<t

对于饱和空气

φ=1，td=tw=t

应该指出，湿球温度计的读数和掠过湿球温度计的风速有一定的关系，湿球温度并非热力学状态参数。严格的场合应用绝热饱和温度作为确定湿 空气状态的一个参数，但绝热饱和温度的确定很困难。研究表明，在风速 超过 2m/s 直至 40m/s 以下的宽广范围内，湿球温度计的读数变化很小，

故工程上近似用湿球温度替代绝热饱和温度，作为一种表征湿空气的状态 参数。在以干、湿球温度查图表或进行计算求取相对湿度等时，应以通风 式干－湿球温度计的读数为准。

相关问题：根据经验湿球温度与空气流的速度有关，为什么用湿球温 度作为描述湿空气的一种参数？

解答：是的，可以这样理解。露点温度是湿空气中水蒸汽分压力对应 的饱和温度，湿球温度图 2 干湿球温度与相对湿度关系，是湿球周围饱和

空气层的水蒸汽分压力对应的饱和温度，因湿球周围空气层的水蒸汽分压 力不可能低于空气中水蒸汽的分压力，所以湿球温度总是大于等于露点温 度？