Wpływ Ciśnienia na Wilgotność Powietrza
- Szczegóły
Jakość powietrza, którym oddychamy, jest jednym z podstawowych czynników wpływających na nasze zdrowie i samopoczucie. Dorosły człowiek wdycha, w ciągu doby, około 10-12 m3 powietrza, wraz z zanieczyszczeniami. W zależności od stężenia tych zanieczyszczeń, reakcja organizmu może być różna, od ostrej, wywołującej duszności, po utajoną, której skutki możemy odczuć po latach.
Wiele osób zastanawia się, jaki wpływ na zanieczyszczenie powietrza mają warunki atmosferyczne. Przy powierzchni ziemi stężenie zanieczyszczeń powietrza uzależnione jest od wielu czynników. Największe zanieczyszczenie powietrza występuje w okresach zimowych, co jest silnie związane z temperaturą powietrza. Jej spadek wywołuje konieczność ogrzewania domów, mieszkań i obiektów przemysłowych, co prowadzi do wzrostu stężenia SO2, CO, PM10, PM2,5 oraz WWA.
Największe niebezpieczeństwo dla zdrowia człowieka stanowi wysoka koncentracja zanieczyszczeń w okresach ciszy atmosferycznej i długotrwałego okresu ze słabym wiatrem. Poprawę jakości powietrza przynoszą zaś opady atmosferyczne, które wymywają pyły oraz rozpuszczają je w wodzie opadowej.
Ciśnienie Atmosferyczne a Koncentracja Zanieczyszczeń
Wyższa koncentracja zanieczyszczeń w powietrzu jest ściśle związana z ciśnieniem atmosferycznym, jego rozkładem przestrzennym i lokalizacją układów barycznych. W szerokościach umiarkowanych, takich jak Polska, pogoda jest zmienna i kształtowana przez systemy frontów atmosferycznych, które są ściśle związane z przemieszczającymi się niżami. Im silniejszy wiatr, tym mniej zanieczyszczeń w powietrzu. Epizodom smogu towarzyszą bowiem niskie jego prędkości. Tak zwana cisza atmosferyczna charakteryzuje się też obecnością dużego zachmurzenia oraz utrudnionym rozwojem pionowych ruchów powietrza - warunki takie kształtują się w silnych układach antycyklonalnych, tzw. wyżach, które wolno przemieszczają się lub stagnują nad danym terytorium. Wyże atmosferyczne należą do stabilnych i często przynoszą piękną pogodę, słoneczną i bezwietrzną - latem upalną, a zimą mroźną.
Wilgotne Powietrze w Technologii i Inżynierii
Nowoczesne, zaawansowane technologie wymagają unikalnych rozwiązań zarówno w zakresie kształtowania optymalnych warunków realizacji procesów, jak i kontroli mikroklimatu w celu uzyskania żądanych parametrów oraz wskaźników techniczno-ekonomicznych produktu. Jako przykład można tu wskazać m.in. problemy doboru warunków pracy komór do długotrwałego przechowywania owoców, kwiatów, ryb i wielu innych produktów spożywczych w taki sposób, by poza okresem normalnej wegetacji spełnić normy jakościowe i sanitarno-biologiczne dostarczanych konsumentom produktów.
Przeczytaj także: Jakość powietrza wewnątrz budynków
Jedną z metod długoterminowego przechowywania łatwo psujących się produktów jest zastosowanie tzw. „atmosfery kontrolowanej”, tj. warunków obniżonego ciśnienia powietrza (komora hipobaryczna o ciśnieniu 30÷50kPa), lub wzbogacenie jej przez gazy neutralne (np. argon). Dzięki temu niższa zawartość tlenu w atmosferze komory wpływa hamująco na procesy degradacji biologicznej przechowywanych produktów.
Inne istotne z punktu widzenia praktyki zagadnienia związane z warunkami, w których wskazane jest użycie powietrza zawierającego znaczny ładunek wilgoci (tym razem w warunkach wysokich ciśnień), to coraz bardziej popularne systemy kogeneracji, które pracują w tzw. cyklu HAT („humid air turbine”) lub też instalacje sprężonego powietrza. Jak łatwo wnioskować, nie tylko zachowanie się powietrza wilgotnego może stanowić poważny problem z punktu widzenia praktyki inżynierskiej. Problematyka gazów wilgotnych dotyczy też kwestii zachowania się mieszanki paliwowo-powietrznej w silniku spalinowym, spalin (kotły kondensacyjne) i szeregu innych.
