Wilgotność Bezwzględna a Powierzchnia Parowania: Szczegółowa Analiza
- Szczegóły
Andrzej A. 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...).
Podstawowe Pojęcia Związane z Wilgotnością Powietrza
Prężność pary wodnej (e): to ciśnienie parcjalne (cząstkowe), wywierane przez parę wodną w powietrzu. Jednostką pomiaru jest hPa (hektopaskale). 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').
Nie można zmieszać dowolnej ilości pary wodnej z dowolną ilością powietrza (tak, jak to można zrobić na przykład ze spirytusem etylowym i wodą, czy azotem i tlenem). Ilość pary wodnej, która może znaleźć się 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.
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.
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.
Przeczytaj także: Poradnik: walka z wilgocią w mieszkaniu
Wilgotność względna (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. 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.
Wpływ Temperatury na Wilgotność Względną
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.
Przykład Zmiany Wilgotności Względnej
Niech w powietrzu, które ma temperaturę 20°C zmierzono wartość e = 12,3 hPa. W takim razie e = 12,3 hPa, zaś wartość prężności maksymalnej jest taka, jaka wynika z temperatury tego powietrza (20°C; E = 23.4 hPa), co oznacza, że wilgotność względna wynosi około 52,6% (12,3 / 23,4). Przy obniżeniu temperatury do 15°C wilgotność względna tego powietrza wzrośnie do 72,3% (12,3 / 17,0), przy dalszym obniżeniu temperatury, do 10°C zauważamy, że wartość prężności maksymalnej E zrównała się z wartością prężności aktualnej e (e = E) i wilgotność względna osiągnęła wartość 100% (12,3 / 12,3), czyli powietrze jest już całkowicie nasycone parą wodną (osiągnęło stan ‘roztworu nasyconego’). Dalszy spadek temperatury powietrza powoduje przejście powietrza w stan przesycenia, który spowoduje, że cały nadmiar ilości pary wodnej ponad wartość E wynikający z nowej, obniżonej temperatury powietrza ulegnie kondensacji.
Temperatura Punktu Rosy
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.
Przeczytaj także: Wakacje w Bodrum
Tak długo, jak temperatura powietrza nie spadnie poniżej temperatury punktu rosy, temperatura punktu rosy tego powietrza pozostaje stała. Od chwili, gdy powietrze osiągnęło temperaturę punktu rosy (10°C) i temperatura powietrza dalej powoli spada, cały czas wilgotność względna ma wartość 100% i temperatura punktu rosy tego powietrza jest równa jego temperaturze. Cały nadmiar pary wodnej, ponad wartość prężności maksymalnej w danej temperaturze (E) ulega kondensacji, czyli wykropleniu.
W przypadku bardzo szybkiego spadku temperatury powietrza może zaistnieć sytuacja, że wilgotność względna będzie wyższa od 100%, co można wytłumaczyć ‘nienadążaniem’ procesów kondensacji za spadkiem temperatury powietrza.
Pomiary Wilgotności Powietrza
Dość skomplikowana natura miar wilgotności powietrza powoduje, że i pomiary wilgotności, choć technicznie łatwe, wydają się być skomplikowane.
Higrometr Włosowy
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). Włos, gdy wilgotność względna rośnie, absorbuje parę wodną z powietrza i zmienia swoją grubość i długość; przy wzroście wilgotności względnej włos się wydłuża, przy zmniejszaniu się wilgotności względnej - kurczy.
Higrometry włosowe pozwalają na dość pewny (dokładność pomiaru nie jest obarczona większym błędem niż 5%) pomiar wilgotności względnej od 30 do 100%. Pomiar wilgotności w zakresie od 20 do 30% obarczony jest błędem przekraczającym 5%.
Przeczytaj także: Poradnik pomiaru wilgotności
Psychrometr Augusta
Działanie tego psychrometru oparte jest na zjawisku parowania. Podczas parowania temperatura parującej powierzchni obniża się i to tym bardziej, im szybsze jest parowanie. Natężenie parowania zależy też od zawartości wilgoci. Psychrometr Augusta składa się z dwóch termometrów rtęciowych ustawionych pionowo jeden obok drugiego.
Proces Parowania
Jeżeli ciśnienie pary wodnej w powietrzu jest mniejsze od ciśnienia pary nasyconej (w danej temperaturze) na wilgotnej powierzchni ciała stałego lub wody, to woda z tej powierzchni będzie parowała i wytworzona para wodna zmiesza się z powietrzem. Proces parowania trwa aż do wyrównania ciśnienia pary wodnej w powietrzu z ciśnieniem pary wodnej nasycającej przestrzeń ponad powierzchnią parującą.
Im bardziej suche jest powietrze, tym mniejsze jest ciśnienie pary wodnej. Szybkość parowania zależy w znacznym stopniu od ruchu powietrza (np. wiatru lub wentylacji). Wtedy bowiem usuwa się warstwę powietrza nasyconego parą wodną i szybkość parowania wzrasta. Poza tym należy dodać, że powietrze prawie nie wpływa na ciśnienie pary. Ciśnienie nasyconej pary wodnej zarówno w próżni, jak i w powietrzu przy -f 20°C równa się 17,54 Tr.
