Wilgotność Powietrza: Definicja, Rodzaje i Wpływ
- Szczegóły
Wilgotnością powietrza nazywamy zawartość pary wodnej w powietrzu, w postaci aerozolu bądź pary, podawana jest zazwyczaj w jednostkach względnych. Wilgotność powietrza w przyrodzie występuje praktycznie wszędzie z wyjątkiem obszarów pustynnych i polarnych. W lesie tropikalnym wilgotność powietrza może dochodzić nawet do 100 procent.
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.
Rodzaje Wilgotności Powietrza
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 wywierane przez parę wodną w danym miejscu i w danej chwili.
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.
Przeczytaj także: Poradnik: walka z wilgocią w mieszkaniu
Niedosyt Wilgotności
Niedosyt wilgotności jest definiowany jako różnica pomiędzy maksymalna prężnością pary wodnej (E) i aktualną prężnością pary wodnej (e). Jednostką niedosytu wilgotności jest hektopaskal (hPa).
Wilgotność Względna
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. Wilgotność względna wyrażana jest w procentach i zwykle mierzona jest za pomocą higrometru.
Średnie wartości wilgotności względnej pary wodnej przedstawia się na mapach za pomocą izohigr - linii łączących obszary o jednakowej wilgotności powietrza.
Wilgotność Bezwzględna
Wilgotność bezwzględną pary wodnej (a) definiuje się jako ilość pary wodnej zawartej w danej objętości lub masie powietrza:
gdzie:
Przeczytaj także: Wakacje w Bodrum
- 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 powietrza, do której powietrze musi się ochłodzić, aby osiągnąć stan nasycenia parą wodną.
Wzór do wyznaczania temperatury punktu rosy:
gdzie:
Przeczytaj także: Poradnik pomiaru wilgotności
- td - temperatura punktu rosy [°C],
- t - temperatura [°C],
- H - wilgotność względna [%].
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.
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%.
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. Można to uzyskać przy pomocy nagrzewnic lub przy wykorzystaniu ciepła emitowanego przez znajdujące się w pomieszczeniu urządzenia.
tags: #wilgotność #powietrza #definicja #rodzaje #wpływ
