Что характеризует абсолютная влажность воздуха

Молекулярная физика. Влажность воздуха.

Влажность воздуха — это содержание в воздухе водяного пара.

Окружающий нас атмосферный воздух вследствие непрерывного испарения воды с поверхности океанов, морей, водоемов, влажной почвы и растений всегда содержит в себе водяные пары. Чем больше водяных паров находится в определенном объеме воздуха, тем ближе пар к состоянию насыщения. С другой стороны, чем выше температура воздуха, тем большее количество водяных паров требуется для его насыщения.

В зависимости от количества водяных паров, находящихся при данной температуре в атмосфере, воздух бывает различной степени влажности.

Количественная оценка влажности.

Для того чтобы количественно оценить влажность воздуха, пользуются, в частности, поняти­ями абсолю­тной и относительной влажности.

Относительная влажность воздуха φ — это отношение абсолютной влажности воздуха ρ к плотности ρ₀ насыщенного пара при той же температуре. Относительную влажность выражают в процентах:

.

Концентрация пара связана с давлением (p₀ = nkT), поэтому относительную влажность можно определить как процентное отношение парциального давления p пара в воздухе к давлению p₀ насыщенного пара при той же температуре:

.

Под парциальным давлением понимают давление водяного пара, которое он производил бы, если бы все другие газы в атмосферном воздухе отсутствовали.

Если влажный воздух охлаждать, то при некоторой температуре находящийся в нем пар мож­но довести до насыщения. При дальнейшем охлаждении водяной пар начнет конденсироваться в виде росы.

Источник

Увлажнение воздуха: основные понятия

Air humidification: basic concepts

N. Kondrashin, engineer

Keywords: absolute humidity, relative humidity, psychrometric diagram, adiabatic air humidification, isothermal humidification

In the practice of designing and setting up ventilation and air conditioning systems and cold centers for buildings for various purposes, knowledge of the theoretical and practical foundations of issues related to air humidity is required. We bring to the attention of our readers an article on the basics of this section of air conditioning. The topic is supposed to be developed in the next issue of the magazine.

В практике проектирования и наладки систем вентиляции и кондиционирования воздуха и хладоцентров зданий различного назначения необходимы знания теоретических и практических основ вопросов, касающихся влажности воздуха. Предлагаем вниманию читателей статью об основах данного раздела кондиционирования воздуха. Развить тему предполагается в следующем номере журнала.

Увлажнение воздуха: основные понятия

В практике проектирования и наладки систем вентиляции и кондиционирования воздуха зданий различного назначения необходимо знание вопросов, относящихся к учету влажности воздуха. В 2004 году творческий коллектив НП «АВОК» в составе М. Г. Тарабанова, В. Д. Коркина и В. Ф. Сергеева разработал справочное пособие «Влажный воздух», которое стало первой в отечественной практике попыткой систематизировать определения и расчетные зависимости основных параметров влажного воздуха и привести их в соответствие с международными стандартами. В 2012 году издательство «АВОК-ПРЕСС» выпустило книгу М. Г. Тарабанова «Кондиционирование воздуха», в которой много внимания уделено i-d-диаграмме влажного воздуха. Данной теме посвящен и ряд публикаций в журнале «АВОК». Однако, вопросы, относящиеся к учету влажности воздуха, по-прежнему требуют пристального внимания специалистов. Предлагаем вниманию читателей статью об основах раздела «Влажный воздух». Развить тему предполагается в следующем номере журнала.

Абсолютная и относительная влажность

Влажность воздуха характеризуют два основных параметра – абсолютная и относительная влажность. При разных температурах воздух может поглощать разное количество влаги: чем выше температура, тем больше влаги может содержаться в воздухе. Абсолютная влажность описывает точное количество влаги, содержащейся в воздухе в граммах воды на килограмм воздуха. Относительная влажность показывает, какое количество влаги относительно максимально возможного для этой температуры содержится в воздухе. Поэтому летом при температуре +25 °C и относительной влажности 30 % в воздухе присутствует значительно больше влаги, чем зимой при температуре –5 °C и относительной влажности 80 %. Нагревание воздуха приводит к уменьшению его относительной влажности, при этом значение абсолютной влажности остается тем же самым.

