Wilgotność: Definicja, Rodzaje, Wpływ i Pomiar
- Szczegóły
Wilgotność, czyli ilość pary wodnej w powietrzu, jest krytycznym czynnikiem wpływającym na pogodę, komfort wewnątrz pomieszczeń, zdrowie i liczne branże. Wilgotność to stężenie pary wodnej w powietrzu. Para wodna to gazowa forma wody i jest niezbędnym składnikiem atmosfery Ziemi. Wilgotność odgrywa kluczową rolę w wzorcach pogodowych, klimacie i warunkach życia.
Rodzaje Wilgotności
Wilgotność charakteryzuje się na różne sposoby. Oto główne rodzaje wilgotności:
- Wilgotność bezwzględna odnosi się do rzeczywistej ilości pary wodnej obecnej w jednostce objętości powietrza. Jest wyrażana w gramach na metr sześcienny (g/m³).
- Wilgotność względna jest najczęściej stosowaną miarą wilgotności. Jest to stosunek aktualnej ilości pary wodnej w powietrzu do maksymalnej ilości, jaką powietrze może utrzymać w danej temperaturze. Wyraża się ją w procentach.
- Wilgotność właściwa to stosunek masy pary wodnej do całkowitej masy powietrza, wliczając parę wodną.
- Punkt rosy to temperatura, w której powietrze staje się nasycone parą wodną, powodując kondensację.
Wilgotność Względna i Bezwzględna Powietrza
Wilgotność powietrza pokazuje jaka ilość wody znajduje się w powietrzu. Jest ona wyrażana w kilogramach na metr sześcienny. Na wilgotność powietrza wpływają także temperatura oraz ciśnienie. Oznacza to, że wraz z ich zmianą zmienia się także maksymalna ilość pary wodnej, jaka może się znaleźć w powietrzu bez wystąpienia zjawiska kondensacji. Wilgotność względna pokazuje stosunek wilgotności bezwzględnej do maksymalnej wilgotności bezwzględnej dla danej temperatury. Innymi słowy, pokazuje, w jakim stopniu powietrze osiągnęło maksymalne możliwe nasycenie.
Wilgotność względna powietrza (ang. relative humidity) jest to stosunek ilości pary wodnej zawartej w powietrzu do ilości pary wodnej, jaką powietrze jest w stanie utrzymać przy danej temperaturze i ciśnieniu. Relative humidity is a percentage measurement of the content of steam in the air. It is expressed by the ratio of pressure of steam contained in the air to the maximum possible steam pressure in a given temperature (vapour pressure). When the relative humidity totals 100%, the air is “saturated,” whereas when its percentage is lower, the air is colloquially known as “unsaturated”. Wilgotność bezwzględna powietrza (ang. absolute humidity) to z kolei masa pary wodnej zawarta w jednostce objętości powietrza.
Wilgotność Względna - Definicja
Wilgotność względna powietrza wyraża, ile pary wodnej znajduje się obecnie w powietrzu w porównaniu z maksymalną ilością, jaką powietrze mogłoby utrzymać w danej temperaturze. Podaje się ją w procentach. Jeśli na przykład powietrze ma 60% wilgotności względnej, oznacza to, że zawiera 60% maksymalnej ilości pary wodnej, jaką mogłoby pomieścić w danej temperaturze. Przy 100% powietrze jest całkowicie nasycone i może dojść do kondensacji - powstaje mgła, rosa lub opady.
Przeczytaj także: Poradnik: walka z wilgocią w mieszkaniu
Wilgotność względna zależy bezpośrednio od temperatury - cieplejsze powietrze może utrzymać więcej wilgoci niż zimne. Dlatego przy tej samej ilości pary wodnej wilgotność wzrasta, gdy powietrze się ochładza, a maleje, gdy się ogrzewa.
Wilgotność Materiałów
W większości przypadków pomiary wilgotności odnoszą się do wilgotności powietrza (czyli gazu). W poniższym artykule skupimy się głównie na definicji wilgotności materiałów typu ciała stałe i ciecze. Jak to zostało zasygnalizowane we wstępie termin wilgotność (ang. humidity) najczęściej odnosi się do wilgotności powietrza. W języku angielskim bardziej powszechne jest odróżnienie wilgotności powietrza (ang. air humidity) od wilgotności materiału (ang. material moisture). Moisture tłumaczmy jako wilgoć. W języku polskim polskim nazwa „wilgoć materiału” raczej nie funkcjonuje - już bardziej „zawartość wilgoci w materiale” ale jest to wielowyrazowe określenie i w języku mówionym się nie przyjęło (tzw. zasada oszczędzania wysiłku - dążenie do zmniejszania ilości słów/wyrazów). Przyjęło się za to określenie „mierniki wilgoci” (dotyczą materiału) w odróżnieniu od mierników wilgotności (na ogół dotyczą wilgotności powietrza).
