Влажность воздуха абсолютная и относительная: Влажность | Техническая библиотека ПромВентХолод

Влажность | Техническая библиотека ПромВентХолод

Абсолютная и относительная влажность.

Влажность воздуха – это содержание парообразной воды в атмосфере. Эта характеристика во многом определяет самочувствие многих живых существ, а также влияет на погоду и климатические условия на нашей планете. Для нормальной работы человеческого организма она должна находиться в определённом диапазоне, вне независимости от температуры воздуха. Известны две основных характеристики влажности воздуха – абсолютная и относительная:

• Абсолютная влажность воздуха – это масса водяного пара, содержащаяся в одном кубическом метре воздуха. Единица измерения абсолютной влажности — г/м3. Относительная влажность воздуха определяется как отношение текущего и максимального значения абсолютной влажности при определенной температуре воздуха.
• Относительную влажность принято измерять в %. По мере увеличения температуры абсолютная влажность воздуха также растет от 0,3 при -30°С до 600 при +100°С. Величина относительной влажности зависит в основном от климатических зон Земли (средние, экваториальные или полярные широты) и сезона года (осень, зима, весна, лето).

Существуют вспомогательные термины для определения влажности. Например, влагосодержание (г/кг), т.е. вес водяных паров на один килограмм воздуха. Или температура «точки росы», когда воздух считается полностью насыщенным, т.е. его относительная влажность равна 100%. В природе и холодильной технике это явление можно наблюдать на поверхностях тел, температура которых меньше температуры точки росы в виде капель воды (конденсата), изморози или инея.

Энтальпия

Также существует такое понятие, как энтальпия. Энтальпия — это свойство тела (вещества), определяющее количество энергии, сохраненной в его молекулярной структуре, которая доступна для преобразования в теплоту при определённой температуре и давлении. Но не всю энергию можно преобразовать в теплоту, т. к. часть внутренней энергии тела остается в веществе для поддержания его молекулярной структуры.

Расчет влажности

Для измерения влажности применяют несложные формулы. Так, абсолютную влажность принято обозначать p и определять как

p = m_{вод. пара} / V_{воздуха}

где m_{вод. пара} – масса водяного пара (г)

V_{воздуха} — объем воздуха (м³), в котором он содержится.

Общепринятое обозначение относительной влажности — φ. Относительную влажность рассчитывают по формуле:

φ = (p/p_н) * 100%

где p и p_н – текущее и максимальное значение абсолютной влажности. Наиболее часто применяется величина относительной влажности, так как на состояние человеческого организма в большей степени влияет не вес влаги в объеме воздуха (абсолютная влажность), а именно относительное содержание воды.

Влажность весьма важна для нормальной жизнедеятельности практически всех живых существ и, в особенности — человека. Ее величина (по опытным данным) должна находиться в пределах от 30 до 65%, вне зависимости от температуры. Например, низкая влажность зимой (по причине малого количества воды в воздухе) приводит к пересыханию у человека всех слизистых оболочек, тем самым увеличивается риск простудных заболеваний. Высокая влажность наоборот, ухудшает процессы терморегуляции и потоотделения через кожные покровы. При этом появляется ощущение духоты. Кроме того, поддержание влажности воздуха является важнейшим фактором:

• для проведения многих технологических процессов на производстве;
• эксплуатации механизмов и устройств;
• сохранности от разрушения строительных конструкций зданий, элементов интерьера из древесины (мебели, паркета и т.п.), археологических и музейных артефактов.

Расчет энтальпии

Энтальпия это потенциальная энергия, которая содержится в одном килограмме влажного воздуха. Причем при равновесном состоянии газа она не поглощается и не излучается во внешнюю среду. Энтальпия влажного воздуха равна сумме энтальпий составляющих его частей: абсолютно сухого воздуха, а также паров воды. Ее величину рассчитывают по следующей формуле:

I = t + 0,001(2500 +1,93t)d

Где t – температура воздуха (°С), а d – его влагосодержание (г/кг). Энтальпия (кДж/кг) является удельной величиной.