Parowanie związane jest ze stratą ciepła. Zmiana wody w parę wodną pochłania energię cieplną, która tworzy tzw. ciepło utajone parowania, w odróżnieniu od ciepła wolnego. Do odparowania 1 g wody potrzeba około 0,6 kcal, tj. około dwa razy tyle, ile wymaga podgrzanie 1 m:} powietrza o 1°C (ok. 0,3 kcal). Wilgotny mur w chłodnej porze roku będzie zimniejszy od muru suchego, gdyż lepiej przewodzi ciepło, o każdej zaś porze roku będzie chłodniejszy wskutek parowania wody, która przy tym zabiera jego ciepło.
Wilgotność Bezwzględna i Względna
Wilgotność bezwzględną powietrza oznacza ilość pary wodnej w 1 m3 powietrza wilgotnego; wyraża się ona w g/m3. Wilgotność bezwzględna może być również mierzona jako ciśnienie w Tr (nim Hg).
Wilgotnością względną nazywamy stosunek ciśnienia cząstkowego pary wodnej zawartej w powietrzu p do ciśnienia pary nasyconej w tej samej temperaturze ps. W przypadku gdy powietrze jest nasycone parą, jego wilgotność względna wynosi 100%, kiedy zaś powietrze zupełnie nie zawiera pary wodnej, wilgotność względna jest równa 0%. Wilgotność względna podczas spadku temperatury powietrza zwiększa się i odwrotnie podczas wzrostu temperatury zmniejsza się.
Wpływ Wilgotności na Mikroklimat
Wilgotność powietrza to wniosek wynikający z obserwacji przyrody i pojęcie, które określa ilość wody, jaka znajduje się w powietrzu. Wilgotność względna ma wpływ na ludzkie samopoczucie. Optymalne nasycenie zawiera się w przedziale 40-70%. Związane jest z prawidłowym działaniem tkanek budujących płuca i skórę.
Zawilgocenia Murów Budynków
Zawilgocenia murów budynków to dość częsta wada starszych budowli. W nowych i nowo powstających obiektach pojawienie się wilgoci jest zwykle związane z popełnionymi w sztuce budowlanej błędami. Przyczyn jest kilka, ale skutki są zawsze takie same. Wilgoć zmienia wszystko. Począwszy od właściwości fizykochemicznych materiałów budowlanych, przez mikroklimat pomieszczeń, aż po możliwość wystąpienia chorób trapiących mieszkańców. Wilgoć zmniejsza też znacznie wartość nieruchomości i jej walory użytkowe.
Jak Zapobiec Zawilgoceniom?
Najpewniejszym sposobem jest zastosowanie jednej z metod osuszania ścian.
Metody Osuszania Budynków
- Metoda absorpcyjna: Polega na odbieraniu wody z zawilgoconego materiału przez zastosowanie tłoczenia wysuszonego powietrza przepuszczanego przez urządzenie zawierające środek absorbujący wilgoć np. żel silikonowy lub chlorek litu.
- Metoda kondensacyjna: Powietrze z zawilgoconego powietrza kierowane jest do urządzenia, w którym zamontowano oziębiający parownik. Dochodzi do wytrącenia pary wodnej.
- Metoda iniekcji: Wykorzystuje właściwości hydrofobowe pewnych związków chemicznych. Zostają one wprowadzone do wnętrza struktury i wypełniając kapilary, wypierają z nich wodę.
- Metoda termo iniekcji: Stosowana jest na terenach o wysokim poziomie wód gruntowych. Zapobiega podsiąkaniu kapilarnemu.
- Metoda iniekcji krystalicznej: Wprowadzone w miąższ muru chemikalia, krystalizują do nierozpuszczalnych w wodzie związków mineralnych.
- Metoda elektro-fizyczna (Elektroosmoza): Bez ingerencji w konstrukcję budynku, dzięki zastosowaniu aparatury emitującej fale elektromagnetyczne, wyprowadza się wodę z murów, odwracając migrację w kapilarach.
- Metoda otworów Knappena: Polega na wykonaniu otworów o średnicy około 5 cm i głębokości do trzech czwartych szerokości muru w celu zwiększenia powierzchni parowania.
Urządzenia do Osuszania
W celu zapobieżenia powstaniu skutków zawilgocenia można zawczasu zastosować środki prewencyjne. Optymalnym rozwiązaniem w czasie użytkowania pomieszczeń jest zastosowanie osuszacza powietrza.
Podział Osuszaczy
- Podział ze względu na sposób działania:
- Osuszacze kondensacyjne (ziębnicze)
- Osuszacze adsorpcyjne
- Podział ze względu na miejsce użycia:
- Osuszacze domowe
- Osuszacze budowlane
- Osuszacze przemysłowe
- Osuszacze powietrza na krytych pływalniach
Wpływ Wilgotności w Różnych Branżach
Wilgotność powietrza ma znaczący wpływ na jakość i bezpieczeństwo procesów technologicznych w wielu branżach, w tym:
- Przemysł spożywczy
- Drukarnie
- Obróbka drewna
- Przemysł tekstylny
- Muzealnictwo
- Przemysł wysokich technologii
- Serwerownie
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).
tags: #wilgotność #bezwzględna #a #powierzchnia #parowania #wpływ
