Влажность воздуха зимой и летом


Насыщенный пар, влажность воздуха

Сегодняшний урок мы посвятим обсуждению такого понятия, как влажность воздуха, и методам ее измерения. Основным явлением, влияющим на влажность воздуха, будет процесс испарения воды, о котором мы уже говорили ранее, а важнейшим понятием, которое мы будем использовать, будет насыщенный и ненасыщенный пар.

Если выделять различные состояния пара, то они будут определяться тем, в каком взаимодействии пар находится со своей жидкостью. Если представить, что некоторая жидкость находится в закрытом сосуде и происходит процесс ее испарения, то рано или поздно этот процесс придет к состоянию, когда испарение в равные промежутки времени будет компенсироваться конденсацией и наступит так называемое динамическое равновесие жидкости со своим паром (рис. 1).

Влажность воздуха зимой и летом

Рис. 1. Насыщенный пар

Определение.Насыщенный пар – это пар, находящийся в термодинамическом равновесии со своей жидкостью. Если же пар не насыщенный, то такого термодинамического равновесия нет (рис. 2).


Влажность воздуха зимой и летом 

Рис. 2. Ненасыщенный пар

С помощью этих двух понятий мы и будем описывать такую важную характеристику воздуха, как влажность.

Определение.Влажность воздуха – величина, указывающая на содержание в воздухе водяного пара.

Возникает вопрос: почему же понятие влажности является важным для рассмотрения и каким образом водяные пары попадают в воздух? Известно, что большую часть поверхности Земли занимает вода (Мировой океан), с поверхности которой непрерывно происходит испарение (рис. 3). Безусловно, в различных климатических зонах интенсивность этого процесса различна, что зависит от среднесуточной температуры, наличия ветров и т. п. Эти факторы обуславливают тот факт, что в определенных местах процесс парообразования воды более интенсивен, чем ее конденсация, а в некоторых – наоборот. В среднем же можно утверждать, что пар, который образуется в воздухе, не является насыщенным, и его свойства необходимо уметь описывать.

Влажность воздуха зимой и летом


Рис. 3. Испарение жидкости (Источник)

Для человека величина влажности является очень важным параметром окружающей среды, т. к. наш организм очень активно реагирует на ее изменения. Например, такой механизм регуляции функционирования организма, как потоотделение, напрямую связан с температурой и влажностью окружающей среды. При высокой влажности процессы испарения влаги с поверхности кожи практически компенсируются процессами ее конденсации и нарушается отвод тепла от организма, что приводит к нарушениям терморегуляции. При низкой влажности процессы испарения влаги превалируют над процессами конденсации и организм теряет слишком много жидкости, что может привести к обезвоживанию.

Величина влажности важна не только для человека и других живых организмов, но и для протекания технологических процессов. Например, из-за известного свойства воды проводить электрический ток ее содержание в воздухе может серьезно влиять на корректную работу большинства электроприборов.

Кроме того, понятие влажности является важнейшим критерием оценивания погодных условий, что всем известно из прогнозов погоды. Стоит отметить, что если сравнивать влажность в различные времена года в привычных для нас климатических условиях, то она выше летом и ниже зимой, что связано, в частности, с интенсивностью процессов испарения при различных температурах.

Абсолютная влажность воздуха

Основными характеристиками влажного воздуха являются:

  1. плотность водяного пара в воздухе;
  2. относительная влажность воздуха.

Воздух является составным газом, в нем содержится множество различных газов, в том числе водяной пар. Для оценивания его количества в воздухе необходимо определить, какую массу имеют водяные пары в определенном выделенном объеме – такую величину характеризует плотность. Плотность водяного пара в воздухе называют абсолютной влажностью.

Определение.Абсолютная влажность воздуха – количество влаги, содержащейся в одном кубическом метре воздуха.

Обозначениеабсолютной влажности: Влажность воздуха зимой и летом (как и обыкновенное обозначение плотности).

Единицы измеренияабсолютной влажности: Влажность воздуха зимой и летом (в СИ) или Влажность воздуха зимой и летом (для удобства измерения небольшого содержания паров воды в воздухе).

