습구온도
Wet-bulb temperature습도 및 히그로메트리 |
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구체적인 개념 |
일반개념 |
측정 및 계측기 |
습식 전구 온도(WBT)는 공기가 지나가는 물에 젖은 천(습식 전구 온도계)으로 덮인 온도계에 의해 판독되는 온도다.[1] 상대 습도 100%에서는 습구 온도가 공기 온도(건구 전구 온도)와 같으며, 낮은 습도에서는 증발 냉각으로 인해 습구 온도가 건구 전구 온도보다 낮다.
습식 전구 온도는 공기 소포에 의해 공급되는 잠재열을 가지고 그 소포에 물의 증발에 의해 포화(상대 습도 100%)로 냉각된 공기 소포의 온도로 정의된다.[2] 습식 전구 온도계는 참(열역학) 습구 온도에 가까운 온도를 나타낸다. 습식 전구 온도는 물의 증발에 의해서만 현재 주위 조건에서 도달할 수 있는 최저 온도다.
열 적응증이 있는 사람도 55°C(130°F)의 열 지수에 해당하는 32°C(90°F)의 습식 전구 온도가 지나면 정상적인 야외 활동을 할 수 없다. 무제한의 물이 있어도 그늘에서 몇 시간 이상 생존할 수 있는 이론적 한계는 35°C(95°F)로, 열 지수가 그렇게 높은 것은 아니지만 이론적으로 70°C(160°F)의 열 지수와 같다.[3]
직감
온도계가 물에 적신 천에 싸여 있으면 다르게 행동하게 된다. 공기가 건조하고 습도가 낮을수록 물은 빨리 증발한다. 물이 빨리 증발할수록 온도계의 온도는 공기 온도에 비례한다.
물은 주변의 공기가 더 많은 물을 흡수할 수 있어야만 증발할 수 있다. 이것은 공기 중에 얼마나 많은 물이 있는가를 공기 중에 있을 수 있는 최대치(상대 습도)와 비교하여 측정한다. 0%는 공기가 완전히 건조하다는 것을 의미하며, 100%는 공기가 현재 상황에서 수용할 수 있는 모든 물을 포함하고 있으며 더 이상 (어떤 공급원에서든) 물을 흡수할 수 없다는 것을 의미한다.
이것은 인간의 겉보기 체온을 일으키는 원인의 일부분이다. 공기가 건조할수록 이미 들어 있는 것을 넘어 더 많은 습기를 머금고 있을 수 있고, 여분의 물이 증발하기 쉽다. 그 결과는 땀이 건조한 공기에서 더 빨리 증발하여 피부를 더 빨리 식히는 것이다. 상대습도가 100%일 경우 물이 증발할 수 없고 땀이나 증발에 의한 냉각이 불가능하다.
상대습도가 100%일 때 습구온도계도 더 이상 증발에 의해 냉각될 수 없으므로 포장되지 않은 온도계와 동일하게 읽힌다.
일반
습식 전구 온도는 수돗물 통풍 표면의 증발 냉각에 의해 달성될 수 있는 최저 온도다.
이와는 대조적으로 이슬점은 공기 중으로 더 이상 증발하지 않는다고 가정할 때 주변 공기가 100% 상대 습도에 도달하도록 냉각되어야 하는 온도로서, 응결(dew)과 구름이 형성되는 지점이다.
포화도가 낮은 공기(즉 상대습도 100% 미만 공기)의 경우 습구온도는 건구온도보다 낮지만 이슬점온도보다 높다. 상대습도(공기가 건조할수록)가 낮을수록 이 세 가지 온도의 각 쌍 사이의 간극이 커진다. 반대로 상대습도가 100%까지 올라가면 세 수치가 일치한다.
알려진 압력 및 건조 전구 온도에서 공기의 경우 열역학적 습구 온도는 상대 습도 및 이슬점 온도의 고유한 값에 해당한다. 따라서 이 값은 이러한 값의 실질적인 결정에 사용될 수 있다. 이 값들 사이의 관계는 심리학 차트에 설명되어 있다.
여름철 주변 공기의 상대습도가 높아짐에 따라 땀을 통한 인체의 냉방이 억제된다. "습기" 또는 "습기 감기"라는 개념에 타당성이 있는 경우 다른 메커니즘이 겨울에 작동될 수 있다.