Dodatkowo sprawę nazewnictwa komplikuje możliwość określenia wilgoci materiału na podstawie wilgotności powietrza, którym materiał jest otoczony - tzw. metoda równowagowa pomiaru wilgoci (stosowana dla materiałów higroskopijnych tzn.takich, które chłoną parę wodną z powietrza np. drewno, papier). Podsumowując - dla pewności przy pomiarach wilgotności należy zwrócić uwagę czy chodzi o wilgotność powietrza czy materiału, bo inaczej definiuje się wilgotności dla ciał stałych a inaczej dla gazów (np. powietrza). Wilgotność materiału informuje o ilości wody materiale. Są różne definicje wilgotności materiałów. Niestety nie ma jednolitych symboli literowych przyjętych dla wilgotności materiału ani w języku polskim ani w angielskim. W artykule został przyjęty symbol literowy M (od ang.
Wilgotność względna jest najczęściej używaną miarą wilgotności. Jest prosta w interpretacji i praktyczna w użyciu. Na przykład jeżeli wilgotność względna kukurydzy wynosi 15% to oznacza, że np. w próbce 100 gram kukurydzy 15 gramów stanowi woda a 85 gramów to sucha masa kukurydzy. Jeżeli chodzi o wilgotność bezwzględną, to dobrze definicję tej wilgotności oddaje angielska nazwa „moisture ratio” - wilgotność bezwzględna jest stosunkiem masy wody do masy suchego materiału. Korzystając z tego samego przykładu jak wyżej, jeżeli 85 gramów to sucha masa kukurydzy a 15g to woda, więc wilgotność bezwzględna będzie wynosiła (15/85)*100 = 17.6%. Wilgotność bezwzględna jest zawsze większa od wilgotności względnej. Wilgotność bezwzględna ma zastosowanie w badaniach naukowych oraz przy przetwórstwie materiałów. Ze względów historycznych wilgotność bezwzględna jest używana przy pomiarach wilgotności drewna.
Relacje Między Wilgotnością Względną i Bezwzględną
Charakterystyczną wartością wilgotności względnej jest 50% - wtedy wilgotność bezwzględna wynosi 100%. Dla wilgotności do 10% wilgotność względna i bezwzględna różni się nieznacznie (nie więcej niż ok. Materiałem wzorcowym do obliczeń będzie porowata gąbka. Założenia i wstępne wyliczenia: Masa mokrej gąbki = 110 gramów Masa suchej gąbki = 53 gramy Masa wody w gąbce = 110-53 = 57 gramów Objętość wody w gąbce - ok. 57cm3 Gęstość wody wynosi ok.
Przeczytaj także: Wakacje w Bodrum
Powyższy przykład pokazuje duże różnice wilgotności materiału w zależności od typu wilgotności. Dlatego należy zwrócić szczególną uwagę w danych technicznych czujnika/miernika jaka wilgotność jest na wyjściu czujnika. W razie potrzeby można dokonać odpowiedniego przeliczenia na potrzebny typ wilgotności.
Zakres Wilgotności Powietrza
Wilgotność powietrza poniżej prawidłowego zakresu, czyli poniżej 40%, według meteorologów występuje tylko w klimacie pustynnym. Wilgotność powietrza 40-60% to najlepszy dla ludzi oraz cyklu produkcyjnego zakres. Wilgotność powyżej 60% to wilgotność zbyt wysoka, która nie sprzyja dobremu samopoczuciu człowieka. Przez ludzi jest odbierana jako powszechnie jako „duszność” czy „parność”.