Zwykle w przypadku analizy procesów wentylacji i klimatyzacji stosujemy prosty model powietrza wilgotnego oparty o założenie stałej wartości referencyjnego ciśnienia powietrza atmosferycznego (1Atm lub 100 kPa), nie zawsze pamiętając o korektach obliczeń związanych z uwzględnieniem wpływu wysokości nad poziom morza. Szereg opracowanych wykresów lub kalkulatorów (dostępnych także on-line) ułatwia typowe obliczenia inżynierskie, ale tylko w przypadku najczęściej spotykanych warunków mikroklimatu, tj. w dość wąskim zakresie zmian temperatury i ciśnienia powietrza (-20÷600C, 900÷1100 hPa). Oznacza to, że koniecznym i uzasadnionym jest opracowanie metod oraz narzędzi obliczeniowych służących ocenie zachowania się mieszanin psychrotropowych w warunkach znacznie odbiegających od standardowych warunków atmosferycznych.
Modele Właściwości Powietrza Wilgotnego
W większości przypadków wystarczającym jest opis właściwości powietrza wilgotnego w postaci mieszaniny gazów idealnych (z możliwą przemianą fazową jednego ze składników). Taki model jest praktycznie użyteczny w obliczeniach systemów wentylacji i klimatyzacji, suszarnictwie oraz w odniesieniu do naturalnych procesów występujących w atmosferze ziemskiej. W tym przypadku dysponujemy dużą liczbą danych eksperymentalnych bądź obliczeniowych dla powietrza wilgotnego oraz informacją o wartościach parametrów i stałych fizycznych (gęstość, współczynnik dyfuzji, przewodność, lepkość, pojemność cieplna, itp.).
Dla warunków silnie odbiegających od typowych warunków otoczenia (wysoka temperatura i ciśnienie gazu wilgotnego) korzystanie z tej samej bazy danych jest już zbyt dużym uproszczeniem i może prowadzić do znacznych błędów obliczeniowych. Z tego powodu korzysta się z bardziej złożonych modeli gazu rzeczywistego do których należą m.in.:
Przeczytaj także: Wpływ mas powietrza na klimat
- model opisywany wirialnym równaniem stanu (zawierający drugi i trzeci współczynnik wirialny dla powietrza i pary wodnej),
- równania stanu bazujące na modelu van der Waalsa (np. Redlicha-Kwonga),
- półempiryczne bądź empiryczne zależności dla opisu poszczególnych wielkości (np. ciepła właściwego, lepkości, współczynnika dyfuzji, przewodności cieplnej).
Przykładowe Rezultaty i Aplikacje Programu
Na podstawie przeprowadzonych obliczeń wyznaczono położenie linii granicznych ϕ =1 dla różnych ciśnień mieszaniny oraz wartości liczbowe charakteryzujące stan powietrza wilgotnego (gęstość, zawartość wilgoci, ciepło właściwe, entalpię). Dodatkowe parametry określone dla wilgotnego powietrza obejmowały obliczenia liczby Prandtla Pr, współczynnika dyfuzji D, lepkości μ i przewodności cieplnej λ oraz liczby Schmidta Sc. Każdy z wymienionych odgrywa istotną rolę w procesach transportu ciepła, masy i pędu. Dzięki temu możliwe jest dysponowanie w szeregu zagadnień obliczeniowych bardziej wiarygodnymi danymi w stosunku do informacji podawanych w ogólnodostępnych poradnikach fizyko-chemicznych.
Opracowany program komputerowy pozwala obliczać parametry powietrza wilgotnego według dwóch wariantów, tj. dla zadanych dwóch parametrów: temperatury termometru suchego t oraz wilgotności względnej ϕ lub zawartości wilgoci x (przy czym ciśnienie p mieszaniny jest wstępnie zadane).