여름철 건조한 공기와 일치하는 낮은 습식 전구 온도는 다음과 같은 이유로 에어컨이 설치된 건물의 에너지 절약으로 이어질 수 있다.
열역학적 습구 온도
열역학적 습포화 온도 또는 단열 포화 온도는 공기 부피에 의해 공급되는 모든 잠열을 증발시켜 공기 부피에서 포화 상태로 냉각할 경우 공기 부피의 온도가 된다.
절연된 채널에서 액체 상태의 물의 큰 표면을 통과한 공기 샘플의 온도를 열역학적 습구 온도라고 부른다. 즉, 공기가 일정한 압력, 이상, 단열성 포화실을 통과함으로써 포화 상태가 되었다.
기상학자 등은 "열역학적 습구 온도"를 가리키기 위해 "이소바르식 습구 온도"라는 용어를 사용할 수 있다. 기상학자들 역시 "포화수준의 온도" 즉, 소포가 포화상태까지 단열적으로 팽창할 경우 달성할 온도라는 의미로 "부화포화온도"를 사용하지만, "부화포화온도"라고도 불린다.[4]
열역학적 습식 전구 온도는 정신 측정 차트에 표시된다.
열역학적 습포 온도는 공기와 수증기가 혼합된 열역학적 특성이다. 단순한 습식 전구 온도계로 표시되는 값은 열역학적 습구 온도의 적절한 근사치를 제공하는 경우가 많다.
정확한 습식 전구 온도계의 경우, "습구 온도와 부조화 포화 온도는 대기 온도와 압력에서 공기-수증기 혼합물의 경우 대략 같다. 이는 일반적인 대기 조건 또는 기타 기체-증발 혼합물에서 현저하게 벗어난 온도 및 압력에서 반드시 참된 것은 아니다."[5]
습구온도계의 온도측정값
습식 전구 온도는 양말이라 불리는 천으로 싸인 체온계를 사용하여 측정되며, 윅킹 작용을 통해 증류수로 젖은 상태를 유지한다. 이런 기구를 습구 온도계라고 한다. 습구온도와 건구온도 측정에 널리 사용되는 장치는 슬링심리계로, 한 쌍의 수은구온도계로 구성되며, 한 쌍은 습구온도를 측정하기 위해 습구온도를 "소크"로, 다른 한 쌍은 건구온도를 측정하기 위해 전구를 노출하고 건조시킨다. 온도계는 회전 핸들에 부착되어 있어 양말에서 물이 증발하여 열 평형에 도달할 때까지 젖은 전구를 식힐 수 있다.
실제 습구온도계는 열역학 습구온도와는 약간 다른 온도를 읽지만 값은 매우 가깝다. 이것은 우연에 기인한다: 수공기 시스템의 경우, 공기 및 물이 아닌 시스템의 경우 가깝지 않을 수 있지만, 심령비(아래 참조)는 1에 가깝다.
이러한 이유를 이해하려면 먼저 열역학적 습구 온도의 계산을 고려하십시오.
실험 1
이 경우 불포화 공기의 흐름이 냉각된다. 그 공기의 냉각열은 공기의 습도를 증가시키는 물을 증발시키기 위해 사용된다. 어느 순간 공기는 수증기로 포화 상태가 된다. (그리고 열역학적 습포 온도로 냉각되었다.) 이 경우 우리는 건조한 공기의 질량 당 다음과 같은 에너지 균형을 기록할 수 있다.
- s 공기의 포화수 함량(kgH2O/kgdry air)
- 공기 초기 수분 함량(위의 동일한 단위)
- 잠수열(J/kgH2O)
- 초기 공기 온도(K)
- 는 포화 공기 온도(K)
- 특정 열(J/kg·K)
실험 2
습구 온도계의 경우, 불포화 공기가 그 위로 불어오는 물방울을 상상해 보라. 낙하하는 물의 증기압력(온도의 기능)이 기류의 수증기의 부분압력보다 큰 한 증발은 일어난다. 처음에는 가장 빠르게 움직이는 물 분자가 낙하 표면에서 빠져나올 가능성이 높기 때문에 증발에 필요한 열이 낙하 자체에서 나올 것이기 때문에 나머지 물 분자는 평균 속도가 낮아져 온도가 낮아진다. 만약 이것만이 일어났고 공기가 완전히 건조해지기 시작했다면, 공기가 충분히 빠르게 불었다면, 수증기의 부분적인 압력은 끊임없이 0을 유지하게 될 것이고, 물방울은 무한히 차가워질 것이다.[citation needed]
대신 낙하물이 식기 시작하면서 지금은 공기보다 차가워지기 때문에 공기에서 낙하로 대류 열전달 현상이 일어나기 시작한다. 더욱이 증발률은 드롭 스트림 인터페이스와 원류(즉, 낙하 영향을 받지 않는 "원래" 스트림) 사이의 수증기 농도 차이와 혼합물 성분(즉, 물과 공기)의 함수인 대류질량 전달 계수'에 따라 달라진다.