Wpływ Wilgotności na Zdrowie i Samopoczucie
Jednym z podstawowych parametrów powietrza wpływającego na komfort środowiska, w którym przebywają ludzie jest wilgotność powietrza. W prawidłowo nawilżonym środowisku, człowiek czuje się lepiej. Nie występują wówczas problemy z popękanymi ustami, przesuszonymi oczami, a śluzówka nosa jest odpowiednio nawilżona. Prawidłowe działanie skóry i płuc wymaga wilgotności zawartej w granicach od 40% do 70%. Powietrze suche wywołuje zbyt szybkie parowanie skóry i gwałtowne uczucie pragnienia. W bardzo wilgotnym powietrzu parowanie odbywa się zbyt wolno i odczuwa się duszące uczucie upału.
- Wysoka wilgotność: Utrudnia odparowywanie potu, co powoduje uczucie lepkości i dyskomfortu. Zwiększa ryzyko chorób związanych z ciepłem, takich jak wyczerpanie cieplne i udar cieplny.
- Niska wilgotność: Powoduje suchość skóry, spierzchnięte usta i podrażnienie dróg oddechowych.
Wpływ Wilgotności na Przemysł i Produkcję
Regulacja wilgotności powietrza ma ogromne znaczenie zarówno w warunkach domowych, jak przemysłowych. O ile w mieszkaniu jest to ważne ze względu na samopoczucie domowników, o tyle w fabrykach, halach przemysłowych oraz magazynach wilgotność powietrza wywiera wpływ na maszyny oraz towar. Nieodpowiednie warunki mogą doprowadzić do uszkodzenia sprzętu lub produktów, co wygeneruje straty o bardzo wysokich kwotach. Odpowiednia regulacja wilgotności powietrza w zakładach produkcyjnych jest niezbędna do zapewnienia stabilności i efektywności działań.
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. Zapakowana rolka papieru, trafiając do drukarni, ma w sobie pewną ilość wody. Po rozpakowaniu, papier w zależności od poziomu wilgotności powietrza traci lub oddaje wodę do otoczenia jest to naturalny proces. Papier absorbując wilgoć rozszerza swoje pory w przeciwnym kurczy je. W takim przypadku materiał zmienia swoje wymiary, a to ma wpływ na jakość wydruku.
Przeczytaj także: Poradnik pomiaru wilgotności
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.
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. Zbyt niski poziom wilgotności w pomieszczeniach serwerowni jest przyczyną gwałtownego wzrostu ładunków elektrostatycznych.
Czynniki Wpływające na Poziom Wilgotności Powietrza
Na poziom wilgotności powietrza wpływa kombinacja czynników środowiskowych i meteorologicznych, które określają ilość wilgoci obecnej w atmosferze. Roślinność i wilgotność gleby odgrywają znaczącą rolę w regulacji wilgotności. Rośliny uwalniają parę wodną w procesie znanym jako transpiracja, co zwiększa wilgotność otaczającego powietrza. Z kolei sucha gleba pochłania wilgoć, co prowadzi do obniżenia poziomu wilgotności.
Wysokość nad poziomem morza również wpływa na wilgotność. Na większych wysokościach chłodniejsze powietrze ma mniejszą zdolność do zatrzymywania wilgoci, co skutkuje mniejszą wilgotnością. Efekt ten jest szczególnie widoczny w regionach górskich, gdzie niższe ciśnienie powietrza i niższe temperatury tworzą bardziej suche warunki.
Oprócz czynników środowiskowych, różne warunki pogodowe również wpływają na poziom wilgotności powietrza:
- Temperatura: Ciepłe powietrze może zatrzymać więcej pary wodnej, co prowadzi do wyższej wilgotności, podczas gdy chłodniejsze powietrze zatrzymuje mniej wilgoci, co skutkuje niższą wilgotnością.
- Ciśnienie powietrza: Niższe ciśnienie atmosferyczne pozwala powietrzu rozszerzać się i zatrzymywać więcej wilgoci, podczas gdy wysokie ciśnienie spręża powietrze, zmniejszając jego wilgotność.
- Wzorce wiatru: Wiatry mogą przenosić wilgoć między regionami. Na przykład bryza morska przenosi wilgotne powietrze w głąb lądu, podczas gdy wiatry pustynne przenoszą suche powietrze.
- Opady: Opady deszczu tymczasowo zwiększają wilgotność, ale po ulewnym deszczu wilgotność może spaść, ponieważ chłodniejsze powietrze zatrzymuje mniej wilgoci.
