Wilgotność Aktualna - Definicja i Znaczenie
- Szczegóły
Mianem wilgotności powietrza określa się zawartość pary wodnej w powietrzu. Para wodna w powietrzu pochodzi z parowania zachodzącego ze swobodnych powierzchni wodnych i powierzchni lądowych (gruntu, roślinności...).
Wilgotność powietrza w przyrodzie występuje praktycznie wszędzie z wyjątkiem obszarów pustynnych i polarnych. W lesie tropikalnym wilgotność powietrza może dochodzić nawet do 100 procent.
Wilgotność powietrza to po prostu ilość pary wodnej znajdującej się w danej objętości powietrza, ale opisuje się ją kilkoma różnymi wielkościami fizycznymi.
Para wodna zawarta w atmosferze, głównie w jej warstwie rozciągającej się nad powierzchnią Ziemi (troposferze), jest bardzo ważnym wskaźnikiem pogodowym oraz klimatycznym. Dzięki obecności pary wodnej w atmosferze zachodzą procesy kondensacji, powstają chmury i opady atmosferyczne. Przemiany pary wodnej w wodę i odwrotnie są bardzo ważną częścią cyklu hydrologicznego (obiegu wody w przyrodzie). Zawartość pary wodnej w atmosferze wpływa na budowę roślin i zwierząt oraz przebieg procesów zachodzących w ich organizmach.
Ilość pary wodnej zawartej w powietrzu w dużym stopniu zależy od temperatury powietrza. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta zawartość pary wodnej w powietrzu.
Przeczytaj także: Poradnik: walka z wilgocią w mieszkaniu
Wilgotność powietrza jest określana przez kilka wskaźników:
- aktualną prężność (ciśnienie) pary wodnej w danej temperaturze (e),
- maksymalną prężność pary wodnej w danej temperaturze (E),
- niedosyt wilgotności,
- wilgotność względną (f),
- wilgotność bezwzględną (a),
- temperaturę punktu rosy.
Aktualna Prężność Pary Wodnej
Aktualna prężność pary wodnej (e) to ciśnienie parcjalne (cząstkowe), wywierane przez parę wodną w powietrzu. Jednostką pomiaru jest hPa (jednostka ciśnienia). Można to wyobrazić sobie jako różnicę ciśnienia w zamkniętej objętości powietrza i bez zmiany jego temperatury przed (p) i po całkowitym usunięciu z tej objętości znajdującej się pary wodnej (p').
Prężność aktualna w atmosferze zmienia się stosunkowo powoli; aby wzrosła, musi wzrosnąć również zawartość pary w powietrzu. Proces parowania, który dostarcza pary wodnej do powietrza jest procesem energochłonnym, przez to powolnym. Zmniejszenie się zawartości pary wodnej w powietrzu nie jest możliwe, bez wystąpienia procesów kondensacji. W związku z tym zmiany prężności aktualnej zachodzą zazwyczaj wraz z procesami wymiany mas atmosferycznych nad danym obszarem.
Maksymalna Prężność Pary Wodnej
Maksymalna prężność pary wodnej (E) to najwyższa wartość ciśnienia pary wodnej, jaka może wystąpić w określonej temperaturze, jest równoważne ciśnieniu pary nasyconej w tej temperaturze. Osiągnięcie maksymalnej prężności jest warunkiem koniecznym do rozpoczęcia procesu kondensacji pary wodnej. Wartości prężności maksymalnej wrasta wraz ze wzrostem temperatury. Nie można zmieszać dowolnej ilości pary wodnej z dowolną ilością powietrza. Ilość pary wodnej, która znaleźć się może w powietrzu (rozpuścić w powietrzu) zależy od jego temperatury. Maksymalną ilość pary wodnej, jaką jest w stanie zawierać powietrze w danej temperaturze określa się mianem prężności maksymalnej lub prężnością pary nasyconej, niekiedy prężnością nasycenia i oznacza zazwyczaj symbolem E.