일정 기간이 지나면 평형상태에 도달한다. 증발에 의해 운반되는 열의 비율이 대류를 통한 열 이득과 같을 정도로 강하가 냉각된다. 이 시점에서 인터페이스 영역당 다음과 같은 에너지 균형은 참이다.
- a 평형(kgH2O/kgdry air)에서 인터페이스의 수분 함량(이 지역의 공기는 항상 포화 상태고 포화 상태였다는 점에 유의)
- 원거리 공기의 수분 함량(위의 동일한 단위)
- 질량 전달 계수(kg/m³2)
- 거리에서의 공기 온도(K)
- 평형 상태에서 물방울 온도(K)
- 대류 열전달 계수(W/m2·K)
참고:
- - ) 은 대량 전달을 위한 원동력이다(전체 실험에서 항상 a - {\
- - ) 은 열전달의 원동력이다( 이(가) 에 도달하면 평형에 도달함).
그 방정식을 다음과 같이 다시 정리해보자.
이제 원래의 "열역학적 습구" 실험인 실험 1로 돌아가 봅시다. 두 실험(예: H 및 에서 공기 흐름이 동일하다면 두 방정식의 우측을 동일시할 수 있다.
약간의 재배열:
이제 만약 = 이면 실험 2의 하강 온도는 실험 1의 습구 온도와 동일하다는 것이 명백해졌다. 우연의 일치로 공기와 수증기의 혼합에 대해서는 이 경우 비율(심령비라고 함)[6]이 1에 가깝다.
실험 2는 일반적인 습구 온도계에서 일어나는 일이다. 그것이 그것의 판독값이 열역학("실제") 습구 온도에 상당히 가까운 이유다.
실험적으로 습식 전구 온도계는 다음과 같은 경우 열역학적 습구 온도에 가장 가깝게 측정된다.
- 양말은 주변과의 복사 열 교환으로부터 보호된다.
- 증발된 습기가 양말의 증발에 영향을 미치지 않을 정도로 공기가 양말을 빠르게 지나간다.
- 양말에 공급되는 물은 공기의 열역학적 습포 온도와 동일한 온도임
실제로 습구 온도계가 보고하는 값은 다음과 같은 이유로 열역학적 습구 온도와 약간 다르다.
- 양말이 복사 열 교환으로부터 완벽하게 보호되지 않음
- 양말을 통과하는 공기 유량이 최적보다 낮을 수 있음
- 양말에 공급되는 물의 온도가 제어되지 않음
상대 습도가 100% 미만일 경우 전구로부터 물이 증발하여 전구를 주변 온도 이하로 냉각시킨다. 상대 습도를 결정하기 위해 주변 온도는 보통 온도계를 사용하여 측정하는데, 이 맥락에서 건식 전구 온도계로 더 잘 알려져 있다. 주변 온도에서 상대 습도가 낮으면 건식 전구 온도와 습식 전구 온도 간 차이가 커진다. 습식 전구는 더 차갑다. 정확한 상대습도는 습식 전구 대 건식 전구 온도의 심리학적 차트에서 읽거나 계산에 의해 결정된다.
사이크로미터는 습식 전구 온도계와 건식 전구 온도계를 모두 갖춘 기구다.
습구온도계는 지구온도계(사고 복사온도를 측정하는 지구온도계)와 함께 햇빛에 야외에서 사용할 수도 있다.
단열 습구 온도
단열 습식 전구 온도는 습식 전구(AMS 용어집[clarification needed]) 공정에서[clarification needed] 단열로 식힌 다음 원래 압력에 단열로 압축할 경우 한 부피의 공기가 가질 수 있는 온도다. 이러한 냉각은 상승된 응축 수준에 관한 기사에서 언급한 바와 같이 [clarification needed]고도에 따라 기압이 감소함에 따라 발생할 수 있다.