Pomiar Wilgotności Powietrza
Zanim zabierzesz się za regulację wilgotności powietrza, sprawdź jej poziom. Zadanie może wydawać się trudne, jednak wystarczy zaopatrzyć się w higrometr, który można dostać w każdym sklepie budowlanym. Instantaneous measurement of humidity is taken with the use of hygrometer while continuous registration is recorded by hygrograph. Metodą pomiaru psychometrycznego dokonuje się bezpośredniego pomiaru wilgotności względnej powietrza. Psychrometr składa się zasadniczo z dwóch niezależnych czujników temperatury, z których jeden jest stosowany jako czujnik temperatury "wilgotny", a drugi jako czujnik temperatury "suchy". Czujnik temperatury wilgotności jest otoczony chłonną tkaniną nasączoną wodą.
Wilgotność jest często mierzona na różne sposoby: Wilgotność względna to procentowa zawartość wilgoci w powietrzu w porównaniu do maksymalnej ilości wilgoci, jaką może ono zatrzymać w danej temperaturze. Wysoka wilgotność względna wskazuje, że powietrze jest bliskie swojej pojemności wilgoci, podczas gdy niska wilgotność względna oznacza, że powietrze może zatrzymać więcej wilgoci. Wilgotność bezwzględna odnosi się do całkowitej masy pary wodnej na jednostkę objętości powietrza. Miara ta nie zależy od temperatury, więc jest to przydatny sposób na zrozumienie rzeczywistej ilości wilgoci w powietrzu, niezależnie od tego, ile wilgoci powietrze może zatrzymać.
Powyższe czujniki, które przetwarzają wielkość fizyczną (wilgotność) na elektryczną (pojemność) wymagają układu pomiarowego, który zmierzy tę pojemność oraz układu przetwarzającego, który przeliczy pomiar na informację właściwą. Trzeba przy tym uwzględnić wszelkiego rodzaju kompensacje niekorzystnych czynników, nieliniowość układu, powtarzalność pomiaru, błędy itp. Producenci urządzeń, chcąc wykorzystać takie sensory, muszą więc sprostać sporym wymaganiom, mieć wiedzę i doświadczenie w tym temacie. Zdecydowanie prościej jest w przypadku sensorów cyfrowych, w których zaszyta elektronika pozwala nowemu, mniej doświadczonemu użytkownikowi, wykorzystać sensor. Nie musi on myśleć o przetwarzaniu pojemności tylko wykorzystuje układ mikroprocesorowy odpytujący sensor drogą cyfrową za pomocą protokołu I²C.
Gotowy do użycia sensor HTE501 ma dokładność pomiaru wilgotności względnej na poziomie 1,8% (z uwzględnieniem histerezy) i może pracować w temperaturze od -40 do 135°C. Co ważne, aktywna część sensora pokryta jest opatentowaną przez producenta powłoką, która trwale chroni przed brudem i osadami korozyjnymi. Sensor taki można więc zastosować w szerokim zakresie aplikacji, nawet w wymagających i trudnych warunkach.
Regulacja Wilgotności Powietrza
Istnieje wiele sposobów na regulację wilgotności powietrza. Ich efektywność jest zazwyczaj związana z wielkością powierzchni, która ma zostać nawilżona lub osuszona. W warunkach domowych wystarczający będzie dobrej jakości nawilżacz powietrza lub pochłaniacz wilgoci. Inaczej wygląda sprawa w przypadku większych powierzchni, np. hal przemysłowych czy magazynów. W tym wypadku niewielkie urządzenie nie poradzi sobie z regulacją wilgotności. Problem może rozwiązać jedynie profesjonalny system, który został zaprojektowany do regulacji wilgotności powietrza na dużych powierzchniach.
Należy pamiętać, że montując odpowiedni system nawilżania powietrza w firmach, zakładach przemysłowych i innych miejscach pracy można mieć bezpośredni wpływ na wilgotność powietrza. Odpowiednie warunki, jakie uzyskają Państwo dzięki m.in.
Przykładowe wartości maksymalnej wilgotności bezwzględnej w zależności od temperatury
| Temperatura | Maksymalna wilgotność bezwzględna |
|---|---|
| -20°C | 1,08 g/m³ |
| -10°C | 2,36 g/m³ |
| 0°C | 4,85 g/m³ |
| +10°C | 9,39 g/m³ |
| +20°C | 17,28 g/m³ |
| +30°C | 30,35 g/m³ |
| +40°C | 51,18 g/m³ |
tags: #wilgotnosc #objetosciowa #rezydualna #definicja
