もいすちゅ〜の水分講座

水について考える

湿度単位換算
について

湿度の単位として様々な単位が用いられています。
今回は、露点・霜点・飽和水蒸気圧・相対湿度・絶対湿度・モル分率・重量分率を順を追って説明します。

もいすちゅ〜「単位がいっぱでちゅ〜!」

1 露点Td℃、霜点Tf℃

ここでは、露点値の算出方法について説明します。定性的な説明は1-2をご参照ください。一般的に学術分野の表記は露点/霜点をTd/Tf、実用的な表記は℃dpと識別され弊社では℃dpと表記しています。 露点値の算出には近似式を用います。歴史上様々な式が提案されてきましたが、現在では、SONNTAGの式というものを使用するのが一般的で、JIS Z8806湿度-測定方法にも記載があります。露点、霜点それぞれについて右記のとおり式が定められています。

露点
式:露点
霜点
式:霜点

式中のew、eiはそれぞれ水と氷の飽和水蒸気圧(Pa)で、求めるべき露点(霜点)はTで表されています。Lnは自然対数のことで、OFFICEソフトのEXCELでは数式が用意されていますので、それを用いて一般でも算出することができます。この式に使用されている係数は、過去の実験データから算出されたもので、現在は一般的な定数として使用されています。

露点と霜点のそれぞれの算出結果を右記グラフに記します。式の運用上は、結露(霜)する状態が水か氷かは-30℃以下が氷の状態で液化(結霜)する領域、-30℃~0℃は混在する領域(過冷却が起こる領域)、0℃以上は結露する領域と考えられています。二つの式は0℃で交わるので0℃以上に露点の式、0℃以下に霜点の式を用いることが多いです。

グラフ:水/氷のSONNTAGの式

2 飽和水蒸気圧 e(Pa)

これ以上そのガスが水分を含むことのできない状態での、そのガス中の水蒸気の分圧です。飽和水蒸気圧を測定値として採用する場合は少ないのですが、圧力という基本的な測定量を用いており、他の単位の算出や換算のときに頻繁に使用されます。

3 相対湿度 Uw(%)

気象の領域で良く使われる単位で、空気がどの位水蒸気で満たされているかを表わす量のことです。飽和水蒸気圧ew(Pa)とそのガスの水蒸気圧e(Pa)で以下の式で示されます

式:相対湿度

4 絶対湿度 dv(kg/m3、g/m3)

与えられた温度および圧力における湿潤空気の単位体積中に存在する水蒸気の質量のことで、気体の状態方程式を用いて算出され、一定質量中の水分の重量、1立方メートル中の重量(kg、g)で表します。
eはそのガスの水蒸気圧、Mwは水の分子量、Rは気体定数8.314(J/(K・mol)、Tは絶対温度(K)です。

式:絶対湿度

5 モル分率 xv(mol/mol)

水分量が少ない場合はppm(百万分率)、ppb(十億分率)であらわすこともあります。6)重量比との区別でppmv、ppbv(vはvolume)と記載されることもあります。そのガス全体のモル数(物質量)と水蒸気のモル数の比であらわしますが、簡単には圧力の比で算出できます。
式中のeはそのガスの水蒸気圧、Pはそのガスの全体の圧力です。

式:モル分率

6 重量分率 wv(kg/kg、g/g等)

モル分率の分子eに水の分子量をかけて、分母Pにそのガスの分子量をかけたものです。
eはそのガスの水蒸気圧、Mwは水の分子量、Pはそのガスの圧力、Mgasはガスの分子量です。JISに記載がない単位ですが、一般ではまだつかわれているようです。水分量が少ない場合はppmw、ppbw(wはweight)と記載されることもあります。

式:重量分率

湿度換算表(PDF)