Температура по мокрому термометру

Температура по мокрому (влажному) термометру – это такое ее значение, при котором идет процесс адиабатного (энтальпия постоянна) насыщения воздуха парами воды. Для определения ее конкретного значения используют I – d диаграмму. Вначале на нее наносят точку, соответствующую заданному состоянию воздуха. Затем через эту точку проводят луч адиабаты, пересекая его с линией насыщения (φ = 100%). А уже из точки их пересечения опускают проекцию в виде отрезка с постоянной температурой (изотерма) и получают температуру мокрого термометра.

I – d диаграмма влажного воздуха

I-d диаграмма является основным инструментом для расчетов/построений разных процессов, связанных с изменением состояния воздуха – нагрева, охлаждения, осушения и увлажнения. Ее появление значительно облегчило понимание процессов, происходящих в системах и агрегатах для сжатия воздуха, вентиляции и кондиционирования. Эта диаграмма графически показывает полную взаимозависимость основных параметров (температуры, относительной влажности, влагосодержания, энтальпии и парциального давления паров воды), определяющих тепло-влажностный баланс. Все значения указаны при определенном значении атмосферного давления. Обычно это 98 кПа.

Диаграмма выполнена в системе косоугольных координат, т.е. угол между ее осями составляет 135°. Это способствует увеличению зоны ненасыщенного влажного воздуха (φ = 5 – 99%) и сильно облегчает графическое нанесение происходящих с воздухом процессов. На диаграмме представлены следующие линии:

• криволинейные — влажности (от 5 до 100%).
• прямые — постоянной энтальпии, температуры, парциального давления и влагосодержания.

Ниже кривой φ = 100% воздух полностью насыщен влагой, находящейся в нем в виде жидкости (вода) или твердом (иней, снег, лед) состоянии. Определить состояние воздуха во всех точках диаграммы можно, зная любые два его параметра (из четырех возможных). Графическое построение процесса изменения состояния воздуха значительно облегчается с помощью дополнительно нанесенной круговой диаграммы. На ней под разными углами показаны значения тепло-влажностного отношения ε. Эта величина определяется наклоном луча процесса и рассчитывается как:

ε = Q / W

где Q – теплота (кДж/кг) и W — влага (кг/ч), поглощаемые или выделяемые из воздуха. Значение ε делит всю диаграмму на четыре сектора:

• ε = +∞ … 0 (нагрев + увлажнение).
• ε = 0 … -∞ (охлаждение + увлажнение).
• ε = -∞ … 0 (охлаждение + осушение).
• ε = 0 … +∞ (нагрев + осушение).

Измерение влажности

Измерительные приборы для определения значений относительной влажности называются гигрометрами. Для замера величины влажности воздуха используют несколько основных методов. Рассмотрим три из них.

