心理測定学

乾球温度とは、直射日光が当たらない場所で空気にさらされた温度計が示す温度のことです。乾球という用語は、湿球温度や露点温度と区別するために、温度に慣習的に付け加えられます。気象学や乾湿計学では、接頭辞のない温度という言葉自体が、通常は乾球温度を意味します。技術的には、乾湿計の乾球温度計によって記録される温度です。この名前は、感知球または要素が実際に乾燥していることを意味します。WMOは、温度の測定に関する23ページの章を提供しています。^{[ 5 ]}

熱力学的湿球温度は、空気と水蒸気の混合物の熱力学的性質です。湿球温度計が示す値は、多くの場合、熱力学的湿球温度の適切な近似値となります。

単純な湿球温度計の精度は、湿球上を空気が通過する速度と、温度計が周囲の放射熱からどれだけ遮蔽されているかによって決まります。5,000 フィート/分（約60 マイル/時、25.4 メートル/秒）までの速度が最適ですが、その速度で温度計を移動させるのは危険な場合があります。空気の流れが遅すぎたり、放射熱が多すぎたり（例えば日光など）すると、最大15%の誤差が生じる可能性があります。

空気の流れが約 1～2 m/s のときに測定した湿球温度はスクリーン温度 と呼ばれ、空気の流れが約 3.5 m/s 以上の場合に測定した温度はスリング温度と呼ばれます。 

乾湿計は、乾球温度計と湿球温度計の両方を備えた装置です。スリング式乾湿計は、球部に気流を発生させるために手動で操作する必要がありますが、電動式乾湿計にはこの機能のためのファンが内蔵されています。乾球温度（DBT）と湿球温度（WBT）の両方が分かれば、気圧に応じた乾湿線図から相対湿度（RH）を求めることができます。

空気サンプル中に存在する水分の飽和温度は、水蒸気が液体に変化する温度（凝結温度）とも定義できます。通常、水蒸気が液体に変化する高度は、大気中の雲の底を示すため、凝結高度と呼ばれます。したがって、このプロセス（凝結）が起こる温度値を「露点温度」と呼びます。簡単に定義すると、水蒸気が「露」に変化する温度です（Chamunoda Zambuko 2012）。

純物質の比エンタルピーに相当する。乾湿計学においては、この用語は乾燥空気1キログラムあたりの乾燥空気と水蒸気の総エネルギーを定量化する。

純物質の比体積に相当する。ただし、乾湿計学においては、この用語は乾燥空気1単位質量あたりの乾燥空気と水蒸気の総体積を表す。

乾湿比は、湿潤面における熱伝達係数と物質移動係数および湿熱の積との比です。これは次の式で評価できます。 ^{[ 7 ] [ 8 ]}

${\displaystyle r={\frac {h_{c}}{k_{y}c_{s}}}\,}$

どこ：

${\displaystyle r}$ = 乾湿計比、無次元

${\displaystyle h_{c}}$^{= 対流熱}伝達係数、W ^m⁻² K⁻¹

${\displaystyle k_{y}}$= 対流物質移動係数、kg m ⁻² s ⁻¹

${\displaystyle c_{s}}$= 湿熱、J kg ⁻¹ K ⁻¹

乾湿比は乾湿測定の分野において重要な特性であり、絶対湿度と飽和湿度を乾球温度と断熱飽和温度の差に関連付けるものです。

空気と水蒸気の混合物は、乾湿計測定において最もよく見られる系です。空気と水蒸気の混合物の乾湿比はほぼ1であり、これは空気と水蒸気の混合物の断熱飽和温度と湿球温度の差が小さいことを意味します。この空気と水蒸気の系の特性により、乾湿計の関係式を用いて行われる乾燥および冷却の計算が簡略化されます。

湿熱とは、乾燥空気の単位質量あたりの湿った空気の定圧比熱のことである。^{[ 9 ]} 湿熱とは、水蒸気と空気の混合物の単位質量の温度を 1 °C 変化させるのに必要な熱量のことである。

多くの乾湿計特性は圧力の概念に依存している。

• 水蒸気圧
• 試料採取場所における大気圧。

乾湿線図は、一定圧力（多くの場合、海抜高度に相当）における湿潤空気の熱力学的パラメータをグラフ化したものです。ここに示したASHRAEスタイルの乾湿線図は、 1904年にウィリス・キャリアーによって初めて考案されました。^{[ 11 ]}これはこれらのパラメータを示しており、状態方程式のグラフです。パラメータは次のとおりです。

