Para wodna i wilgotność: Definicja i znaczenie
- Szczegóły
Choć jej nie widać, to decyduje o komforcie i zdrowiu. Wilgotność powietrza to po prostu ilość pary wodnej znajdującej się w danej objętości powietrza, ale opisuje się ją kilkoma różnymi wielkościami fizycznymi.
To nie tylko wyznacznik ilości wody w powietrzu. Istnieje bowiem kilka rodzaów: wilgotność względna, bezwzględna, właściwa, punkt rosy i niedosyt wilgotności. Razem tłumaczą, czemu pojawia się rosa, mgła, deszcz czy śnieg i skąd bierze się odczuwalna temperatura inna niż na termometrze.
W codziennych komunikatach najczęściej pojawia się wilgotność względna, bo dobrze oddaje odczucia człowieka i ryzyko zjawisk takich jak mgła czy opady.
Jak powstaje para wodna?
Para wodna pojawia się w powietrzu głównie dzięki parowaniu z powierzchni oceanów, mórz, jezior, rzek oraz wilgotnej gleby, a także w wyniku transpiracji roślin, które oddają wodę przez liście. Te procesy są zasilane energią słoneczną, która ogrzewa wodę i powoduje przejście cząsteczek do stanu gazowego.
Ta sama para wodna prędzej czy później opuszcza atmosferę, ponieważ obieg wody na Ziemi ma charakter zamknięty. Tak tworzą się chmury, z których następnie w sprzyjających warunkach powstają opady deszczu lub śniegu.
Przeczytaj także: Nawilżacz powietrza nie wytwarza pary - co robić?
Ilość pary wodnej w powietrzu jest bardzo zmienna, ponieważ na jej zawartość wpływają temperatura powietrza, ciśnienie, ruchy poziome i pionowe mas powietrza oraz lokalne warunki powierzchni terenu.
Znaczenie wilgotności powietrza
Wilgotność odgrywa kluczową rolę w powstawaniu chmur, mgieł i opadów, ponieważ to od stopnia nasycenia powietrza parą wodną zależy, czy nastąpi kondensacja. Gdy wilgotne powietrze unosi się i ochładza, jego zdolność do utrzymywania pary wodnej maleje.
W momencie osiągnięcia punktu rosy zaczynają powstawać kropelki wody lub kryształki lodu, które tworzą chmury.
Wilgotność wpływa także na sposób, w jaki człowiek odczuwa temperaturę. W gorące dni organizm chłodzi się poprzez odparowywanie potu ze skóry, a im wyższa wilgotność, tym trudniej ten proces przebiega.
W efekcie przy wysokiej temperaturze i wilgotności pojawia się wrażenie „parnego upału”, a odczuwalna temperatura jest wyższa niż wskazują termometry.
Przeczytaj także: Chłodna para w ultradźwiękowym nawilżaczu: wszystko, co musisz wiedzieć
W mroźne dni wilgotność powietrza również ma duże znaczenie. Suchy mróz przy niskiej wilgotności bywa odczuwany jako mniej dokuczliwy, mimo bardzo niskiej temperatury, ponieważ powietrze słabiej przewodzi ciepło od ciała.
Pomiar wilgotności powietrza
Wilgotności powietrza nie da się wiarygodnie ocenić wyłącznie na podstawie wrażeń zmysłowych, dlatego korzysta się z różnych typów przyrządów pomiarowych. W codziennym użytkowaniu liczy się nie tylko wybór odpowiedniego przyrządu, ale także sposób prowadzenia pomiaru.
W bardziej wymagających zastosowaniach kontroluje się także temperaturę otoczenia i różnicę między nią a punktem rosy, co pozwala ocenić ryzyko kondensacji na elementach konstrukcji oraz instalacjach technicznych.
