Влагосодержание воздуха от температуры. Относительная влажность воздуха

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 – это масса водяного пара, содержащаяся в одном кубическом метре воздуха. Единица измерения абсолютной влажности - г/м3. Относительная влажность 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 расчета значений 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 (м 3), 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 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 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:

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 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 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 . 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

Дата создания: 2014/01/08

Температура

Под микроклиматом помещения понимается совокупность теплового, воздушного и влажностного режимов в их взаимосвязи. Основное требование к микроклимату - поддержание благоприятных условий для людей, находящихся в помещении.

В результате протекающих в организме процессов обмена веществ освобождается энергия в виде теплоты. Эта теплота путем конвекции, излучения, теплопроводности и испарения должна быть передана окружающей среде, поскольку организм человека стремится к сохранению постоянной температуры (36,6ºС). Поддержание постоянной температуры организма обеспечивает физиологическая система терморегуляции. Для нормальной жизнедеятельности и хорошего самочувствия у человека должен быть тепловой баланс между теплотой, вырабатываемой организмом и теплотой, отдаваемой в окружающую среду. При обычных условиях более 90% вырабатываемой теплоты отдается окружающей среде (половина теплоты - излучением, четверть - конвекцией, четверть - испарением) и менее 10% теплоты теряется в результате обмена веществ.

Интенсивность теплоотдачи человека зависит от микроклимата помещения, характеризующегося температурой внутреннего воздуха, радиационной температурой помещения, скоростью движения и относительной влажностью воздуха. Сочетания этих параметров микроклимата, при которых сохраняется тепловое равновесие в организме человека и отсутствует напряжение в его системе терморегуляции, называют комфортными или оптимальными. Наиболее важно поддерживать в помещении в первую очередь благоприятные температурные условия, так как подвижность и относительная влажность воздуха имеют, как правило, несущественные колебания. Зоны комфортных сочетаний tВ и еR для гражданских зданий в холодный и теплый периоды года. Кроме оптимальных различают допустимые сочетания параметров микроклимата, при которых человек ощущает небольшой дискомфорт.

Часть помещения, в которой человек находится основное рабочее время, называют обслуживаемой или рабочей зоной. Комфорт должен быть обеспечен, прежде всего, в этой зоне.

Тепловые условия помещения зависят главным образом от его температурной обстановки, которую принято характеризовать двумя условиями комфортности. Первое условие комфортности температурной обстановки определяет такую область сочетаний температур, при которых человек, находясь в центре рабочей зоны, не испытывает перегрева, ни переохлаждения.

Для спокойного состояния человека tВ=21…23ºС, при легкой работе - 19…21ºС, при тяжелой - 14…16ºС.

Второе условие комфортности определяет допустимые температуры нагретых и охлажденных поверхностей при нахождении человека в непосредственной близости от них. Во избежание недопустимого перегрева или переохлаждения головы человека, поверхности потолка и стен могут быть нагреты до допустимой температуры. Температура холодного пола зимой может быть лишь на 2-2,5ºС ниже температуры воздуха помещения вследствие большой чувствительности ног человека к переохлаждению, но не выше 22-34ºС в зависимости от назначения помещений. Температура в жилых помещениях должна быть не ниже 18◦ С, а в угловых комнатах - не ниже 20◦С. Температура для учебных помещений не должна быть ниже 16-18 ◦С для спортивного зала - 16◦С; для рекреаций, коридоров, лестничных пролетов, столовых - 14◦С. Относительная влажность воздуха в комнатах и школьных помещениях должна составлять 40-60%, а его подвижность - от 0,1 до 0,15 м/с.

Для хорошего самочувствия и здоровья необходимо, чтобы относительная влажность была в пределах от 40 до 60%. Оптимальная влажность составляет 45%.Однако в наших домах и школах в зимние месяцы она часто не превышает 10 или 20%. С началом отопительного сезона влажность воздуха в помещениях значительно снижается. Такие условия вызывают быстрое испарение и высыхание слизистой оболочки носа, гортани, легких, что приводит к простудным и другим заболеваниям. Для ее поддержания в это время в комнате площадью 15-18 кв.м должно испариться в сутки не менее 1 литра воды. Высокая влажность также при любой температуре плохо влияет на здоровье человека. Она может возникнуть из-за больших комнатных растений или нерегулярного проветривания. При более высокой температуре предпочтительна влажность около 20%.