Для каждого значения давления существует определенная точка, при которой воздух становится неспособным поглотить большее количество влаги. Эта температура называется температурой насыщения, или точкой росы. Если понизить температуру воздуха ниже точки росы, из воздуха начинает выпадать конденсат. Предположим, что у нас есть закрытый сосуд, температура воздуха в котором составляет +20 °C. Абсолютная влажность этого воздуха составляет 10 г/кг, а относительная влажность – 70 %. На основе этих данных можно определить по психрометрической диаграмме, что при снижении температуры воздуха на 6 °C или повышении абсолютной влажности на 5 г/кг воздух достигнет точки росы, а стенки сосуда с внутренней стороны запотеют – на них появится конденсат.

Психрометрическая диаграмма (диаграмма Молье)

Линии, соответствующие постоянному значению удельной энтальпии h, проходят слева направо и сверху вниз. Линии, обозначающие постоянное влагосодержание x, располагаются вертикально. Горизонтальная ось, на которую нанесены значения влагосодержания х, не проходит через начало координат – так диаграмма становится более наглядной. В качестве второй оси абсцисс можно использовать кривую парциального давления водяного пара, которое зависит только от влагосодержания x и давления воздуха p. На проходящие под наклоном вниз линии нанесены значения удельной энтальпии h. На диаграмме также показаны кривые относительной влажности. Чтобы определять изменения параметров было проще, на диаграмму могут быть нанесены дополнительные линии (Δh/Δx), например для отслеживания изменений при паровом увлажнении воздуха. Изотермы проходят в области ненасыщенного воздуха с небольшим наклоном. После точки насыщения (относительная влажность = 1) линии направлены вниз, поскольку при достижении максимального паросодержания дополнительная вода может присутствовать в воздухе только в жидкой фазе в виде небольших капель (тумана). В зоне тумана изотерма отличается от проходящей через точку насыщения изоэнтальпы (линии постоянной энтальпии) только на небольшое значение энтальпии, вносимое влагой в виде тумана. В области ненасыщенного воздуха проходят кривые постоянной относительной влажности, равномерно разделенные соответствующими изотермами в диапазоне от 0 до 1. На диаграмме видно, что относительная влажность всегда снижается при нагревании воздуха, если влагосодержание x при этом остается постоянным.

Нагрев при постоянной абсолютной влажности

Нагрев воздуха осуществляется при сохранении количества содержащегося в нем водяного пара. При этом энтальпия воздуха увеличивается, а относительная влажность воздуха снижается (именно это имеют в виду, когда говорят «отопление сушит воздух»). В российских условиях нагрев воздуха – обязательная функция большинства вентиляционных агрегатов, поэтому в течение всего отопительного сезона вентиляционные установки подают в помещения свежий воздух с комфортной температурой, но низкой относительной влажностью.

Адиабатическое увлажнение воздуха (распыление или испарение воды)

Если распыление или испарение воды осуществляется без подвода тепла, то затрачиваемая на испарение энергия забирается из окружающего воздуха, и воздух охлаждается. Так как процесс охлаждения проходит в адиабатических условиях, т. е. без потерь тепла и подвода его извне, он называется адиабатическим охлаждением. На психрометрической диаграмме точное направление, в котором происходит процесс охлаждения во время увлажнения, может быть определено на основе характеристики (Δh/(Δx. Расчет характеристики (Δh/(Δx: (Δh = изменение энтальпии, кДж/кг; (Δx = изменение влагосодержания, г/кг.

Принцип адиабатического увлажнения используют системы увлажнения различных типов: ультразвуковые, оросительные (сотовые), форсуночные низкого и высокого давления. Системы различных типов имеют свои особенности и ограничения для применения.

Изотермическое увлажнение (увлажнение с помощью пара)

Если увлажнение воздуха осуществляется паром, то температура, как правило, остается неизменной, поскольку водяной пар не обменивается энергией с воздухом – подведения теплоты для испарения воды уже не требуется. Расчет характеристики (Δh/(Δx выполняется так же, как и в предыдущем случае.

Изотермическое увлажнение воздуха на практике осуществляется в паровых увлажнителях (парогенераторах) с электродным или резистивным нагревом воды. Выбор технологии нагрева в основном зависит от параметров используемой воды.

Увлажнение воздуха: зачем оно нужно?