Формула вычисления абсолютной влажности:

Влажность воздуха зимой и летом

Обозначения:


Влажность воздуха зимой и летом масса пара (воды) в воздухе, кг (в СИ) или г;

Влажность воздуха зимой и летом объем воздуха, в котором указанная масса пара содержится, Влажность воздуха зимой и летом.

С одной стороны, абсолютная влажность воздуха является понятной и удобной величиной, т. к. дает представление о конкретном содержании воды в воздухе по массе, с другой стороны, эта величина неудобна с точки зрения восприимчивости влажности живыми организмами. Оказывается, что, например, человек ощущает не массовое содержание воды в воздухе, а именно ее содержание относительно максимально возможного значения.

Относительная влажность воздуха

Для описания такого восприятия введена такая величина, как относительная влажность.

Определение.Относительная влажность воздуха – величина, показывающая насколько далек пар от насыщения.

Т. е. величина относительной влажности, простыми словами, показывает следующее: если пар далек от насыщения, то влажность низкая, если близок – высокая.

Обозначениеотносительной влажности: Влажность воздуха зимой и летом.

Единицы измеренияотносительной влажности: %.

Формула вычисления относительной влажности:


Влажность воздуха зимой и летом

Обозначения:

Влажность воздуха зимой и летом плотность водяного пара (абсолютная влажность),  (в СИ) или ;

Влажность воздуха зимой и летом плотность насыщенного водяного пара при данной температуре,  (в СИ) или .

Конденсационный гигрометр

Как видно из формулы, в ней фигурируют абсолютная влажность, с которой мы уже знакомы, и плотность насыщенного пара при той же температуре. Возникает вопрос, каким образом определять последнюю величину? Для этого существуют специальные приборы. Мы рассмотрим конденсационныйгигрометр (рис. 4) – прибор, который служит для определения точки росы.

Определение.Точка росы – температура, при которой пар становится насыщенным.

Влажность воздуха зимой и летом


Рис. 4. Конденсационный гигрометр (Источник)

Внутрь емкости прибора наливается легкоиспаряющаяся жидкость, например, эфир, вставляется термометр (6) и с помощью груши (5) через емкость прокачивается воздух. В результате усиленной циркуляции воздуха начинается интенсивное испарение эфира, температура емкости из-за этого понижается и на зеркале (4) выступает роса (капельки сконденсировавшегося пара). В момент появления на зеркале росы с помощью термометра замеряется температура, вот эта температура и является точкой росы.

Что же делать с полученным значением температуры (точки росы)? Существует специальная таблица, в которой занесены данные – какая плотность насыщенного водяного пара соответствует каждой конкретной точке росы. Следует отметить полезный факт, что при увеличении значения точки росы растет и значение соответствующей ей плотности насыщенного пара. Иными словами, чем теплее воздух, тем большее количество влаги он может содержать, и наоборот, чем воздух холоднее, тем максимальное содержание в нем пара меньше.

Волосной гигрометр

Рассмотрим теперь принцип действия других видов гигрометров, приборов для измерения характеристик влажности (от греч. hygros – «влажный» и metreo – «измеряю»).

Волосной гигрометр (рис. 5) – прибор для измерения относительной влажности, в котором в качестве активного элемента выступает волос, например человеческий.


Влажность воздуха зимой и летом

Рис. 5. Волосной гигрометр (Источник)

Действие волосного гигрометра основано на свойстве обезжиренного волоса изменять свою длину при изменении влажности воздуха (при увеличении влажности длина волоса увеличивается, при уменьшении – уменьшается), что позволяет измерять относительную влажность. Волос натянут на металлическую рамку. Изменение длины волоса передается стрелке, перемещающейся вдоль шкалы. При этом следует помнить, что волосной гигрометр дает не точные значения относительной влажности, и используется преимущественно в бытовых целях.

Психрометр

Более удобен в использовании и точен такой прибор для измерения относительной влажности, как психрометр (от др.-греч. ψυχρός – «холодный») (рис. 6).