이 글에서 정의한 바와 같이 이 용어는 기상학에서 가장 보편적일[vague] 수 있다.
"열역학적 습구 온도"라고 불리는 값도 단열 프로세스를 통해 달성되므로, 일부 엔지니어 등은 "열역학적 습구 온도"를 지칭하기 위해 "열역학적 습구 온도"라는 용어를 사용할[vague] 수 있다. 기상학자 등은 위에서 언급한 바와 같이 "열역학적 습구 온도"를 참조하기 위해 "이소바르식 습구 온도"라는 용어를 사용할[vague] 수 있다.
"이소바르와 단교 과정 사이의 관계는 상당히 불명확하다. 그러나 비교한 결과 두 온도가 섭씨 10분의 몇도 이상 차이가 나는 경우는 드물며, 불포화 공기에 대해서는 단열판이 항상 둘 중 작은 것으로 나타났다. 차이가 워낙 작기 때문에 대개는 실전에 소홀하다고 말했다.[7]
습포우울증
습식 전구 우울증은 건식 전구 온도와 습식 전구 온도의 차이다. 습도가 100%일 경우 건식 전구 온도와 습식 전구 온도가 같아 습식 전구 우울증이 0과 같아진다.[8]
습식 전구 온도 및 건강
살아있는 유기체는 일정한 온도 범위 내에서만 생존할 수 있다. 주위 온도가 과도할 때, 많은 동물들은 증발 냉각(인간과 말의 습기, 개와 다른 포유류의 침과 물)에 의해 주변 온도 이하로 냉각된다; 이것은 열 스트레스로 인한 잠재적으로 치명적인 열병을 예방하는 데 도움이 된다. 증발식 냉각의 효과는 습도에 따라 달라진다. 습식 전구 온도(WBGT) 또는 태양 방사선을 고려하는 습식 전구 온도(Wet-bulb Global 온도)와 같은 더 복잡한 계산량은 열 응력 정도를 유용한 표시하며, 여러 기관에서 열 응력 방지 지침의 기초로 사용한다..
35 °C(95 °F)를 초과하는 지속적인 습식 전구 온도는 팬 옆 그늘에 가려지지 않은 건강한 사람에게도 치명적일 수 있다. 이 온도에서 인체는 열을 방출하는 것에서 환경으로 전환하여 열을 얻는 것으로 전환된다.[9] 실제로 인간이 몸을 식히기 위한 그러한 이상적인 조건들이 항상 존재하는 것은 아닐 것이다. 따라서 습식 전구 온도가 28°C 이하인 2003년 유럽 및 2010년 러시아 폭염의 높은 치사율이 나타난다. [10]
2015년 한 연구는 미래의 지구온난화의 정도에 따라 치명적인 습포온도로 인해 세계 일부 지역이 살 수 없게 될 수 있다는 결론을 내렸다.[11] 2020년 한 연구에 따르면 35 °C(95 °F)의 습구 온도가 이미 발생한 경우, 비록 너무 짧고 작은 지역이지만 사망자를 발생시키기에는 너무 작은 지역이라고 한다.[10]
2018년 사우스캐롤라이나주는 야외활동 중 온열 관련 응급상황으로부터 고등학생들을 보호하기 위해 새로운 규정을 시행했다. 82.0°F(27.8°C) ~ 92.0°F(33.3°C) 사이의 습식 전구 온도에 대한 구체적인 지침과 제한 사항이 마련되어 있으며, 92.1°F(33.4°C) 이상의 습식 전구 온도는 모든 실외 활동을 취소해야 한다.[12][13]
습도가 높은 폭염
- 2003년 7월 8일 사우디아라비아 다흐란에서는 108°F(42°C)의 온도와 95°F(35°C)의 이슬점으로 178°F(81°C)로 기록된 역대 최고 열지수를 기록했다.[14][15]
- 2015년 인도 폭염으로 안드라프라데시 주의 습구 온도가 30°C(86°F)에 달했다. 1995년 시카고 폭염 기간에도 비슷한 습윤온에 도달했다.[16]
- A heat wave in August 2015 saw temperatures of 48.6 °C (119.5 °F) and a dew point of 29.5 °C (85.1 °F) at Samawah, Iraq, and 114.8 °F (46.0 °C) with a dew point of 89.6 °F (32.0 °C) in Bandar-e Mahshahr, Iran.[17] 이 암시적인 습구 온도는 각각 약 33.5°C(92.3°F)와 34.7°C(94.5°F)이다.[18] 정부는 주민들에게 햇볕을 쬐지 말고 물을 충분히 마실 것을 당부했다.
