Wzory wilgotności powietrza: Kompletny przewodnik
- Szczegóły
Wilgotność powietrza to zawartość pary wodnej w powietrzu. Para wodna w powietrzu pochodzi z parowania zachodzącego ze swobodnych powierzchni wodnych i powierzchni lądowych (gruntu, roślinności...). Ilość pary wodnej, która może znaleźć się w powietrzu (rozpuścić się w powietrzu), zależy od jego temperatury.
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).
- Prężność maksymalna (E): Maksymalna ilość pary wodnej, jaką jest w stanie zawierać powietrze w danej temperaturze, nazywana jest prężnością maksymalną lub prężnością pary nasyconej.
- Niedosyt wilgotności (d): Różnica między prężnością maksymalną (E) a wartością prężności aktualnej (e), wyrażona w hPa: d = E - e [hPa].
Wilgotność względna powietrza
Mogłoby się wydawać, że to to samo, co zawartość pary wodnej w powietrzu, ale nie. Jednostka wilgotności powietrza mówi nam o tym, ile pary wodnej znajduje się w danym pomieszczeniu w stosunku do tego, ile może się jej zmieścić. Wyznacznik 30% nie oznacza, że około 1/3 powietrza to para wodna, a jedynie, że zostało wykorzystane około 30% możliwości pomieszczenia pary wodnej w powietrzu.
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.
Przykładowo wilgotność względna 50% w temperaturze 0°C wystąpi przy e = 3,05 hPa, w temperaturze +20°C przy e = 11,7 hPa.
Wilgotność bezwzględna powietrza
Jak się łatwo domyślić, wilgotność rozumiana jako zawartość pary wodnej w powietrzu, to po prostu masa pary wodnej na metr sześcienny powietrza. Jednostka wilgotności bezwzględnej to g/m3, można stosować także miarę prężności w kPa.
Przeczytaj także: Nowoczesne Ozonowanie Zębów
Wilgotność bezwzględna powietrza nie jest dla nas szczególnie istotną miarą. W zasadzie może dotyczyć wyłącznie meteopatów, jest bowiem zależna od pogody. Będzie bardzo wysoka w czasie deszczowych i pochmurnych dni lub bardzo niska w czasie bardzo słonecznej i gorącej pogody.
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 (td [°C]). Temperatura punktu rosy powietrza, w którym nie zachodzą procesy kondensacji, zależy jedynie od wartości prężności aktualnej.
Tak długo, jak temperatura powietrza nie spadnie poniżej temperatury punktu rosy, temperatura punktu rosy tego powietrza pozostaje stała.
Metody pomiaru wilgotności powietrza
Metoda psychrometryczna
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.
W zależności od temperatury lub wilgotności krążącego powietrza, pewna ilość pary wodnej jest uwalniana przez odparowanie poprzez niezbędny przepływ powietrza. Powoduje to zauważalne schłodzenie powierzchni wilgotnego termometru (temperatura mokrej główki). W tym samym czasie za pomocą drugiego czujnika temperatury mierzona jest temperatura powietrza otoczenia (temperatura "sucha"). Temperatura mokrego termometru to najniższa temperatura, do jakiej można schłodzić ciało przy pomocy parowania w danej wilgotności powietrza i ciśnieniu atmosferycznym. Aby ją odczytać, termometr należy zmoczyć, a następnie umieścić w strumieniu powietrza. Metoda ta służy do tego, by określić poziom wilgotności. Gdy wilgotność względna wynosi 100%, temperatura termometru suchego i mokrego nie różni się.
Przeczytaj także: Woda ze studni kopanej: jak uzdatniać?
Przy pomocy psychrometru i starannej obsługi można przeprowadzić dokładne pomiary wilgotności powietrza. Na przykład psychrometry aspiracyjne według Assmanna są stosowane jako uznane na całym świecie urządzenia referencyjne i kontrolne. Wbudowany wentylator z uzwojeniem sprężynowym zapewnia średnią stałą prędkość przepływu powietrza ok. 3 m/s, które przepływa wokół termometrów. Ocenę przeprowadza się ręcznie za pomocą tabeli lub panelu graficznego psychrometru. Oprócz psychrometrów aspiracyjnych dostępne są również różne wersje wykresów.
Zakres zastosowania większości psychrometrów mechanicznych z termometrami szklanymi jest ograniczony do zakresu temperatur pomiaru ≤ 60 °C. Psychrometry elektryczne umożliwiają rozszerzenie zakresu zastosowań. Pomiar temperatury "mokrej" i "suchej głowicy" odbywa się za pomocą termometrów oporowych Pt-100. Oznacza to, że wilgotność względna określona zgodnie z "wzorem Sprungsche" może być bezpośrednio wyświetlana lub dalej przetwarzana w sterowanych mikroprocesorem urządzeniach wyświetlających, sterujących i rejestrujących z odpowiednim obwodem wejściowym.