Влажность воздуха зимой и летом

Рис. 6. Психрометр (Источник)

Психрометр состоит из двух термометров, которые закреплены на общей шкале. Один из термометров называется влажным, т. к. он обмотан батистовой тканью, которая погружена в резервуар с водой, расположенный на тыльной стороне прибора. С влажной ткани испаряется вода, что приводит к охлаждению термометра, процесс снижения его температуры длится до достижения этапа, пока пар вблизи влажной ткани не достигнет насыщения и термометр не начнет показывать температуру точки росы. Таким образом, влажный термометр показывает температуру меньше либо равную реальной температуре окружающей среды. Второй термометр называется сухим и показывает реальную температуру.


На корпусе прибора, как правило, изображена еще так называемая психрометрическая таблица (табл. 2). С помощью этой таблицы по значению температуры, которую показывает сухой термометр, и по разности температур между сухим и влажным термометрами можно определить относительную влажность окружающего воздуха.

 

Однако даже не имея под рукой такой таблицы, можно примерно определить величину влажности, пользуясь следующим принципом. Если показания обоих термометров близки друг к другу, то испарение воды с влажного практически полностью компенсируется конденсацией, т. е. влажность воздуха высокая. Если, наоборот, разность показаний термометров большая, то испарение с влажной ткани превалирует над конденсацией и воздух сухой, а влажность низкая.

Источник: interneturok.ru

Рассмотрим пример пересчета относительной влажности воздуха в зимний период на улице и в отапливаемом помещении. Воспользуемся для этого калькулятором, представленным на нашем сайте www.eksis.ru.


1. В области исходных условий задаем параметры, соответствующие зимнему периоду. Например:

— температура: −15°С;

— относительная влажность воздуха: 75%;

— давление, предположи: 1 атм.

2. В области заданий условий пересчета введем параметры воздуха, соответствующие отапливаемому помещению. Например:

— температура: +25°С;

— давление: 1 атм.

В столбце получаемых результатов пересчета мы видим, что относительная влажность воздуха в отапливаемом помещении будет соответствовать 4,53%. Также можем видеть результаты пересчета других параметров.


Влажность воздуха зимой и летом

Влажность 4, 53% неприемлема для помещений, в которых работают люди или хранятся какие-либо предметы, продукты и т. п. Поэтому для поддержания необходимого уровня влажности часто устанавливают системы принудительного увлажнения воздуха, которые,к сожалению, не всегда эффективны. Определим, какое количество влаги необходимо испарить в помещении с температурой 20°С при температуре воздуха на улице −15°С и относительной влажности 75%, чтобы поддерживать в нем относительную влажность на уровне 55% при кратности воздухообмена 4 (промышленное помещение с приточно-вытяжной вентиляцией). Габариты помещения 4х6х2,5 м. В качестве примера рассчитывается влажность в помещении для хранения бумажных документов (температура воздуха должна равняться 18±2°С, относительная влажность — 55±5%).

1. При помощи калькулятора определяем, что в 1 м3 воздуха при температуре −15°С и относительной влажности 75% содержится 1,2 г воды (на улице).

2. При помощи калькулятора определяем, что в 1 м3 воздуха при температуре +18°С и относительной влажности 55% содержится 8,5 г воды (в помещении).

Влажность воздуха зимой и летом

3. Найдем количество влаги, которое необходимо добавить в 1 м3 воздуха, на улице нагретого до +18° C, чтобы его относительная влажность равнялась 55%:

M = A (55%) — A (75%) = 8,5 – 1,2 = 7,3 г.

4. Найдем объем помещения:

V = 4 x 6 x 2,5 = 60 м3

5. Определим общее количество влаги М:

М = мV = 7,3 х 60 = 438 г.

6. Определим количество влаги, которое необходимо испарить в помещении за час при кратности воздухообмена равном 4:

М4 = М х 4 = 438 х 4 = 1752 г.

В сутки количество влаги должно составлять 24 х 1752 = 42 048 г.

