Калькулятор температуры мокрого термометра

Ниже температуры воздуха	7,1 °C
На чувствительном элементе	Вода

До какой температуры помогает испарение

Два термометра на стойке: сухой и с влажным фитилём, опущенным в резервуар с водой

При температуре воздуха 25 °C, влажности 50% и давлении 1013,25 гПа температура мокрого термометра составляет примерно 17,9 °C. Разница с обычным термометром равна 7,1 °C. Испаряющаяся вода забирает тепло, поэтому смоченный чувствительный элемент охлаждается. Чем ближе воздух к насыщению водяным паром, тем меньше остаётся этот перепад.

Калькулятор находит термодинамическую температуру мокрого термометра. Это температура конечного насыщенного состояния, до которого воздух можно довести испарением воды при постоянном давлении без обмена теплом с окружающей средой. Такой расчёт помогает понять возможности испарительного охлаждения, сравнить условия в помещении и на улице, разобраться в психрометрической диаграмме. Он не обещает, что настоящий прибор или охладитель обязательно достигнет ровно этого значения.

Перепад = температура воздуха − температура мокрого термометра

Разница в один градус Цельсия численно равна одному кельвину. Саму температуру так переводить нельзя: для неё требуется прибавить 273,15. Форма и результат используют градусы Цельсия, поэтому отдельно пересчитывать показания не нужно.

Какие показания брать для расчёта

Температура воздуха означает показание сухого термометра, защищённого от прямого нагрева солнцем. Относительная влажность берётся в процентах: 50 вводится как 50%, а не как 0,5. Температура и влажность должны описывать одно место и один момент. Пара «температура в комнате и влажность из прогноза за окном» не соответствует ни одному состоянию воздуха.

Третий вход, местное давление, влияет на расчёт влагосодержания и насыщения. Здесь нужны гектопаскали: 1 гПа = 100 Па, а стандартные 1013,25 гПа равны 101,325 кПа. Миллибар численно равен гектопаскалю, поэтому значение в мбар можно вводить без пересчёта. Показание 101325 относится к паскалям и для этого поля слишком велико.

На погодном сайте давление может быть приведено к уровню моря. Такое значение удобно для сравнения погодных систем, но не описывает фактическое давление воздуха на высоте вашей станции. Психрометрический калькулятор NOAA также просит фактическое давление станции. Если местного измерения нет, оставьте 1013,25 гПа для расчёта при стандартном давлении и учитывайте это условие при сравнении.

Как меняется результат в разных условиях

Комната и испарительный охладитель. При 25 °C, 50% и 1013,25 гПа результат равен 17,9 °C, перепад 7,1 °C. Это ориентир предела охлаждения при начальных условиях. Воздух после реального охладителя обычно не доходит до идеального конечного состояния: имеют значение контакт с водой, расход воздуха и теплообмен. Поэтому надпись 17,9 °C не является прогнозом температуры на выходе любого устройства.

Влажный летний день. При 30 °C, 80% и том же давлении получается 27,1 °C. Перепад всего 2,9 °C: воздух уже близок к насыщению. Сравнение объясняет, почему увеличение подачи воды не создаёт неограниченного охлаждения. Пока исходный воздух остаётся таким же влажным, испарительный процесс имеет небольшой температурный запас.

Сухой воздух при той же жаре. При 30 °C и 20% температура мокрого термометра составляет 15,7 °C, перепад 14,3 °C. Температура сухого воздуха та же, что в предыдущем примере, а возможностей для испарительного охлаждения гораздо больше. Но испарение добавляет водяной пар. В закрытой комнате прежние 20% не сохраняются сами собой; для сравнения после работы устройства нужно снова измерить оба входа.

Помещение на высоте. При 30 °C, 50% и 1013,25 гПа получается 22,0 °C. При местном давлении 800 гПа, с той же температурой и влажностью, результат меняется до 21,5 °C. Здесь разница около половины градуса. Подстановка морского давления вместо местного скрывает этот эффект. Давление меняет и плотность воздуха, поэтому для расчётов вентиляции оно имеет значение сразу в нескольких величинах.

Полностью насыщенный воздух. При 20 °C, 100% и 1013,25 гПа результат равен ровно 20 °C, а перепад нулевой. Испарению уже некуда увеличивать содержание пара при этой температуре. При этом холодное стекло всё равно может покрыться влагой: для конденсата нужно сравнивать его температуру с точкой росы, а не искать запас испарительного охлаждения.

Прохладный воздух и состояние фитиля. При 5 °C, 35% и 1013,25 гПа водяная ветвь даёт примерно +0,2 °C. Для обледеневшего чувствительного элемента существует другая ветвь, примерно −0,2 °C. Оба числа относятся к своим фазовым условиям. Калькулятор выбирает водяное состояние основным и показывает ледяное дополнительно. При сравнении с настоящим психрометром нужно знать, был ли на его фитиле лёд.