Большинство людей чувствует себя наиболее комфортно при температуре от +20 до +22 °C и относительной влажности от 40 до 60 %. Если значение относительной влажности опускается ниже 30 %, как это случается в отопительный сезон, начинаются проблемы: сухой воздух стремится поглотить как можно больше влаги, которую он забирает из окружающей среды, в том числе и из находящихся в ней людей. В результате может появиться кожный зуд, жжение в глазах, головная боль и общая усталость – так проявляется обезвоживание.

Сухой воздух вызывает пересыхание слизистых оболочек дыхательных путей и глаз, нарушая их нормальную работу. В результате пыли и болезнетворным микроорганизмам становится проще проникнуть через естественный защитный барьер, что приводит к нарушению нормального функционирования органов дыхания и повышению риска вирусных заболеваний. По данным научных исследований, чтобы снизить риск заражения и вероятность проявления болезненных симптомов до минимально возможного уровня, следует поддерживать влажность воздуха на уровне 40–60 %. Кроме того, падение уровня относительной влажности ниже 35 % приводит к пересыханию одежды, ковров, мебели и других находящихся в помещении предметов, а это способствует усиленному образованию пыли. В сухом воздухе все виды пластиков накапливают электрический заряд, который притягивает еще больше частиц пыли.

Влажность гигроскопичных материалов стремится к равновесию с влажностью окружающего воздуха: после прекращения увлажнения предметы интерьера в помещениях начнут отдавать влагу обратно воздуху. Если в помещении находятся произведения искусства, музыкальные инструменты, мебель или паркет из ценных пород дерева, такое колебание влажности может привести к их растрескиванию и порче, поэтому необходимо не только создать правильную влажность, но и автоматически поддерживать ее, чтобы ни колебания температуры, ни изменения влажности наружного воздуха не могли повлиять на изменение влажности в помещении.

Поделиться статьей в социальных сетях:

Источник

Физика. 10 класс

§ 10. Влажность воздуха

В ежедневных сводках погоды наряду со значениями температуры воздуха и атмосферного давления, как правило, называют значение относительной влажности воздуха. Почему влажность воздуха влияет на жизнедеятельность человека?

Влажность воздуха. Воздух, содержащий водяной пар, называют влажным воздухом. Основными количественными характеристиками такого воздуха являются его абсолютная и относительная влажности.

Абсолютная влажность ρ_п воздуха — физическая величина, равная плотности водяного пара, находящегося в воздухе при данных условиях.

Поскольку атмосферный воздух представляет собой смесь различных газов (азот, кислород, углекислый газ и др.) и водяного пара, то атмосферное давление определяется суммой парциальных давлений компонентов сухого воздуха и водяного пара. Используя уравнение Клапейрона–Менделеева, плотность пара можно определить через его парциальное давление :

где — молярная масса воды; — температура воздуха.

Зная только плотность пара, нельзя судить о степени влажности воздуха. Ведь при одном и том же значении плотности пар может быть как близок к насыщению, так и далёк от него. Оказывается, чем ниже температура, тем ближе пар к насыщению. А ведь именно от этого зависит интенсивность испарения воды и потеря влаги живыми организмами. Вот почему вводят вторую характеристику влажности воздуха — относительную влажность, которая показывает, насколько водяной пар при данной температуре далёк от насыщения.

Относительная влажность φ воздуха — физическая величина, равная отношению абсолютной влажности ρ_п к плотности ρ_н насыщенного водяного пара при данной температуре.

Обычно относительную влажность выражают в процентах:

Чем ниже относительная влажность воздуха, тем интенсивнее испаряется вода. При относительной влажности воздуха водяной пар становится насыщенным и оказывается в динамическом равновесии со своей жидкостью. В этом случае процессы испарения и конденсации идут с одинаковой скоростью.

Поскольку плотность пара и его парциальное давление связаны соотношением (10.1), то относительную влажность можно определить как отношение парциального давления водяного пара, находящегося в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенного пара при той же температуре:

Таким образом, относительная влажность зависит не только от абсолютной влажности, но и от температуры воздуха.

Докажите, что относительная влажность воздуха резко уменьшается при возрастании температуры.

Значения давления и плотности насыщенного водяного пара при различных температурах приведены в таблице 1.

1. Водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным при значении температуры t₁ = 6,0 °С. Какой будет его относительная влажность, если температура воздуха поднимется до t₂ = 10 °С; t₃ = 16 °С; t₄ = 24 °С; t₅ = 30 °С; t₆ = 50 °С? Сделайте вывод, как изменяется относительная влажность воздуха при увеличении температуры.