Таким образом, для поддержания в помещении, оборудованном приточно-вытяжной вентиляцией относительной влажности 50% в зимний период, необходимо испарять в сутки около 42 литров воды!

Обращаем Ваше внимание, что при проведении расчетов не учитывается тот факт, что различные материалы (книги и другие изделия из бумаги, деревянная мебель и многое другое), находящиеся в помещении, поглощают значительное количество влаги из воздуха.

Летом, когда разница между температурой на улице и в помещении обычно не очень велика, влажность в помещении может быть достаточно высокой. Однако при этом также необходимо учитывать разность температур между улицей и помещением. Часто может наблюдаться ситуация, когда помещение с солнечной стороны прогревается до +30 градусов и выше, а на улице температура +17…+18°С, или противоположная ситуация, когда на улице на солнце температура может достигать +35°С, а в полуподвальном помещении прохладно (те же +18°С) и при этом, естественно, более влажно, чем на улице.

Следует также помнить, что любой прибор (и в том числе ИВТМ-7) измеряет влажность непосредственно в месте расположения измерительного зонда. В то же время, даже в небольшом по размерам помещении влажность в различных точках может существенно отличаться (до 20 — 30%). Это происходит из-за уже упомянутых локальных источников влаги (или её поглотителей) и существованияслабых конвекционных потоков (сквозняки и т. п.).

Сравним данные, полученные расчетным путем, с показаниями термогигрометров серии ИВТМ-7 за период с 01.12.2008 по 31.01.2009г.

1. Место проведения измерений: офис АО «ЭКСИС» и территория, прилегающая к зданию ОАО «Технопарк-Зеленоград».

2. Регистрируемые параметры:

— относительная влажность (%);

— температура (°С).

3. Используемые контрольно-измерительные приборы:

Сетевой восьмиканальный термогигрометр ИВТМ-7/8РМК-16А производит измерения температуры и относительной влажности воздухав офисе и на улице.

Использование стационарного прибора позволяет проводить измерения в удаленных местах (до 1000 метров) без ухудшения метрологических характеристик. Результаты измерений выводятся на индикаторе измерительного блока прибора, который располагается на пункте контроля.

Регистрация данных производится в автоматическом режиме с помощью программы NCServer.

Для измерения параметров микроклимата в производственных помещениях и офисе используются преобразователи ИПВТ-03-01 («минимикрофон»).

Для измерения параметров микроклимата на улице используется преобразователь ИПВТ-03-14 (класс защиты IP54).

Размещая преобразователь на улице, наши специалисты позаботились о его защите от влияния прямых солнечных лучей, осадков и других неблагоприятных факторов, влияющих на чувствительный элемент. Преобразователь помещен  в специальный защитный экран.

Приборы серии ИВТМ-7 внесены в Государственный реестр средств измерений РФ под № 15500-12 и проходят периодическую ежегодную поверку.

4.  Запись параметров микроклимата производится непрерывно с 2008 года.

5.  Принцип действия термогигрометров серии ИВТМ-7.

Измерение относительной влажности производится с помощью сорбционно-емкостного сенсора. Принцип работы чувствительного элемента относительной влажности основан на зависимости диэлектрической проницаемости влагочувствительного слоя от влажности окружающей среды. В качестве влагочувствительного слоя использован полимерный материал. Для измерения температуры используется платиновый термометр сопротивления, выполненный по пленочной технологии. Кроме основной функции – измерения температуры, платиновый термометр задействован в системе компенсации изменений показаний влажности при различных температурах.

Чувствительные элементы относительной влажности и температуры установлены на конце зонда и закрыты металлическим или фторопластовым колпачком, обеспечивающим защиту их от механических повреждений и свободный доступ анализируемой среды.

6.  Результаты измерений и их интерпретация.

На графике 1 представлены результаты изменений относительной влажности и температуры на улице рядом со зданием ОАО “Технопарк-Зеленоград” в зимний период (декабрь- январь).

