Jak obliczyć wilgotność względną powietrza?
- Szczegóły
Wilgotność powietrza to pojęcie, które często pojawia się w kontekście komfortu, zdrowia, a także systemów klimatyzacji, ogrzewania i wentylacji (HVAC). Jedną z najważniejszych miar wilgotności jest wilgotność względna. Ale czym dokładnie jest wilgotność względna i jak ją obliczyć? W tym artykule odpowiemy na te pytania, zagłębiając się w definicje, metody obliczeń i praktyczne zastosowania tego kluczowego parametru.
Czym jest wilgotność powietrza? Definicje i miary
Mówiąc najprościej, wilgotność powietrza określa zawartość pary wodnej w powietrzu. Para wodna dostaje się do atmosfery w wyniku parowania z powierzchni wody, gleby i roślinności. Ze względu na złożoną zależność wilgotności od temperatury, stosuje się różne miary do jej charakterystyki.
Prężność pary wodnej
Prężność pary wodnej to ciśnienie parcjalne, jakie para wodna wywiera w powietrzu. Jednostką miary jest hektopaskal (hPa). Można ją sobie wyobrazić jako różnicę ciśnienia w zamkniętej objętości powietrza przed i po całkowitym usunięciu pary wodnej, przy zachowaniu stałej temperatury. Ważne jest, że ilość pary wodnej, jaką powietrze może „rozpuścić”, zależy od jego temperatury. Im wyższa temperatura, tym więcej pary wodnej może zostać wchłonięte.
Prężność maksymalna pary wodnej (Prężność pary nasyconej)
Prężność maksymalna pary wodnej (E), zwana również prężnością pary nasyconej, to maksymalna ilość pary wodnej, jaką powietrze może pomieścić w danej temperaturze. Zależność prężności maksymalnej od temperatury jest nieliniowa i rośnie wykładniczo wraz z temperaturą. Oznacza to, że w niskich temperaturach nawet niewielka ilość pary wodnej może nasycić powietrze, podczas gdy w wysokich temperaturach potrzeba znacznie więcej pary wodnej, aby osiągnąć nasycenie.
Tabela 1 przedstawia wartości prężności maksymalnej pary wodnej w funkcji temperatury.
Przeczytaj także: Poradnik: walka z wilgocią w mieszkaniu
| Temperatura (°C) | Prężność maksymalna (hPa) | Temperatura (°C) | Prężność maksymalna (hPa) | Temperatura (°C) | Prężność maksymalna (hPa) |
|---|---|---|---|---|---|
| -20 | 1.25 | 5 | 8.72 | 30 | 42.43 |
| -15 | 1.91 | 10 | 12.28 | 35 | 56.24 |
| -10 | 2.86 | 15 | 17.05 | 40 | 73.78 |
| -5 | 4.21 | 20 | 23.38 | ||
| 0 | 6.11 | 25 | 31.67 |
Prężność aktualna pary wodnej
Prężność aktualna pary wodnej (e) to prężność pary wodnej, która w danej chwili występuje w powietrzu. Zmiany prężności aktualnej zachodzą stosunkowo powoli i są związane z procesami parowania i wymiany mas powietrza.
Zgodnie z obowiązującymi przepisami, każdy dom, czy mieszkanie, musi posiadać sprawną wentylację nawiewno-wywiewną. O ile funkcję nawiewu pełni często tzw. mikrowentylacja okien (rozszczelnianie okien) to już do wywiewu niezbędne jest zastosowanie kanałów wentylacyjnych.
Niedosyt wilgotności
Niedosyt wilgotności (d) to różnica między prężnością maksymalną (E) a prężnością aktualną (e): d = E - e. Informuje on, ile brakuje do nasycenia powietrza parą wodną. Niedosyt wilgotności wpływa na szybkość parowania - im większy niedosyt, tym szybsze parowanie.