1. Для сравнительно неточных замеров в быту применяют волосяные гигрометры. В них чувствительным элементом является конский или человеческий волос, который в натянутом состоянии установлен в стальную рамку. Оказалось, что этот волос в обезжиренном виде способен чутко реагировать на малейшие изменения относительной влажности воздуха, изменяя свою длину. По мере увеличения влажности волос удлиняется, при уменьшении – наоборот, укорачивается. Стальная рамка, на которой закреплен волос, связана со стрелкой прибора. Стрелка воспринимает от рамки изменение размера волоска и вращается вокруг своей оси. При этом она указывает на градуированной шкале (в %) относительную влажность.
2. При более точных теплотехнических измерениях во время научных исследований применяют гигрометры конденсационного типа и психрометры. Они осуществляют косвенный замер относительной влажности. Гигрометр конденсационного типа изготовлен в виде закрытой цилиндрической емкости. Одна из ее плоских крышек отполирована до состояния зеркала. Внутрь емкости устанавливают термометр и наливают какую-нибудь легкокипящую жидкость, например эфир. Затем ручным резиновым диафрагменным насосом в емкость закачивается воздух, который начинает там интенсивно циркулировать. Из-за этого эфир вскипает, понижает температуру (охлаждает) поверхность емкости и ее зеркало соответственно. На зеркале появятся капли воды, сконденсированной из воздуха. В этот момент времени необходимо зафиксировать показания термометра, который покажет температуру «точки росы». Потом с помощью специальной таблицы определяют соответственную плотность насыщенного пара. А по ним уже и величину относительной влажности.
3. Психрометрический гигрометр это пара термометров, установленных на основание с общей шкалой. Один из них называют сухим, он измеряет действительную температуру воздуха. Второй называют – мокрым. Температура мокрого термометра – это температура, которую принимает влажный воздух при достижении насыщенного состояния и сохранении постоянной энтальпии воздуха, равной начальной, т. е. это предельная температура адиабатического охлаждения. У мокрого термометра шарик оборачивают тканью из батиста, которую погружают в емкость с водой. На ткани происходит испарение воды, что ведет к понижению температуры воздуха. Этот процесс охлаждения идет до момента, когда воздух вокруг шарика не станет полностью насыщенным (т.е. с относительной влажностью 100%). Этот термометр покажет «точку росы». На шкале прибора имеется и т.н. психрометрическая таблица. С ее помощью по данным сухого термометра и разности температур (сухой минус мокрый) определяют текущее значение относительной влажности.

Регулирование влажности

Для повышения влажности (увлажнения воздуха) применяют увлажнители. Увлажнители отличаются большим разнообразием, которое определяется способом увлажнения и дизайном. По способу увлажнения увлажнители делятся на: адиабатические (форсуночные) и паровые. В паровых увлажнителях водяной пар образуется при нагреве воды на электродах. Как правило, в быту наиболее часто используются паровые увлажнители. В системах вентиляции и центрального кондиционирования применяются увлажнители как парового, так и форсуночного типа. В промышленных вентиляционных системах увлажнители могут размещаться как непосредственно в самих вентиляционных установках, так и в виде отдельной секции в вентиляционном канале.

Наиболее эффективный метод удаления влаги из воздуха реализуется при помощи осушителей воздуха на базе компрессорных холодильных машин. Они осушают воздух путем конденсации водяных паров на охлажденной поверхности теплообменника испарителя. Причем его температура должна быть ниже «точки росы». Собранная таким способом влага самотеком или с помощью насоса удаляется наружу по дренажной трубе. Существуют осушители различных типов и назначений. По типам осушители делятся на моноблочные и с выносным конденсатором. По назначению осушители делятся на:

• бытовые мобильные;
• профессиональные;
• стационарные для бассейнов.

Основная задача систем осушения – обеспечивать благоприятное самочувствие находящихся внутри людей и безопасную эксплуатацию конструктивных элементов зданий. Особенно важно поддерживать уровень влажности в помещениях с повышенным выделением влаги, таких как бассейны, аквапарки, банные и SPA-комплексы. Воздух в бассейне имеет повышенную влажность из-за интенсивных процессов испарения воды с поверхности чаши. Поэтому избыток влаги — определяющий фактор при проектировании вентиляции в бассейне. Избыток влаги, а также наличие в воздухе агрессивных сред, как например, соединения хлора оказывают разрушительное воздействия на элементы строительных конструкций и отделку в помещении. Влага конденсируется на них, вызывая появление плесневых грибков или коррозионное разрушение металлических элементов.

По этим причинам рекомендуемая величина относительной влажности воздуха внутри бассейна должна поддерживаться в диапазоне 50 – 60%. Строительные консьтрукции, в частности стены и остекленные поверхности помещения бассейна следует дополнительно защитить от выпадения влаги на них. Это можно реализовать путем подачи на них потока приточного воздуха, причем обязательно в направлении снизу-вверх. Снаружи здание должно иметь слой высокоэффективной тепловой изоляции. Для достижения дополнительных преимуществ настоятельно рекомендуем применять разнообразные осушители воздуха, но только лишь в комбинации с оптимально рассчитанными и подобранными системами вентиляции бассейнов.

