Dalszy ciąg rozważań o wilgoci – zjawisku powszechnym i raczej niepożądanym w obiektach budowlanych. W tej części autor wyjaśnia pojęcia wilgotności względnej i bezwzględnej oraz obrazowo przedstawia mechanizm pojawiania się rosy albo szronu.
Schemat pozbywania się wilgoci
Jak to jest z tą wilgocią?
Można by rzec, że w obecnych czasach wilgoć jest pojęciem nieco wirtualnym. Nie można jej wziąć do ręki. Można natomiast paść jej ofiarą.
Co to jest wilgoć? Otóż jest to popularne określenie na wodę zawartą w powietrzu w formie pary lub w porach substancji porowatych albo na powierzchni ciał stałych. Z wilgocią ściśle związane jest pojęcie wilgotności, które z kolei da się określić precyzyjnie w postaci konkretnej wartości liczbowej. Zanim te liczby padną, pozwolę sobie na pewne uogólnienie na temat wilgoci i wilgotności. Otóż wilgoć, a więc woda zawarta w powietrzu, jest wszechobecna. Woda zajmuje przecież siedemdziesiąt procent powierzchni Ziemi i nieustannie paruje. Woda zawarta w powietrzu uwidacznia się na przykład jako chmury, mgła, para nad czajnikiem albo para na lustrze po gorącym prysznicu. O powietrzu można więc powiedzieć, że jest bardziej czy mniej wilgotne. I tutaj pojawia się pewna cecha gazów (powietrze to też gaz).
Eksperyment
Maksymalna ilość pary wodnej w powietrzu jest ograniczona i zależy od temperatury. Innymi słowy, im powietrze jest cieplejsze, tym więcej wilgoci jest w stanie wchłonąć. I na odwrót, im temperatura niższa, tym mniej wilgoci powietrze wchłonie. Jak można się o tym przekonać? W czasie przygotowywania obiadu, gdy zajęte są wszystkie palniki lub płytki na kuchni, otwórz lodówkę i zostaw ją tak na minutę albo dwie. Do wychłodzonej lodówki napłynie ciepłe i wilgotne powietrze z kuchni. Teraz zamknij lodówkę i otwórz ją po upływie kilkunastu minut. Dotknij wewnętrznych ścianek – najprawdopodobniej będą pokryte rosą lub szronem. To jest właśnie dowód na to, że przy obniżaniu się temperatury powietrze (tu: w lodówce) pozbywa się wilgoci, która ujawnia się w postaci mgły, rosy lub szronu. (Uwaga: w nowoczesnej chłodziarce typu „no frost” doświadczenie może się nie udać.) Graniczna ilość pary wodnej, jaką może wchłonąć powietrze w danej temperaturze łatwo zaobserwować – to pojawienie się mgły. Ta mgła to woda, która w danej objętości powietrza i w danej temperaturze już się w nim nie zmieściła.
Prawdopodobnie czytasz ten tekst, Czytelniku, siedząc na krześle lub w fotelu. Wyobraź sobie, że zamykasz i uszczelniasz wszystkie okna i drzwi w pomieszczeniu, na środku salonu stawiasz małą kuchenkę elektryczną, na której w czajniku gotujesz wodę. Woda zaczyna się wygotowywać, a z dzióbka wylatują kłęby pary. Te kłęby w odległości ok. 1 metra od dzióbka nikną. Para rozchodzi się po pomieszczeniu. Dolewasz do czajnika wody i gotujesz dalej, a gdy się ta porcja wygotuje, znów dolewasz i gotujesz. W końcu zauważysz, że w pomieszczeniu jest mgiełka. No właśnie. Powietrze w pokoju nasyciło się wilgocią i więcej jej nie przyjmie w tej temperaturze, więc para wytrąca się w postaci mgły. Jak się tej mgły pozbyć? Zdejmij czajnik z kuchenki (czyli przerwij dostarczanie pary), ale kuchenki nie wyłączaj. Ciepło z kuchenki powoli podniesie temperaturę w pomieszczeniu i mgła zniknie. Teraz wyłącz ją – temperatura we wnętrzu zaczyna spadać. Po pewnej chwili mgiełka pojawi się ponownie. Jeśli temperatura nadal będzie spadać, to mgiełka zgęstnieje i zaczną rosić się ściany.
To oczywiście pewne uproszczenie dla potrzeb artykułu i lepiej nie próbować praktycznego przebiegu eksperymentu i nie uszczelniać drzwi i okien taśmą klejącą, bo grozi to uduszeniem lub co najmniej zawrotami głowy.