Rodzaje wilgotności
Mówiąc o wilgotności rozróżnia się wilgotność względną i wilgotność bezwzględną. W różnych zakresach temperatur powietrze może absorbować różne ilości pary wodnej. Obowiązuje przy tym zasada, że im wyższa jest temperatura, tym więcej pary wodnej może zaabsorbować powietrze.
Dodatkowo dla każdej temperatury istnieje taki punkt, w którym powietrze nie może przyjąć więcej pary wodnej. Ten punkt nosi nazwę punktu nasycenia lub punktu rosy. W tym momencie zaczyna się tworzyć kondensat.
Przeczytaj także: Jak zapobiegać parowaniu szyb?
W odróżnieniu do wilgotności względnej wilgotność bezwzględna opisuje dokładną ilość pary wodnej zawartej w powietrzu, którą wyraża się w gramach wody na kilogram powietrza. Podczas ogrzewania obserwuje się spadek wilgotności względnej, to jednak wilgotność bezwzględna pozostaje na tym samym poziomie.
Osuszone powietrze ma tendencję do absorbowania pary wodnej i pobiera ją z otoczenia, a także od znajdujących się tam osób. Prowadzi to do dolegliwości, takich jak swędzenie skóry, uczucie pieczenia oczu, bólów głowy i zmęczenia.
Przykład
W naczyniu szklanym znajduje się powietrze o temperaturze 20°C. Zawiera ono 10 gramów wody na kilogram powietrza, a wilgotność względna wynosi 70%. Wiadomo już, że powietrze w tym stanie jest bardzo wilgotne i może jeszcze przyjąć tylko 30% pary wodnej.
Można jeszcze zauważyć, że powietrze osiągnie linię punktu rosy, gdyby wilgotność bezwzględna została podwyższona o 5 gramów wody na kilogram powietrza. Ponadto powietrze osiągnęłoby linię punktu rosy także po schłodzeniu o co najmniej 6°C.
Jeżeli do naczynia zostałaby dodana teraz para wodna, tak że wilgotność osiągnęłaby poziom 15 gramów wody na kilogram powietrza, wówczas w naczyniu wytworzyłaby się mgła oraz kondensat.
Wpływ wilgotności na zdrowie
Przy wilgotności względnej poniżej 30%, wskutek ogrzewania pomieszczeń zimą, występują często objawy odwodnienia wśród ludzi. Wyschnięte śluzówki nie są wtedy w stanie szybko zatrzymać kurzu, zanieczyszczeń i zarazków chorobotwórczych, które przedostają się do dróg oddechowych.
Ze względu na ich zdolność do długotrwałego przebywania w układzie oddechowym rośnie niebezpieczeństwo infekcji dróg oddechowych. Typowymi objawami są wtedy kaszel, zapalenie oskrzeli, katar i zapalenie zatok.
Wilgotność względna poniżej 35% jest sprzyjająca tworzeniu się kurzu z wyschniętej odzieży, dywanów, mebli itp. Kurz nagromadzony na grzejnikach, ulegając rozkładowi termicznemu, wydziela amoniak i inne gazy, które dodatkowo podrażniają organy oddechowe.
Przy zbyt wysokiej wilgotności powietrza powyżej 70% w miejscach o niższej temperaturze może gromadzić się wilgoć. Wtedy jest prawdopodobne, że rzeczy w pomieszczeniu wykonane z materiałów organicznych, mogą wydzielać przykre zapachy od grzybów pleśniowych lub zgnilizny. Ponadto mogą wystąpić szkody budowlane lub materiałowe.
Duża część materiałów w naszym otoczeniu zawiera wodę w większych lub mniejszych ilościach. Wszystkie materiały higroskopijne dążą do równowagi. Dlatego materiał higroskopijny pozostający przez pewien czas w kontakcie z wilgotnym powietrzem powraca do stanu równowagi, w którym wchłania lub oddaje wodę do otoczenia.
Parametry pary wodnej
Najważniejsze parametry pary wodnej to:
- Temperatura - Mierzona w stopniach Celsjusza (°C) lub Fahrenheita (°F).