Psychometryczna metoda pomiarowa jest niewrażliwa na inne metody pomiaru wilgotności i dlatego w dużym stopniu umożliwia pomiary w brudnych, zawierających rozpuszczalniki i agresywnych gazach. Dzięki znanej od ponad stu lat psychrometrycznej metodzie pomiaru zrealizowano prostą i ekonomiczną metodę pomiaru wilgotności. Niezawodne pomiary ciągłe wymagają jednak spełnienia specyficznych dla danego zastosowania kryteriów. Na przykład wystarczająca wentylacja i nawilżanie, jak również konserwacja urządzeń pomiarowych.
Metoda pojemnościowa
Ilość pary wodnej pochłoniętej w folii polimerowej zmienia właściwości elektryczne czujnika wilgotności i ma wpływ na zmianę jego pojemności. Zmiana pojemności jest proporcjonalna do zmiany wilgotności względnej i jest analizowana przez dalszą elektronikę i przekształcana na znormalizowany sygnał wyjściowy. Dzięki specjalnej konstrukcji i małej masie własnej pojemnościowych czujników wilgotności uzyskuje się bardzo krótkie czasy reakcji. Ponadto, są one w dużej mierze niewrażliwe na lekkie zabrudzenia i kurz. W celu ochrony przed kontaktem z powierzchniami, czujniki są zamknięte w obudowie z tworzywa sztucznego. Pojemnościowe metody pomiarowe stosowane są np. Standardowy zakres pomiarowy dla pojemnościowych czujników wilgotności to przede wszystkim 10 do 90 % RH.
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.
Przeczytaj także: Oczyszczacze powietrza: normy i wymagania przedszkolne
Jeśli pęczek włosów zamocować z jednej strony do nieruchomego zacisku, drugą, swobodną stronę pęczka włosów zamocować do bloczka umocowanego na osi, który w napięciu utrzymywany jest przez delikatną sprężynkę, to w takt zmian długości włosów bloczek będzie się skręcał raz w jedną, raz w drugą stronę, stosownie do zmian wilgotności. Po przymocowaniu do bloczka delikatnej, dość długiej wskazówki, będzie ona wykonywała ruchy, zgodnie z kątem skręcenia bloczka. W praktyce spotyka się cały szereg higrometrów włosowych, różniących się rozwiązaniami konstrukcyjnymi, obudowami, kształtami, dodatkowymi funkcjami.
Bardzo często higrometry włosowe wyposażone są dodatkowo w termometr (najczęściej tani termometr spirytusowy o dokładności odczytu 1 lub 0.5°C). Niekiedy higrometry wyposażone są w dodatkową wskazówkę, którą można dowolnie ustawiać na zadaną wartość wilgotności względnej. Wskazówka ta tworzy jeden z biegunów zworki elektrycznej (kontaktu), drugą zworkę tworzy wskazówka higrometru. Gdy wilgotność względna osiągnie wartość równą wilgotności na którą jest ustawiona dodatkowa wskazówka, dochodzi do zwarcia kontaktu elektrycznego, który włączy np. sygnalizację, alarm, lub przez styczniki - urządzenie większej mocy (np. ogrzewanie, wentylację...).
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%.
Higrometr włosowy, z czasem, zaczyna fałszować pomiary. Związane to jest ze stopniowym wysychaniem włosa (pęczka włosów). Z tego względu, nie rzadziej niż 3 miesiące w przeciętnych warunkach wilgotnościowych i nie rzadziej niż co 1 miesiąc w warunkach zwiększonej suchości powietrza, higrometr należy poddać procesowi ponownego tarowania (‘świeżenia’).
Wpływ wilgotności względnej na dom i zdrowie
Dopuszczalna wilgotność względna powietrza w mieszkaniach wynosi od 35 do 70%. Jednak optymalna wartość to 40-50%. Zarówno za wysoka, jak i za niska wartość ma bardzo duży wpływ na nasze życie i funkcjonowanie.
Prawidłowe działanie płuc i skóry jest możliwe wyłącznie w wilgotności względnej od 40 do 70%. Jednakże utrzymywanie wysokiego poziomu wilgotności jest szkodliwe dla mebli, książek i różnego rodzaju sprzętów znajdujących się w mieszkaniu. Zwłaszcza elementy metalowe mogą łatwiej ulegać korozji. Duża wilgoć względna to także idealne warunki do rozwoju grzybów, pleśni i bakterii. To może źle działać nie tylko na jedzenie, lecz także meble czy przedmioty codziennego użytku. A to znów bardzo szybko wpływa negatywnie na stan zdrowia.
Bardzo niska wilgotność powietrza jest mało komfortowa, ponieważ trudno jest oddychać, szybko pojawia się uczucie pragnienia, a skóra wysycha. Zbyt wysoka jest częstą przyczyną chorób gośćcowych, zapaleń stawów, ogólnego osłabienia odporności. Dlatego warto regularnie sprawdzać, jaka jest wilgotność względna w pomieszczeniu.
Tabela: Prężność maksymalna pary wodnej w zależności od temperatury
| Temperatura (°C) | Prężność maksymalna (hPa) |
|---|---|
| -10 | 2.6 |
| -5 | 4.0 |
| 0 | 6.1 |
| 5 | 8.7 |
| 10 | 12.3 |
| 15 | 17.0 |
| 20 | 23.4 |
| 25 | 31.7 |
| 30 | 42.4 |
tags: #wzory #wilgotność #powietrza