• 乾球温度（DBT）とは、通常の温度計で測定した空気サンプルの温度のことです。通常、グラフの横軸（横軸）にプロットされます。温度のSI単位はケルビンまたは摂氏度で、その他の単位としては華氏度やランキン度があります。
• 湿球温度（WBT）とは、空気サンプルが一定圧力の理想的な断熱飽和過程を経た後の温度、つまり、断熱された流路内の大きな液体の水面を空気が通過した後の温度のことです。実際には、これは、サンプル空気の急速な流れの中で蒸発する濡れた靴下で感温球が覆われた温度計の読み取り値です（湿度計を参照）。空気サンプルが水で事前に飽和されている場合、WBTはDBTと同じ値を示します。一定のWBTの直線の傾きは、水の蒸発熱と乾燥空気の比熱の比であり、およそ0.4です。
• 露点温度（DPT）とは、同じ圧力下で湿った空気サンプルが水蒸気飽和状態に達する温度のことです。この温度に達すると、さらに熱が除去され、水蒸気は凝結して液体の水霧となり、氷点下であれば固体の霜となります。露点温度は容易に測定でき、有用な情報が得られますが、他の湿度特性や飽和曲線から得られる情報と重複するため、通常は空気サンプルの独立した特性とはみなされません。
• 相対湿度（RH）とは、同じ温度と圧力下で飽和状態にある水蒸気量に対する、実際の水蒸気量の比率のことです。RHは無次元量であり、通常はパーセントで表されます。一定RH線は空気と水の物理現象を反映しており、実験的な測定によって決定されます。空気が水分を「保持」する、あるいは水分が乾燥空気に「溶解」して一定の割合で飽和状態になるという考え方は誤りです（広く信じられていますが）。詳しくは相対湿度の項を参照してください。
• 湿度比とは、特定の条件（DBT、WBT、DPT、RHなど）における乾燥空気の単位質量あたりの水蒸気の質量の割合です。水分含有量または混合比とも呼ばれます。通常、グラフの縦軸（縦軸）にプロットされます。特定のDBTに対して、空気サンプルが相対湿度100%となる特定の湿度比が存在します。この関係は水と空気の物理的性質を反映しており、測定によって決定する必要があります。無次元湿度比は通常、乾燥空気1キログラムあたりの水のグラム数、または空気1ポンドあたりの水のグレイン数（7000グレインが1ポンドに相当）で表されます。
• 比エンタルピーは、 hで表される、対象となる湿潤空気の内部（熱）エネルギーの総和であり、空気と内部の水蒸気の熱を含みます。単位質量あたりの熱量とも呼ばれます。理想気体の近似では、エンタルピー等値線は湿球温度等値線と平行になります。エンタルピーは、空気1キログラムあたりのジュール（SI単位）、または乾燥空気1ポンドあたりのBTUで表されます。
• 比容積とは、1単位質量の「乾燥空気」を含む混合物（乾燥空気＋水蒸気）の体積のことです。SI単位は乾燥空気1キログラムあたりの立方メートル、その他の単位は乾燥空気1ポンドあたりの立方フィートです。比容積の逆数は、通常、混合物の密度と混同されます。^{[ 12 ]} しかし、実際の混合物の密度（${\displaystyle \rho }$）比容積の逆数に、関心のある地点での湿度比の値を加えた1を掛ける必要がある。^{[ 13 ]}

${\displaystyle \rho ={\frac {M_{da}+M_{w}}{V}}\,=\left({\frac {1}{v}}\right)(1+W)}$

どこ：

${\displaystyle M_{da}}$ ＝乾燥空気の質量

${\displaystyle M_{w}}$  ＝水蒸気の質量

${\displaystyle V}$      ＝総体積

${\displaystyle v}$       = 湿潤空気の比容積^{、m³kg⁻¹}

${\displaystyle W={\frac {M_{w}}{M_{da}}}\,}$= 湿度比

乾湿線図を用いることで、任意の3つの独立したパラメータ（そのうちの1つは気圧でなければならない）から、湿潤空気のすべてのパラメータを決定することができる。2つの気流が混ざり合うなどの状態変化は、その場所の気圧または海抜高度に応じた適切な乾湿線図を用いることで、容易に、かつある程度図式的にモデル化できる。 標高2000フィート（600メートル）以下の場所では、海抜乾湿線図を用いるのが一般的である。

ω - tチャートでは、乾球温度 ( t ) が横軸 (x) に、湿度比 ( ω ) が縦軸 (y) に表示されます。チャートは、特定の気圧 (または海抜高度) に対して有効です。乾球温度、湿球温度、相対湿度、湿度比、比エンタルピー、比体積の 6 つのパラメータのうち、任意の 2 つの独立した値から、他のすべての値を決定できます。${\displaystyle \left({6 \atop 2}\right)=15}$独立パラメータと派生パラメータの可能な組み合わせ。