- Ciśnienie - Mierzone w paskalach (Pa), kilopaskalach (kPa), barach, lub atmosferach (atm).
- Entalpia - Ilość ciepła w parze wodnej, mierzona w kilodżulach na kilogram (kJ/kg).
- Entropia - Miara nieuporządkowania cząsteczek w układzie, mierzona w kJ/kg·K.
- Gęstość - Masa pary wodnej na jednostkę objętości, mierzona w kilogramach na metr sześcienny (kg/m³).
- Jakość pary (suchość) - Stosunek masy pary suchej do całkowitej masy mieszanki pary i wody, wyrażona w procentach (%).
- Prędkość - Szybkość przepływu pary, mierzona w metrach na sekundę (m/s).
- Objętość właściwa - Objętość zajmowana przez jednostkę masy pary, mierzona w metrach sześciennych na kilogram (m³/kg).
- Ciepło właściwe - Ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury jednostki masy pary, mierzona w kJ/kg·K.
- Zawartość wilgoci - Ilość wody w stanie ciekłym w mieszaninie pary, wyrażona w procentach (%).
Rodzaje pary wodnej
Główne rodzaje pary wodnej to:
- para technologiczna
- para sucha
- para mokra
- para nasycona
- para nienasycona
- para przegrzana
- para przechłodzona
- para niskociśnieniowa
- para kulinarna
- para czysta
- para z rozprężania
Charakterystyka poszczególnych rodzajów pary wodnej:
- Para technologiczna: Wykorzystywana w procesach przemysłowych do produkcji energii, ogrzewania, suszenia, sterylizacji czy wytwarzania chemikaliów.
- Para sucha: Para wodna, która nie zawiera żadnych kropelek wody w stanie ciekłym, charakteryzuje się 100% stopniem suchości.
- Para mokra: Mieszanina pary wodnej i wody w stanie ciekłym, która występuje, gdy woda nie jest całkowicie odparowana. Przyjmuje się, że para mokra zawiera co najmniej 5% wilgoci.
- Para nasycona: Rodzaj pary wodnej, w której fazy ciekła i gazowa wody współistnieją w równowadze przy określonej temperaturze i ciśnieniu.
- Para nienasycona: Mieszanina pary wodnej i ciekłej wody, która występuje przy temperaturze nasycenia i zawiera ponad 5% wilgoci.
- Para przegrzana: Para wodna, której temperatura jest wyższa, niż temperatura wrzenia przy danym ciśnieniu.
- Para przechłodzona: Para mająca temperaturę niższą, niż temperatura nasycenia przy tym samym ciśnieniu, ale mimo to pozostaje gazem z powodu braku centrów kondensacji.
- Para niskociśnieniowa: Para wodna, która jest wytwarzana i używana przy niskich ciśnieniach, zazwyczaj poniżej 0,5 bara.
- Para kulinarna: Para wodna używana w procesach przygotowywania żywności, charakteryzuje się dodatkowym wymogiem, którym jest niestosowanie lotnych środków chemicznych do alkalizacji i wiązania tlenu resztkowego.
- Para czysta: Para wodna, która jest wolna od wszelkich zanieczyszczeń chemicznych, biologicznych i cząstek stałych.
- Para z rozprężenia: Para wodna, która powstaje w wyniku obniżenia ciśnienia pary wysokociśnieniowej poprzez jej przepływ przez urządzenie takie jak turbina, zawór redukcyjny lub dławik.
Tabela: Zależność prężności maksymalnej pary wodnej (E) od temperatury
| Temperatura (°C) | Prężność maksymalna (hPa) |
|---|---|
| -10 | 2,86 |
| -5 | 4,21 |
| 0 | 6,11 |
| 5 | 8,72 |
| 10 | 12,28 |
| 15 | 17,05 |
| 20 | 23,37 |
| 25 | 31,69 |
| 30 | 42,46 |
tags: #para #wodna #wilgotnosc #definicja