Wilgotność względna - definicja i obliczanie
Wilgotność względna (f) to stosunek prężności aktualnej (e) do prężności maksymalnej (E), wyrażony w procentach:
f = (e / E) * 100 [%]
Przeczytaj także: Wakacje w Bodrum
Wilgotność względna informuje, w jakim stopniu powietrze jest nasycone parą wodną w danej temperaturze. Ważne jest, że ta sama wartość wilgotności względnej w różnych temperaturach oznacza zupełnie różne ilości pary wodnej w powietrzu. Na przykład, wilgotność względna 50% w temperaturze 0°C odpowiada prężności aktualnej e = 3,05 hPa, a w temperaturze 20°C - e = 11,7 hPa.
Wpływ temperatury na wilgotność względną
Ponieważ prężność maksymalna (E) zależy od temperatury, zmiany temperatury powietrza przy stałej zawartości pary wodnej (e) wpływają na wilgotność względną (f). Wzrost temperatury powoduje spadek wilgotności względnej, a spadek temperatury - wzrost wilgotności względnej, aż do osiągnięcia 100%, czyli punktu nasycenia.
Temperatura punktu rosy
Temperatura punktu rosy (td) to temperatura, do której należy schłodzić powietrze, aby przy danej prężności aktualnej wilgotność względna osiągnęła 100% i rozpoczęła się kondensacja pary wodnej. Temperatura punktu rosy zależy wyłącznie od prężności aktualnej i pozostaje stała, dopóki nie zachodzi kondensacja lub parowanie.
Wentylacja budynków służy do utrzymania jakości powietrza w pomieszczeniach i komfortu cieplnego . Celem wentylacji jest eliminacja zanieczyszczeń unoszących się w powietrzu, które powstają zarówno w wyniku działalności człowieka, jak i samego budynku. Większość systemów wentylacji mechanicznej jest zaprojektowana tak, aby spełniać ten warunek.
Przykład: Powietrze o temperaturze 20°C ma prężność aktualną e = 12,3 hPa. Z tabeli 1 wynika, że prężność maksymalna E dla 20°C wynosi 23,4 hPa. Wilgotność względna wynosi f = (12,3 / 23,4) * 100% = 52,6%. Obniżając temperaturę do 10°C, prężność maksymalna E spada do 12,3 hPa, równając się prężności aktualnej e. Wilgotność względna wzrasta do 100%, a temperatura punktu rosy wynosi 10°C. Dalsze ochładzanie spowoduje kondensację pary wodnej.
Przeczytaj także: Poradnik pomiaru wilgotności
Przyrządy do pomiaru wilgotności powietrza
Do pomiaru wilgotności powietrza stosuje się różne przyrządy, w tym higrometry i psychrometry.
Higrometr włosowy
Higrometr włosowy to prosty i niedrogi przyrząd do pomiaru wilgotności względnej. Wykorzystuje on właściwości włosa ludzkiego, który zmienia swoją długość w zależności od wilgotności powietrza. Zmiany długości włosa są przekładane na ruch wskazówki na skali wyskalowanej w procentach wilgotności względnej. Higrometry włosowe są przydatne w zakresie wilgotności od 30% do 100%, jednak wymagają regularnej kalibracji.
Ryc. 1. Przykład higrometru włosowego. Źródło: Wikimedia Commons
Psychrometr Augusta
Psychrometr Augusta składa się z dwóch termometrów: suchego i wilgotnego. Termometr wilgotny ma zbiorniczek owinięty wilgotną szmatką. Parowanie wody ze szmatki obniża temperaturę termometru wilgotnego. Różnica temperatur między termometrem suchym i wilgotnym (różnica psychrometryczna) zależy od wilgotności powietrza. Im powietrze jest suchsze, tym szybsze parowanie i większa różnica temperatur. Na podstawie różnicy psychrometrycznej i temperatury termometru suchego można, korzystając z tablic psychrometrycznych lub nomogramów, obliczyć wilgotność względną, prężność aktualną i inne parametry wilgotności.
W budownictwie mieszkaniowym wymagania dotyczą generalnie pomieszczeń brudnych, gdzie: dla WC minimalna wartość wymiany wynosi 30 m3/h, dla łazienki - 50 m3/h, dla kuchni z kuchenką elektryczną - 50 m3/h, zaś z kuchenką gazową - 70 m3/h.