Влажность воздуха

Воздух - неотъемлемая часть в жизни каждого человека - это один из источников жизни. Человек не может жить без воздуха. А что такое воздух, из чего он состоит и как влияет на человека? Атмосферный воздух представляет собой смесь различных газов и водяного пара. Важное значение для человека наряду с температурой и давлением атмосферы имеет количество в ней водяных паров. Влияние влажности воздуха на жизнедеятельность человека Какая влажность лучше?

Сухой воздух не на пользу. Сухой воздух действует на кожу как губка, вытягивая из нее влагу, то есть попросту сушит кожу, отсюда быстрее образуются морщины. Излишне сухой воздух с относительной влажностью менее 40% делает сухими слизистые оболочки легких и носоглотки, увеличивая риск инфекций и кровотечений. Возникают неприятные ощущения сухости во рту и в горле, образуются глубокие трещины губ, снижаются защитные функции верхних дыхательных путей.

Повышенная влажность (выше 70%) также отрицательно влияет на организм человека, как при высоких, так и при низких температурах. При высокой температуре воздуха и повышенной влажности человек сильно потеет, но испарения влаги с поверхности тела не происходит, что приводит к перегреву организма и “тепловому удару”. При низких температурах повышенная влажность воздуха, наоборот, приводит к сильному охлаждению организма, так как во влажном воздухе резко увеличиваются потери энергии путем конвекции и теплопроводности. Влажный воздух в помещении создает идеальные условия для роста плесени и размножения, так называемых пылевых клещей, что может вызывать аллергию у лиц, склонных к этим заболеваниям. Влажность воздуха, существенно влияя на теплообмен организма с окружающей средой, имеет большое значение для жизнедеятельности человека.

Люди весьма восприимчивы к влажности. От нее зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи. А испарение влаги имеет большое значение для поддержания температуры тела постоянной. При высокой влажности, особенно в жаркий день, испарение влаги с поверхности кожи уменьшается и поэтому затрудняется терморегуляция человеческого организма. В воздухе с большой относительной влажностью испарение замедляется и охлаждение незначительно. Жара труднее переносится при высокой влажности воздуха. В этих условиях затруднен отвод тепла за счет испарения влаги. Поэтому возможен перегрев тела, нарушающий жизнедеятельность организма. Для оптимального теплообмена человеческого организма при температуре 20-25 С наиболее благоприятна относительная влажность порядка 50%.

При низкой температуре и высокой влажности воздуха повышается теплоотдача и человек подвергается большему охлаждению. При высокой температуре и высокой влажности воздуха теплоотдача резко сокращается, что ведёт к перегреванию организма, особенно при выполнении физической работы. Высокая температура легче переносится, когда влажность воздуха понижена. Так, при работе в горячих цехах оптимальное влияние на теплообмен и самочувствие оказывает относительная влажность воздуха 20%. Наиболее благоприятной для человека в средних климатических условиях является относительная влажность воздуха 40-60%. Такая влажности, например, поддерживается в космических кораблях.

Для устранения неблагоприятного влияния влажности воздуха в помещениях применяют вентиляцию, кондиционирование воздуха и др. Так как в течение учебного года ученикам приходится больше времени проводить в школе, то не маловажную роль играет состояние влажности в учебных кабинетах. Исходя из этого, мы решили узнать, отвечает ли санитарным нормам условия наших кабинетов. Измерения проводились в предметных кабинетах и в компьютерном классе.

Психрометр

Психрометр состоит из двух термометров. Резервуар одного из них остается сухим, и термометр показывает температуру воздуха. Резервуар другого окружен полоской ткани, конец которой опущен в воду. Вода испаряется, и благодаря этому термометр охлаждается. Чем больше относительная влажность, тем менее интенсивно идет испарение и тем меньше разность показаний термометра. При относительной влажности, равной 100%, вода вообще не будет испаряться и показания обоих термометров будут одинаковы. По разности температур термометров можно определить относительную влажность воздуха. Психрометрами обычно пользуются в тех случаях, когда требуется достаточно точное и быстрое определение влажности воздуха.

Оптимальные и допустимые параметры температуры и относительной влажностью воздуха в помещениях во всех учебных и дошкольных учреждениях

Оптимальные параметры:

• температуры 19 С, относительная влажность 62%;
• температура 20 С - относительная влажность 58%;
• температура 21 С - относительная влажность 55%.

Допустимые параметры:

• температура 18 С - относительная влажность 39%;
• температура 22 С - относительная влажность 31%.