Если Вам необходима консультация по вопросам проектирования или поставки систем осушения, вентиляции или центрального кондиционирования, специалисты ГК «ПромВентХолод» будут рады оказать квалифицированную помощь. Вы можете связаться с нами по телефону 8(495)2680520 или отправить заявку на [email protected].

Понятие абсолютной и относительной влажности. Влияние влажности на здоровье человека

Главная / Энциклопедия / Абсолютная и относительная влажность

Для примера возьмем кубометр воздуха. Этот кубометр будем насыщать водяным паром до тех пор, пока воздух сможет удерживать воду в газообразном состоянии. Вот это и есть абсолютная влажность — показатель предельного количества жидкости, которую может удерживать воздух.

Понятно, что воздух не может быть максимально насыщен водяным паром постоянно. В действительности же воды в воздухе содержится меньше, чем говорят показатели абсолютной влажности. Величина, показывающая нам действительное содержание водяного пара в воздухе, и называется относительной влажностью. Показания относительной влажности указывают в процентах — сколько процентов влаги содержится в воздухе относительно показаний абсолютной влажности.

Возможность воздуха удерживать в себе воду не безгранична и зависит от температуры. Например, при 20 °С в одном кубометре воздуха будет примерно 17 г воды. А при 0 °С — всего 5 г. То есть чем ниже температура, тем меньше способность воздуха удерживать воду.

Если воздух нагреть, то абсолютная влажность не изменится — сколько было воды в воздухе, столько и останется. А вот способность впитывать воду сильно возрастет.

Из-за этого уменьшается относительная влажность. Так она указывает на долю воды в воздухе по сравнению с максимально возможной. Получается, что вода из воздуха при нагревании никуда не исчезает, но показатель относительной влажности сильно падает.

Самочувствие человека напрямую зависит от влажности воздуха. И главный показатель — это относительная влажность. Именно от относительной влажности зависит скорость испарения влаги с нашей кожи и со слизистых оболочек.

Скорость испарения в разы увеличивается при низкой относительной влажности.

Что происходит, когда мы вдыхаем воздух?

Чтобы легкие нормально работали, воздух в дыхательных путях увлажняется. Как мы говорили выше, в холодную погоду воздух имеет низкую абсолютную влажность. В холодном состоянии он не может удерживать достаточное для нормальной жизни человека количество воды.

Когда мы вдыхаем холодный воздух, он резко нагревается в нашем организме. И тут же резко падает относительная влажность вдыхаемого воздуха. Чтобы поддержать необходимый уровень влажности, поверхности дыхательных путей начинают выделять слизь.

Замечали, что на морозе нос начинает «течь»? Это нормальная реакция здорового организма на вдыхание холодного воздуха.

А вот в теплом помещении ситуация иная. Воздух, который подогрели батареи, сохраняет низкое уличное влагосодержание. Дополнительную воду получить негде. В результате в комнатах наблюдается низкая влажность — обычно 10–20%. А в норме должна быть не ниже 40%!

Казалось бы, и здесь наш организм сможет сам доувлажнить вдыхаемый воздух. Однако это не так. Рефлекторное увлажнение дыхательных путей работает только при низких температурах. А в домах мы вдыхаем уже нагретый воздух — в помещении поверхности дыхательных путей начинают пересыхать. Механизм самоувлажнения не включается.

Для поддержания влажности воздуха в нормальном диапазоне 40–60% в жилых помещениях используется система увлажнения воздуха. Самая лучшая на сегодня система увлажнения — форсуночная. Она тратит минимум энергии, в ней не развивается микрофлора, она незаметна и полностью автоматизирована. Эта технология в ближайшие годы заменит устаревшие изотермические и ультразвуковые системы, так же как смартфоны постепенно заменили кнопочные телефоны.

Посмотрите ролик, где известнейший детский врач Евгений Комаровский объясняет, что такое абсолютная и относительная влажность.