Niedosyt Wilgotności
Różnicę, między prężnością maksymalną (E) w temperaturze powietrza, w której została zmierzona prężność aktualna a wartością prężności aktualnej (e), wyrażona w hPa: d = E - e [hPa],określa się mianem niedosytu wilgotności, który informuje o tym, ile jednostek prężności potrzeba do całkowitego nasycenia danego powietrza. Niedosyt wilgotności jest definiowany jako różnica pomiędzy maksymalna prężnością pary wodnej (E) i aktualną prężnością pary wodnej (e). Jednostką niedosytu wilgotności jest hektopaskal (hPa).
Przeczytaj także: Wakacje w Bodrum
Wilgotność Względna
Wilgotność względna (oznaczana najczęściej jako f), którą definiuje się jako: f = (e/E) * 100 [%],informującą w jakim procencie, w stosunku do maksymalnie możliwego w danej temperaturze (tj. temperaturze, w której zmierzono e) powietrze jest nasycone parą wodną. Wilgotność względna pary wodnej określa procentową zawartość pary nasyconej w powietrzu. Jest wskaźnikiem wykorzystywanym powszechnie w prognozowaniu pogody oraz raportach klimatycznych, gdyż z dużą dokładnością określa prawdopodobieństwo wystąpienia opadów, pojawienia się rosy lub mgły. Wilgotność względna to stosunek aktualnej wilgotności powietrza do maksymalnej ilości pary wodnej, jaką może ono pomieścić w danej temperaturze.
Wartości prężności aktualnej, choć pośrednio informują o tym, ile jest pary wodnej w powietrzu, nie są miarą wystarczająco poglądową, informacja, że np. prężność aktualna równa jest 5 hPa, bez znajomości temperatury powietrza i względnie precyzyjnej znajomości E = f(t), niewiele jeszcze mówi.
Zauważmy, że w różnych temperaturach powietrza taka sama wartość wilgotności względnej (np. 50%) będzie oznaczała zupełnie rożne ilości pary wodnej znajdującej się w powietrzu. Przykładowo wilgotność względna 50% w temperaturze 0°C wystąpi przy e = 3,05 hPa, w temperaturze +20°C przy e = 11,7 hPa.
W formule definiującej wilgotność względną występuje w mianowniku ułamka wartość E, która jest funkcją temperatury powietrza. Wraz ze wzrostem temperatury powietrza wartość E rośnie. Oznacza to, że zmiany temperatury powietrza, przy niezmienionej zawartości pary wodnej w powietrzu (e, prężności aktualnej) muszą pociągać za sobą zmiany wilgotności względnej (f). W przypadku niezmienionej zawartości pary wodnej (e) wzrost temperatury powoduje spadek (zmniejszenie się) wilgotności względnej.
Wilgotność Bezwzględna
Wilgotność bezwzględną pary wodnej (a) definiuje się jako ilość pary wodnej zawartej w danej objętości lub masie powietrza:
Przeczytaj także: Poradnik pomiaru wilgotności
a - wilgotność bezwzględna [g/m³], mp - masa pary wodnej [g], V - objętość powietrza [m³], ew - aktualna prężność pary wodnej, m - współczynnik objętościowego rozszerzania gazów (m=0,00366), t - temperatura powietrza [°C].
Wilgotność bezwzględna pary wodnej w atmosferze wynosi od ok. 0-30 g/m³ dla powietrza nasyconego w temperaturze 30°C.
Maksymalna wilgotność bezwzględna pary wodnej odpowiada wilgotności względnej pary wodnej wynoszącej 100%, czyli powietrzu nasyconemu z maksymalną zawartością pary wodnej w danej temperaturze.
Temperatura Punktu Rosy
Temperaturę punktu rosy definiuje się jako temperaturę, do której należy schłodzić powietrze, aby przy danej prężności aktualnej wilgotność względna osiągnęła 100% i rozpoczęły się w nim procesy kondensacji. Wzór do wyznaczania temperatury punktu rosy:
td - temperatura punktu rosy [°C], t - temperatura [°C], H - wilgotność względna [%].
Temperatura, do której należy schłodzić powietrze, aby przy danej prężności aktualnej wilgotność względna osiągnęła 100% i rozpoczęły się w nim procesy kondensacji nosi nazwę temperatury punktu rosy i oznaczana jest zazwyczaj jako td [°C]. Temperatura punktu rosy powietrza, w którym nie zachodzą procesy kondensacji, zależy jedynie od wartości prężności aktualnej. Tak długo, jak temperatura powietrza nie spadnie poniżej temperatury punktu rosy, temperatura punktu rosy tego powietrza pozostaje stała.