Zjawisko roszenia przy spadku temperatury, a więc pozbywania się wilgoci przez powietrze, można też zaobserwować błyskawicznie. Jak? Wyjmij butelkę zimnego napoju z lodówki i postaw na stole. Po chwili na szkle pojawią się kropelki wody (podobno dla niektórych to najmilszy widok).
Definicje
W naturze każda malownicza mgła o poranku to zjawisko pozbywania się przez chłodne powietrze nadmiaru wody. Gdy słońce nieco podniesie temperaturę, to mgła znika, bo znów jest wchłaniana przez ogrzane powietrze. Uważny czytelnik zapewne zaczął sobie zadawać pytanie, czy wiadomo, ile wody zmieści się w konkretnej objętości powietrza? Tak. Wiadomo i zaraz do tego przejdziemy.
Skoro omówiliśmy zjawisko na przykładach i „poczuliśmy”, o co z tą wilgocią chodzi, to teraz możemy już wprowadzić nazewnictwo, czyli definicje i wszystko doprecyzować.
Wilgotność bezwzględna to zawartość pary wodnej (w gramach) w jednym metrze sześciennym powietrza. Czyli wilgotność bezwzględna wyrażona jest w [g/m3].
Wilgotność bezwzględna maksymalna osiągana jest wtedy, gdy w powietrzu o danej temperaturze nie zmieści się już więcej pary wodnej. Innymi słowy, gdy powietrze w danej temperaturze maksymalnie nasyci się parą wodną. Ta wilgotność bezwzględna maksymalna nazywana jest też wilgotnością nasycenia. Ponieważ - jak już wiemy – wilgotność nasycenia zależy od temperatury, to wprowadzono jeszcze pojęcie wilgotności względnej. Wilgotność względna to stosunek wilgotności bezwzględnej do wilgotności bezwzględnej maksymalnej w danej temperaturze. Wartość wilgotności względnej wyrażana jest najczęściej w procentach.
Pozostało nam do zdefiniowania jeszcze jedno, bardzo istotne pojęcie. Uchwyćmy je na przykładzie. Załóżmy, że mamy pewną ilość ciepłego powietrza nienasyconego, czyli takiego, które zawiera jakąś nie maksymalną ilość pary wodnej. Ilość tę określmy jako X. Zacznijmy to powietrze schładzać. Jak wiemy, chłodniejsze powietrze ma mniejszą zdolność magazynowania wilgoci. Zatem schładzając je powoli, dochodzimy w pewnym momencie do temperatury, w której wilgoć w ilości X stanie się ilością graniczną, a nasze powietrze stanie się powietrzem nasyconym. Podczas dalszego schładzania powietrza jego zdolność wchłaniania wilgoci nadal spada. Jej nadmiar wytrąci się w postaci mgły. Sumaryczna ilość pary wodnej w postaci mgły oraz tej, która pozostała w schłodzonym powietrzu to wciąż X. Temperatura, przy której schładzane powietrze stało się powietrzem nasyconym to temperatura rosy lub punkt rosy. Od tego momentu powietrze zaczyna pozbywać się wilgoci. A ta właśnie, wytrącona w formie kropelek jest dla nas niebezpieczna.
Jestem jeszcze winien odpowiedź na postawione wcześniej pytanie: ile wilgoci zmieści się w powietrzu w danej temperaturze? Te wartości podane są w tabeli 1.
Co się stanie podczas ochładzania powietrza od temperatury 30ºC przy wilgotności względnej około 70% (parny letni dzień) do temperatury 10ºC (nagłe ochłodzenie i zimny front z Arktyki)? Na początku mamy powietrze nienasycone, które w każdym metrze sześciennym zawiera mniej więcej 21 g pary wodnej (ok. 70% z 30,3 g – p. tabela obok). Po wychłodzeniu do 10ºC straciło ono zdolność magazynowania wilgoci, przeszło przez punkt rosy i zawiera w metrze sześciennym tylko 9,4 g pary wodnej. A reszta? Pozostałe 11,6 g pary wodnej z każdego metra sześciennego wykropli się w postaci mgły czy rosy. To oczywiście bardzo uproszczony przykład dla zobrazowania zjawiska i jego skali. Poważne obliczenia wilgotnościowe są stosowane przez inżynierów budownictwa, projektantów wentylacji i klimatyzacji, konstruktorów sprężarek i turbin itp. Korzystają oni z wykresów Molliera, które w graficzny sposób przedstawiają zależności między temperaturą powietrza a jego wilgotnością (oraz paroma innymi parametrami, jak np. ciśnienie).
Cdn.
mgr inż. Przemysław Spych
Doradca techniczny
Monier Braas Sp. z o.o