기록된 가장 높은 습식 전구 온도
이 섹션은 검증을 위해 추가 인용구가 필요하다. (2021년 7월) (이 과 시기 |
다음 위치는 34°C(93°F) 이상의 습전 온도를 기록하였다. 기상 관측소는 일반적으로 공항에 있기 때문에 도시의 다른 장소들은 더 높은 가치를 경험했을 수 있다.[19]
WT(°C) | 시와 주 | 나라 |
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36.3 | 라스알카이마 시 | UAE |
36.2 | 자코바드, 신드 | 파키스탄 |
36 | 메카 | 사우디아라비아 |
35.8 | 히사르, 하리아나 | 인도 |
35.6 | 웨스턴 오스트레일리아 얀나리 | 호주. |
35.4 | 비야에르모사, 타바스코 | 멕시코 |
35.1 | [이름없는 위치], 카이버 파쿤화 | 파키스탄 |
35 | 마라카이보 | 베네수엘라 |
35 | 마틀라파, 산루이스 포토시 | 멕시코 |
35 | 시날로아 주 Choix | 멕시코 |
34.8 | 라파스, 바하 캘리포니아 수르 | 멕시코 |
34.8 | 소토 라 마리나, 타마울리파스 | 멕시코 |
34.7 | 메디나 | 사우디아라비아 |
34.7 | 반다르 압바스 | 이란 |
34.6 | 마칠리파트남 만달, 안드라 프라데시 | 인도 |
34.5 | 사하데브쿤타, 발라소레, 오디샤 | 인도 |
34.4 | 바마코 | 말리 |
34.4 | 칙술룹, 유카탄 | 멕시코 |
34.1 | 랑군 | 버마 |
34 | 아즈날라, 펀자브 | 인도 |
34 | 오스트레일리아 서부 포트헤들랜드 | 호주. |
34 | 엠팔메, 소노라 | 멕시코 |
34 | 턱스판, 베라크루즈 | 멕시코 |
34 | 페이산두 주 | 우루과이 |
지구온난화
연구 결과는 지구온난화를 1.5℃로 제한하면 대부분의 열대지방이 인간의 생리적 한계인 35℃의 습포 온도에 도달하는 것을 막을 수 있다는 것을 보여준다.[20][21]
참고 항목
참조
- ^ Guy W. Gupton (2002). HVAC Controls: Operation & Maintenance. The Fairmont Press, Inc. pp. 288–. ISBN 978-0-88173-394-5.
- ^ A Dictionary of Weather. Oxford Reference. 2008. ISBN 978-0-19-954144-7.
- ^ [1]
- ^ "Adiabatic saturation temperature".
- ^ VanWylen, Gordon J; Sonntag, Richard E. (1973). Fundamentals of Classical Thermodynamics (2nd ed.). Wiley. p. 448. ISBN 978-0471902270.
- ^ 20080408 액세스
- ^ NWSTC 원격 훈련 모듈; SIKE T LOG P 다이어그램 및 소리 분석; RTM - 230; 국립 기상 서비스 훈련 센터; 캔자스 시티, MO 64153; 2000년 7월 31일
- ^ "Dry Bulb, Wet Bulb and Dew Point Temperature".
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- ^ Shelton, David. "New rules go into effect to protect SC high school athletes in extreme heat". Post and Courier. Retrieved 16 August 2018.
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- ^ Jason Samenow (31 July 2015). "Iran city hits suffocating heat index of 165 degrees, near world record". Washington Post. Archived from the original on 26 April 2016. Retrieved 4 June 2018.
- ^ Henson, Bob (9 May 2020). "Heat and Humidity Near the Survivability Threshold: It's Already Happening". Weather Underground. Retrieved 10 May 2020.
- ^ "The Deadly Combination of Heat and Humidity". The New York Times. 6 June 2015. Retrieved 16 March 2016.
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- ^ [2]
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- ^ Zhang, Yi; Held, Isaac; Fueglistaler, Stephan (March 2021). "Projections of tropical heat stress constrained by atmospheric dynamics". Nature Geoscience. 14 (3): 133–137. Bibcode:2021NatGe..14..133Z. doi:10.1038/s41561-021-00695-3. ISSN 1752-0908. S2CID 232146008. Retrieved 19 April 2021.