Влажность воздуха зимой и летом

График 1

Как мы видим, на графике 1 относительная влажность воздуха на улице в декабре-январе колебалась в диапазоне от 80 до 100% (с несколькими минимальными значениями до 60%), а температура – от −20 до +10°С.

Используя программу пересчета влажности, рассчитаем значения относительной влажности и температуры в помещении.

В области исходных условий задаем средние значения параметров за указанный период:

— температура: — 5°С;

— относительная влажность воздуха: 95%;

— давление, предположим: 1 атм.

В области заданий условий пересчета введем параметры воздуха, соответствующие отапливаемому помещению:

— температура: +25°С;

— давление: 1 атм.

В столбце получаемых результатов пересчета мы видим, что относительная влажность воздуха в отапливаемом помещении будет соответствовать 12,64%. Также можем видеть результаты пересчета других параметров.

Влажность воздуха зимой и летом

Сравним полученные данные с результатами изменений относительной влажности и температуры прибором ИВТМ-7/8Р-МК-16А в помещении АО «ЭКСИС» в зимний период (декабрь-январь).

Влажность воздуха зимой и летом

График 2

На графике 2 влажность воздуха в офисе менялась в диапазоне от 10 до 32% с несколькими максимальными пиками, которые связаны с проведением влажной уборки в помещениях.

Период зимних каникул с 1 по 11 января характеризуется снижением температуры в офисе с +28/+30 до +18°С, а влажности с 16 до 11%.

Средние значения параметров за два месяца:

Относительная влажность: 21,3%

Температура: 24,9°С

Вывод: как мы видим, фактические значения относительной влажности превышают рассчитанные при помощи специализированной программы. Это можно объяснить наличием в помещениях зеленых растений, которые регулярно поливаются; существенным количеством сотрудников, выдыхающих влажный воздух; еженедельным проведением влажной уборки и рядом других факторов.Но в целом, значения относительной влажности 21,3% не соответствуют значениям, указанным в нормативных документах:

1. СанПиН 2.2.4.548–96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений.

2. ГОСТ. ССБТ. 12.1.005–88. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

Таблица 1. Оптимальные нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в жилых, общественных, административных помещениях.

Период года
  теплый   холодный и переходный  
  Температура, °С   23—25   20—22
  Относительная влажность, %   60—30   45—30
  Скорость движения воздуха, м/с     Не более 0,25     Не более 0,1—0,15

Для оптимизации рабочих условий в помещениях желательно установить системы принудительного увлажнения.

Источник: www.eksis.ru

Ещё одно важное понятие – точка росы. Это температура, при которой воздух с фиксированными значениями абсолютной влажности и давления достигает значения относительной влажности 100 %. При дальнейшем снижении температуры пар начинает конденсироваться.

При увеличении температуры максимальное количество влаги, которое может впитать воздух значительно увеличивается. Ниже представлена температура и соответствующая максимальная абсолютная влажность:

Температура

Максимальное влагосодержание

– 25 °C 0,6 г воды / м3 воздуха
10°C 2,4 г воды / м3 воздуха
0°C 5,2 г воды / м3 воздуха
+ 10 °C 10,1 г воды / м3 воздуха
+ 23 °C 23,1 г воды / м3 воздуха

Если на улице – 10°C и относительная влажность воздуха 80 %, то его абсолютная влажность составляет 1,9 грамма на кубический метр воздуха. Этот воздух проникает в помещение через систему вентиляции, щели в окнах и открытые форточки. При этом он нагревается и расширяется, сохраняя прежнее влагосодержание, то есть при температуре в помещении + 23°C, его относительная влажность составляет всего 7 %.

dom_s_vlagoy.png

На самом деле, в помещениях всегда есть дополнительные источники влаги: люди, кухни, ванные комнаты, предметы интерьера. Таким образом, обычно влажность воздуха в помещениях зимой составляет порядка 15 % и ниже, если в доме установлена принудительная вентиляция.

При такой влажности вода интенсивно испаряется с поверхности, а мы ощущаем сухость воздуха при вдыхании и своей кожей.

Источник: www.universe-humidifier.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.