Jeśli powietrze osiągnie temperaturę równą lub niższą niż punkt rosy, para wodna zacznie się skraplać, co może prowadzić do powstania wilgoci na powierzchniach oraz różnego rodzaju problemów związanych z wilgocią, takich jak pleśń czy korozja.
Zwróćmy uwagę, że bardzo wszechstronną miarą wilgotności powietrza może być para temperatury - temperatura powietrza (tp) i temperatura punktu rosy tego powietrza (td). Zauważmy, że temperatura powietrza nie może być niższa od jego temperatury punktu rosy. Jeśli wyobrazimy sobie procesy kształtowania wilgotności powietrza, bez zmian ilości pary wodnej w powietrzu, związane ze zmianami temperatury tego powietrza w ten sposób, że obie te wartości znajdują się na osi liczbowej, to temperatura punktu rosy (td) będzie stała w miejscu na osi (zależy jedynie od e). Wzrost temperatury (tp) spowoduje oddalenie tp od td, spadek temperatury zbliżenie tp do td. W ten sposób różnica temperatury powietrza i temperatury punktu rosy informuje nas o tym, jaka jest wilgotność względna (duża różnica - mała wilgotność, mała różnica - duża wilgotność, czyli powietrze bliskie nasycenia parą wodną).
Pomiar Wilgotności Powietrza
Do pomiaru wilgotności powietrza służą urządzenia zwane wilgotnościomierzami, które w zależności od budowy i zasady działania dzieli się na higrometry i psychrometry.
Higrometry
Pomiar z wykorzystaniem higrometru polega na pochłanianiu wilgoci z powietrza przez dany materiał absorbujący, w wyniku czego zmieniają się jego właściwości, a następnie wyznaczaniu wilgotności bezwzględnej. Wyróżnia się higrometry włosowe, kondensacyjne, pojemnościowe, z ogrzewanymi czujnikami, przenośne stacje meteo i termohigrometry (mierzące, oprócz wilgotności powietrza, także temperaturę powietrza i temperaturę punktu rosy).
Higrometr włosowy jest nieskomplikowanym, tanim przyrządem, służącym do pomiaru wilgotności względnej. Elementem mierzącym (reagującym na zmiany wilgotności względnej) jest w nim odtłuszczony włos ludzki (dokładniej pęczek włosów). Higrometry włosowe pozwalają na dość pewny (dokładność pomiaru nie jest obarczona większym błędem niż 5%) pomiar wilgotności względnej od 30 do 100%.
Higrometr włosowy, z czasem, zaczyna fałszować pomiary. Związane to jest ze stopniowym wysychaniem włosa (pęczka włosów). Z tego względu, nie rzadziej niż 3 miesiące w przeciętnych warunkach wilgotnościowych i nie rzadziej niż co 1 miesiąc w warunkach zwiększonej suchości powietrza, higrometr należy poddać procesowi ponownego tarowania (‘świeżenia’).
Psychrometry
Psychrometry wyznaczają wilgotność powietrza, mierząc ochłodzenie ciała, z którego paruje woda lub poprzez wyznaczenie punktu rosy. Psychrometr składa się z dwóch termometrów - suchego wskazującego temperaturę powietrza i mokrego wskazującego tzw. „temperaturę termometru mokrego” niższą od temperatury powietrza. Różnica wskazań obu termometrów (różnica psychrometryczna) umożliwia wyznaczenie wilgotności względnej powietrza w oparciu o tabelę psychrometryczną. W powietrzu nasyconym parą wodną (o wilgotności względnej wynoszącej 100%) oba termometry wskazują tę samą temperaturę.
Wpływ Wilgotności Powietrza
Wilgotność powietrza ma wpływ na wiele dziedzin życia, w tym na zdrowie człowieka, kondycję budynków oraz procesy przemysłowe.