Почему вода и лёд считаются отдельно

Мокрый термометр не обязан показывать плюс только потому, что температура воздуха положительная. Например, для воздуха 0 °C с предельной влажностью 0% при 1013,25 гПа расчёт даёт около −6,3 °C по ледяной ветви. Испарительное охлаждение в этом случае связано с обледеневшим элементом. Отрицательное число не означает, что калькулятор принял неправильную температуру воздуха.

При фазовом переходе меняются давление насыщения и энергетический баланс. В некоторых условиях около нуля есть два конечных решения: для воды и для льда. Используется водяное решение, если оно существует при температуре не ниже 0 °C; иначе выбирается ледяное. Подпись фазы в результате помогает отличить эти ситуации без чтения формулы.

Есть и очень узкая переходная область, где приближённые формулы давления насыщения над водой и льдом немного расходятся. Например, при воздухе 0 °C и влажности 99,995% калькулятор показывает приблизительно 0 °C и явно обозначает переход. Это ограничение согласования двух моделей возле замерзания, а не ошибка введённых данных. Сотые и тысячные процента здесь не делают результат практически точнее.

Метод расчёта и точность

Используются соотношения идеального влажного воздуха из ASHRAE Handbook Fundamentals 2017. Сначала по температуре и относительной влажности находится парциальное давление водяного пара. Затем оно вместе с общим давлением переводится во влагосодержание: массу пара на массу сухой части воздуха. Коэффициент отношения молярных масс воды и сухого воздуха равен 0,621945.

Температуру конечного насыщенного состояния получают из баланса энергии и влаги, отдельно для воды и льда. При меньшем общем давлении то же парциальное давление воды соответствует большей массе пара на килограмм сухого воздуха. Меняются исходное и конечное насыщенное влагосодержание, а вместе с ними температурный баланс. Подробное определение процесса и отличие его от измерения настоящим прибором описаны в главе ASHRAE о психрометрии.

Показание настоящего мокрого термометра зависит от обдува, теплового излучения, состояния фитиля и подаваемой воды. Термодинамический результат описывает идеализированный процесс, поэтому небольшое расхождение с прибором само по себе не доказывает неисправность. Один знак после запятой служит удобству сравнения. Ошибка исходного гигрометра или изменение условий измерения могут быть важнее этой десятой доли.

Форма ограничена температурой исходного воздуха от 0 до 60 °C и давлением от 300 до 1100 гПа. Влажность относится к насыщению над жидкой водой. Эти границы задают область инструмента; за ними нужны другие условия расчёта. Холодный исходный воздух ниже 0 °C сюда не входит, хотя вычисленная температура элемента может быть отрицательной. Ноль влажности оставлен как математический предел полностью сухого воздуха, без подмены небольшим положительным процентом.

❓ Вопросы и ответы

Для интерпретации холодного результата нужно знать состояние чувствительного элемента, а для сравнения условий на высоте брать давление именно в месте измерения.

Чем мокрый термометр отличается от точки росы?

Температура мокрого термометра описывает охлаждение при добавлении пара испаряющейся водой. Точка росы описывает насыщение при охлаждении воздуха без добавления влаги. Эти числа могут различаться; для конденсации на поверхности нужна точка росы.

Почему погодные приложения показывают другое давление?

Часть приложений приводит давление к уровню моря, чтобы сравнивать погоду в разных местах. Для этого расчёта нужно фактическое местное давление. Посмотрите обозначение показателя в источнике: станционное давление и приведённое к морю не всегда совпадают.

Можно ли получить минус при плюсовой температуре воздуха?

Да. Испарение может охладить чувствительный элемент ниже нуля. В этом случае расчёт переходит к ледяной ветви, а результат содержит подпись «Лёд». Это не разрешает вводить отрицательную исходную температуру: область формы начинается с 0 °C.

Почему около нуля иногда показаны две температуры?

Баланс для жидкой воды и для льда может иметь по одному допустимому решению в одних исходных условиях. Основным выбран результат для воды, дополнительным показан результат при обледенении. При реальном замерзании фитиля возникает переходное состояние; его нельзя описать единственным показанием без указания фазы.

Почему при 100% влажности результат равен температуре воздуха?

Воздух уже насыщен относительно воды при своей температуре. Испарение не создаёт обычного температурного перепада, поэтому обе температуры совпадают. Другие способы охлаждения, например теплообмен с холодной поверхностью, этим равенством не исключаются.

Реальны ли 0% влажности и расчёт для них?

Это идеализированный предел с нулевым влагосодержанием. Он полезен для проверки модели, но обычный прибор не доказывает абсолютное отсутствие водяного пара. Если гигрометр показывает ноль, учитывайте его нижний предел измерений и точность.

Можно ли определить по этому числу опасность жары или WBGT?

Само по себе это число не является персональной оценкой опасности. WBGT учитывает дополнительные условия, включая тепловое излучение и движение воздуха, и связан с определённой методикой измерения. Здесь рассчитано термодинамическое состояние воздуха, без шкалы риска и медицинских порогов.

Есть что добавить?

Напишите своё мнение, комментарий или предложение.