Ryc. 2. Przykład psychrometru Augusta. Źródło: Wikimedia Commons
Psychrometr aspiracyjny (Assmanna)
Psychrometr aspiracyjny (Assmanna) to udoskonalona wersja psychrometru Augusta, w której przepływ powietrza wokół termometrów jest wymuszony za pomocą aspiratora (wentylatora). Zapewnia to stałą prędkość opływu powietrza, co zwiększa dokładność pomiaru. Psychrometry aspiracyjne są powszechnie stosowane w meteorologii i klimatyzacji.
Ryc. 3. Przykład psychrometru aspiracyjnego (Assmanna). Źródło: Wikimedia Commons
Jak obliczyć wilgotność względną za pomocą higrometru i psychrometru?
Obliczanie wilgotności względnej za pomocą higrometru
- Odczytaj wartość wilgotności względnej bezpośrednio ze skali higrometru.
- Odczytaj temperaturę powietrza za pomocą termometru (często wbudowanego w higrometr).
- Znając temperaturę, możesz znaleźć wartość prężności maksymalnej (E) z tabeli (np. Tab. 1).
- Oblicz prężność aktualną (e) ze wzoru: e = (f / 100) * E, gdzie f to wilgotność względna odczytana z higrometru.
- Możesz również obliczyć niedosyt wilgotności (d) ze wzoru: d = E - e, oraz temperaturę punktu rosy (td) korzystając z tabeli prężności maksymalnej (szukając temperatury, dla której E = e).
Przykład: Higrometr wskazuje wilgotność względną 65% przy temperaturze 15°C. Z tabeli 1, E dla 15°C wynosi 17,05 hPa. Prężność aktualna e = (65 / 100) * 17,05 hPa = 11,08 hPa. Niedosyt wilgotności d = 17,05 - 11,08 hPa = 5,97 hPa. Temperatura punktu rosy td wynosi około 8,3°C (interpolacja z tabeli).
Obliczanie wilgotności względnej za pomocą psychrometru Augusta
- Zwilż szmatkę na termometrze wilgotnym psychrometru Augusta wodą destylowaną.
- Odczekaj kilka minut, aby temperatury termometrów się ustabilizowały.
- Odczytaj temperaturę termometru suchego (t) i termometru wilgotnego (tw).
- Oblicz różnicę psychrometryczną: Δt = t - tw.
- Skorzystaj z tablic psychrometrycznych lub nomogramów, aby na podstawie temperatury termometru suchego (t) i różnicy psychrometrycznej (Δt) odczytać wilgotność względną (f), prężność aktualną (e) i inne parametry wilgotności.
Pytania i odpowiedzi (FAQ)
Jakie jednostki wilgotności względnej są najczęściej używane?
Wilgotność względna jest wyrażana w procentach [%].
Co oznacza wilgotność względna 100%?
Wilgotność względna 100% oznacza, że powietrze jest całkowicie nasycone parą wodną i dalsze obniżanie temperatury spowoduje kondensację pary wodnej.
Czy wilgotność względna zależy od temperatury?
Tak, wilgotność względna jest silnie zależna od temperatury. Przy stałej ilości pary wodnej w powietrzu, wzrost temperatury powoduje spadek wilgotności względnej, a spadek temperatury - wzrost wilgotności względnej.
Jak wilgotność względna wpływa na komfort człowieka?
Zbyt niska wilgotność względna (poniżej 30%) może powodować suchość skóry, błon śluzowych i dyskomfort. Zbyt wysoka wilgotność względna (powyżej 70%) może sprzyjać rozwojowi pleśni i grzybów oraz powodować uczucie duszności i przegrzania.
Gdzie wykorzystuje się pomiary wilgotności względnej?
Pomiary wilgotności względnej są kluczowe w meteorologii, klimatyzacji, wentylacji, przemyśle (np. farmaceutycznym, spożywczym), rolnictwie, muzealnictwie i wielu innych dziedzinach.
tags: #wilgotność #względna #obliczanie #wzory #ciśnienie #pary