• 乾球温度：これらの線は直線で描かれていますが、必ずしも互いに平行ではなく、垂直位置からわずかに傾いています。これがt軸、つまり横軸です。各線は一定の温度を表しています。

• 露点温度：基準点から、一定湿度比の水平線をたどり、相対湿度100%の切片（飽和曲線とも呼ばれる）を求めます。露点温度は、完全に飽和した乾球温度または湿球温度に等しくなります。

• 湿球温度：これらの線は、エンタルピー線とはわずかに異なる斜線です。どちらも直線ですが、完全に平行ではありません。これらの線は、DBT点で飽和曲線と交差します。

• 相対湿度：これらの双曲線は10%間隔で表示されています。飽和曲線は相対湿度100%、乾燥空気は相対湿度0%です。

• 湿度比：これはグラフ上の水平線です。湿度比は通常、乾燥空気質量あたりの水分質量（それぞれ乾燥空気1ポンドまたは1キログラムあたりの水分量（ポンドまたはキログラム））で表されます。範囲は、乾燥空気の0から、グラフの縦軸（ω軸）上の0.03（lbmw/lbma）までです。

• 比エンタルピー：これらは、グラフ上で左から右へ斜め下方向に引かれた、互いに平行な斜線です。湿球温度線とは平行ではありません。

• 比容積：これらは、ほぼ平行な等間隔の直線群です。

飽和曲線より上の領域は、熱平衡状態にある飽和湿潤空気と液体の水の混合物を表す二相領域である。

図の左上にある分度器には2つの目盛りがあります。内側の目盛りは顕熱と全熱の比（SHF）を表します。外側の目盛りはエンタルピー差と湿度差の比を表します。これは、2つのプロセス間の条件線の傾きを決定するために使用されます。条件線の水平成分は顕熱の変化であり、垂直成分は潜熱の変化です。^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}

乾湿線図^{[ 17 ]}は、SI（メートル法）単位とIP（米国/帝国単位）単位で入手可能です。また、低温および高温範囲、さまざまな圧力でも入手可能です。

• 相対湿度の測定：相対湿度（パーセント）は、垂直な乾球温度線と斜め下向きに傾斜した湿球温度線の交点から求められます。メートル法（SI）：乾球温度25  ℃、湿球温度20  ℃で、相対湿度は約63.5%と読みます。米国/帝国単位系（IP）：乾球温度77  °F、湿球温度68°Fで、相対湿度は約63.5%と読みます。この例では、湿度比は乾燥空気1kgあたり水 0.0126kgです。 
• 温度変化が相対湿度に及ぼす影響の判定：一定の水分組成または水分比の空気の場合、乾球温度線と湿球温度線の交点から初期相対湿度を求めます。前の例の条件を用いると、異なる乾球温度における相対湿度は、水平方向の湿度比0.0126の線に沿って、乾燥空気1kgあたりの水量（kg）または乾燥空気1ポンドあたりの水量（ポンド）で求めることができます。

この問題の一般的なバリエーションは、エアコンの蒸発器コイルから出て、さらに高温に加熱された空気の最終湿度を求めることです。コイルから出る温度が10℃（50°F）で、室温まで加熱されると仮定します（室内空気とは混合されません）。室温は、露点または飽和線から室内乾球温度線までの水平湿度比をたどり、相対湿度を読み取ることで求められます。通常、調整された空気は、外気が混入している室内空気と混合されます。

• 相対湿度を下げる、または上げる際に除去または追加する水分量を決定する：これは、初期状態と最終状態の湿度比の差に乾燥空気の重量を掛けたものです。

1923年にリチャード・モリエによって開発された「モリエi - x」（エンタルピー - 湿度混合比）図^{[ 18 ]}は、ドイツ、オーストリア、スイス、オランダ、ベルギー、フランス、スカンジナビア、東ヨーロッパ、ロシアの多くのユーザーに好まれている代替乾湿線図である^{[ 19 ] 。}

乾湿線図とモリエ図の基礎となる乾湿計パラメータデータは同一です。一見すると、これらの図にはほとんど類似点がないように見えますが、図を90度回転させて鏡に映すと、類似点が明らかになります。モリエ図の座標はエンタルピーと湿度比です。エンタルピー座標は歪んでおり、エンタルピーが一定の線は平行で等間隔です。1961年以降のASHRAE乾湿線図は、同様のプロット座標を使用しています。乾湿線図の中には、乾球温度と湿度比の座標を使用するものもあります。