Liczbowe wartości współczynników transportu dla powietrza nasyconego wilgocią przy ciśnieniach p = 50 i 1000 kPa zestawiono w tabeli poniżej. Łatwo tu zauważyć bardzo istotny wpływ ciśnienia na współczynnik dyfuzji D pary wodnej w powietrzu przy analogicznych wartościach temperatur, co uwidacznia jego znaczący wpływ na procesy transportu wilgoci w warunkach hipobarycznych (tj. obniżonych ciśnień).
| Parametr | Ciśnienie 50 kPa | Ciśnienie 1000 kPa |
|---|---|---|
| Współczynnik Dyfuzji (D) | Wartość dla 50 kPa | Wartość dla 1000 kPa |
| Temperatura | Wartość dla danej temperatury | Wartość dla danej temperatury |
Pomiary Wilgotności
Istnieje kilka sposobów pomiaru wilgotności względnej. Zmiana pojemności kondensatora jest przetwarzana przez układ elektroniczny, który oblicza wilgotność. W układzie pomiarowym, obok sensora wilgotności znajduje się sensor temperatury (najczęściej PT1000), który wykorzystywany jest do właściwego przeliczenia wilgotności, a także informuje użytkownika o temperaturze medium.
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.
Przeczytaj także: Spalanie w silniku i jakość filtra
Zdecydowanie prościej jest w przypadku sensorów cyfrowych, w których zaszyta elektronika pozwala nowemu, zdecydowanie mniej doświadczonemu użytkownikowi, wykorzystać sensor. Gotowy do użycia sensor HTE501 posiada dokładność pomiaru wilgotności względnej na poziomie 1,8% (z uwzględnieniem histerezy) i może pracować w temperaturze od -40 do 135°C. Aktywna część sensora pokryta jest opatentowaną przez producenta powłoką, która trwale chroni przed brudem i osadami korozyjnymi.
Wpływ na Zdrowie i Samopoczucie
Odpoczynek ma istotne znaczenie dla zdrowia i samopoczucia każdego z nas. - Bez względu na to, czy wybieramy góry, morze czy lesiste równiny, klimat odgrywa kluczową rolę - ciśnienie atmosferyczne, wilgotność powietrza, skład atmosferyczny i nasłonecznienie mają wpływ na nasze zdrowie i komfort. Osoby z nadciśnieniem powinny unikać gór i terenów położonych na skraju dużych jezior. Spore wahania ciśnienia mogą im bowiem zaszkodzić.
W przypadku osób z nadciśnieniem skrajne temperatury, wysoka wilgotność powietrza i nasilające się wahania atmosferyczne mogą wpływać negatywnie na ciśnienie tętnicze i ogólne samopoczucie. Wysoka temperatura powoduje rozszerzenie naczyń krwionośnych, co prowadzi do obniżenia ciśnienia tętniczego. Szczególnie osoby z nadciśnieniem tętniczym powinny unikać nadmiernego opalania się i długotrwałego przebywania na gorącym słońcu. Wysokie temperatury mogą powodować rozszerzenie naczyń krwionośnych, przegrzanie organizmu i odwodnienie.
Pobyt nad morzem doskonale wpływa na dotlenienie organizmu, dzięki obecności bogatego w tlen powietrza, które dodatkowo jest nasycone leczniczymi pierwiastkami. Gdy fale morskie rozbijają się o brzeg, uwalniane są kryształki chlorku sodu, soli magnezu i cząsteczki jodu, tworząc aerozol morski. Ten aerozol doskonale odżywia śluzówki i wspiera ich regenerację. Morskie powietrze jest często czystsze i zawiera mniejszą ilość zanieczyszczeń w porównaniu do powietrza miejskiego.
Zmiany ciśnienia powietrza w górach są zauważalne i mają wpływ na nasze organizmy. Wraz ze wzrostem wysokości maleje stężenie tlenu, co może prowadzić do problemów z oddychaniem i nasilających się duszności. Im wyżej się znajdujemy, tym trudniej jest dostarczyć organizmowi wystarczającą ilość tlenu. Dlatego człowiek zaczyna oddychać szybciej.
tags: #wpływ #ciśnienia #na #wilgotność #powietrza