Wpływ na Zdrowie
Wilgotność powietrza ma wpływ na zdrowie człowieka. Zbyt wysoka lub zbyt niska wilgotność powietrza może prowadzić do różnych problemów zdrowotnych. Zbyt suchy lub zbyt wilgotny powietrzem może powodować problemy z oddychaniem. W suchym powietrzu, drogi oddechowe mogą ulec podrażnieniu i osuszeniu, co może prowadzić do kaszlu, bólu gardła i nosa oraz infekcji górnych dróg oddechowych.
W prawidłowo nawilżonym środowisku, człowiek czuje się lepiej. Nie występują wówczas problemy z, popękanymi ustami przesuszonymi oczami, a śluzówka nosa jest odpowiednio nawilżona. Osoby przebywające w odpowiednio nawilżonym pomieszczeniu mają znacznie mniejszą podatność na infekcje i choroby układu oddechowego.
Wpływ na Przemysł
W procesach technologicznych w których biorą udział materiały higroskopijne niestabilna wilgotności względna może spowodować zmianę ich wymiarów oraz właściwości a tym samym wpływa to negatywnie na sam proces oraz jego wydajność i to większym stopniu niż np. zmiany temperatury. Tego typu sytuacje można zaobserwować np. w drukarni. Przy obróbce drewna mamy podobną sytuację jak z papierem, zmiana poziomu wilgotności może spowodować kurczenie materiału a co temu towarzyszy mogą wystąpić pęknięcia niekontrolowane skurcze i wykrzywienia materiału. Podobna sytuacja występuje w przemyśle tekstylnym. Włókna wykorzystywane jako przędza mogą stać się kruche, powodując ich rozrywanie, stratę czasu oraz zmniejszenie wydajności produkcji, a ponadto poszarpane włókna wpływają na pogorszenie jakości produktu. Wpływ wilgotności ma niebagatelne znaczenie w muzealnictwie. W przypadku przemysłu wysokich technologii wpływ zmian wilgotności powietrza ma duży udział na poprawność i wydajność procesu, zbyt suche powietrze może powodować pękanie płytek drukowanych, a warstwa farby staje się bardzo krucha. Tym samym produkt staje się wadliwy i bezużyteczny.
Wpływ na Meteorologię
Wilgotność względna jest również bardzo ważna w meteorologii. Wysoka wilgotność względna powoduje, że chmury mogą się tworzyć już przy niższych temperaturach, co z kolei wpływa na opady.
Tabela Zależności Wilgotności Względnej od Temperatury (przykład)
Poniższa tabela przedstawia przykładową zależność wilgotności względnej od temperatury.
| Temperatura (°C) | Wilgotność Względna (%) |
|---|---|
| 10 | 80 |
| 20 | 60 |
| 30 | 40 |
Nawilżanie Powietrza
Proces nawilżania powietrza wodą realizowane jest w oparciu o zjawisko wymiany ciepła i masy czyli parowania dyfuzyjnego z powierzchni wody. Powierzchnia bezpośredniego kontaktu powietrza i wody ma zasadniczy wpływ na intensywność dyfuzji. W tym procesie używane są komory zraszania i złoża zraszane lub za pomocą dysz rozpraszających wodę na drobne krople (mgłę). Możemy tu rozpatrywać dwa rodzaje przemian stanu powietrza: proces politropowy i adiabatyczny. Proces politropowy występuje jeżeli temperatura wody kontaktującej się z powietrzem jest różna od temperatury wilgotnego termometru tego powietrza. Wykorzystując ten proces, powietrze może być zarówno nawilżane jak również suszone. Jednakże w klimatyzacji proces nawilżania w komorach zraszania zazwyczaj zachodzi z użyciem wody obiegowej. Temperatura wody kontaktującej się z powietrzem jest wówczas równa temperaturze termometru wilgotnego powietrza. Podczas kontaktu z wodą powietrze oddaje ciepło „jawne”, które w całości zużywane jest na odparowanie wody. Woda w postaci pary łączy się z powietrzem, oddając mu ciepło „utajone”. Powietrze jest w ten sposób nawilżane i chłodzone, a entalpia tego procesu praktycznie nie ulega zmianie. W związku z ochłodzeniem powietrza występuje konieczność dodatkowego dostarczenia energii celem jego podgrzania.
tags: #wilgotność #aktualna #definicja