2. Как правило, мы чувствуем себя комфортно, когда парциальное давление водяного пара при комнатной температуре (t = 20 °С) составляет примерно р_п = 1,1 кПа. Какова при этом относительная влажность воздуха?

Когда парциальное давление водяного пара в воздухе равно давлению насыщенного пара при той же температуре, говорят, что воздух насыщен водяными парами. Если же плотность водяного пара превышает плотность насыщенного пара, то пар в воздухе считают пересыщенным. Такое состояние является неустойчивым и заканчивается конденсацией.

Давление насыщенного пара уменьшается при понижении температуры (см. табл. 1). Из формулы (10.3) следует, что при одном и том же давлении водяного пара относительная влажность тем выше, чем ниже температура, и при некотором её значении может стать равной 100 %.

Температуру, при которой водяной пар в результате изобарного охлаждения становится насыщенным, называют точкой росы.

Если относительная влажность меньше 100 %, то точка росы всегда ниже температуры воздуха и тем ниже, чем меньше относительная влажность.

Какой должна быть точка росы, чтобы на деревьях появился иней?

Источник

Абсолютная влажность

Влажность — показатель содержания воды в физических телах или средах.

Содержание

Общие сведения

Влажность зависит от природы вещества, а в твёрдых телах, кроме того, от степени измельчённости или пористости. Содержание химически связанной, так называемой конституционной воды, например гидроокисей, выделяющейся только при химическом разложении, а также воды кристаллогидратной не входит в понятие влажности.

Единицы измерения и особенности определения понятия влажность

Эту величину не всегда можно точно измерить, т.к. в ряде случаев невозможно удалить всю неконституционную воду и взвесить предмет до и после этой операции.

Методы определения

Установление степени влажности многих продуктов, материалов и т. п. имеет важное значение. Только при определённой влажности многие тела (зерно, цемент и др.) являются пригодными для той цели, для которой они предназначены. Жизнедеятельность животных и растительных организмов возможна только при определённых границах влажности и относительной влажности воздуха. Влажность может вносить существенную погрешность в вес предмета. Килограммы сахара или зерна с влажностью 5% и 10% будет содержать разное количество сухого сахара или зерна.

Измерение влажности определяется высушиванием влаги и титрованием влаги по Карлу Фишеру. Эти способы являются первичными. Помимо них разработано множество других, которые калибруются по результатам измерений влажности первичными способами и по стандартным образцам влажности.

Влажность воздуха

Влажность воздуха — это величина, характеризующая содержание водяных паров в различных частях атмосферы Земли.

Влажность воздуха — содержание водяного пара в воздухе; одна из наиболее существенных характеристик погоды и климата.

Влажность воздуха в земной атмосфере колеблется в широких пределах. Так, у земной поверхности содержание водяного пара в воздухе составляет в среднем от 0,2% по объёму в высоких широтах до 2,5% в тропиках. Упругость пара в полярных широтах зимой меньше 1 мб (иногда лишь сотые доли мб) и летом ниже 5 мб; в тропиках же она возрастает до 30 мб, а иногда и больше. В субтропических пустынях упругость пара понижена до 5-10 мб.

f = (масса содержащегося в воздухе водяного пара)/(объем влажного воздуха)

Обычно используемая единица абсолютной влажности: (f) = г/м³

φ = (абсолютная влажность)/(максимальная влажность)

Относительная влажность обычно выражается в процентах. Эти величины связаны между собой следующим отношением:

Относительная влажность очень высока в экваториальной зоне (среднегодовая до 85% и более), а также в полярных широтах и зимой внутри материков средних широт. Летом высокой относительной влажностью характеризуются муссонные районы. Низкие значения относительной влажности наблюдаются в субтропических и тропических пустынях и зимой в муссонных районах (до 50% и ниже).

С высотой влажность быстро убывает. На высоте 1,5-2 км упругость пара в среднем вдвое меньше, чем у земной поверхности. На тропосферу приходится 99% водяного пара атмосферы. В среднем над каждым квадратным метром земной поверхности в воздухе содержится около 28,5 кг водяного пара.

Литература

Усольцев В. А. Измерение влажности воздуха, Л., 1959.

Величины измерения влажности газа

Для обозначения содержащейся в воздухе влаги используются следующие величины:

Источник