Расчет влагосодержания и относительной влажности по температуре и энтальпии

Если в доме слишком влажно

Простейший способ понизить влажность – регулярно проветривать помещение, открывать форточку, но есть и другие методы.

Высокая влажность в помещении

Чтобы привести характеристики влажности воздуха в норму, можно установить мощную вытяжку. Бороться с сыростью также помогают поглотители влаги. Раньше между двойными стеклами ставили рюмочки с солью. Соль поглощает воду, предотвращает запотевание окон. Сегодня вместо соли продаются специальные осушители. В них используются таблетки, забирающие воду из воздуха.

1. Для поддержания здорового микроклимата необходимо:
2. правильно обогревать здание или хотя бы отдельно взятую комнату;
3. следить за поддержанием оптимальной температуры;
4. не допускать порчи сантехники, протечки труб;
5. устанавливать вытяжку.

Для нормализации микроклимата иногда применяют вентиляторы. Особенно важна вентиляция во влажных помещениях, таких как бассейны, прачечные, оранжереи, бани, ванные комнаты. Вентилятор способствует притоку свежих воздушных масс

В теплых и насыщенных водяными парами помещениях быстро развивается плесень, бактерии, поэтому своевременно устранять сырость очень важно

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).

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).

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.

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.

Сушильный комплекс для древесины от АЛБ Групп

Компания АЛБ Групп производит сушильные комплексы АВМ для линий гранулирования и брикетирования древесных отходов.  Основной элемент комплекса – сушильный барабан АВМ, который за один прогон может снизить влажность древесины мелкой фракции с уровня 50% до требуемых 8-12%. Сушка происходит в следствии ворошения сырья в барабане и циркуляции в нем горячего воздуха. Работа барабана АВМ обеспечивается подключением теплогенератора или топочного блока, к комплексу подключается дымоуловитель и аспирационная система.

Модели АВМ 0,65 и 1,5 с производительностью до 1200 и 2500 кг в час являются наиболее востребованным оборудованием для сушки измельченной древесины. 

Узнайте больше о наших сушильных комплексах, позвонив по телефону+7 (831) 410-85-25  или оставив контактные данные в форме!

Зависимость влажности от температуры

Теперь рассмотрим изменение относительной влажности с температурой. Чем выше температура, тем меньше относительная влажность. Почему и как, рассмотрим на примере задачи.

Задача

В некотором сосуде пар становится насыщенным при . Какова будет его относительная влажность при , , ?

Поскольку речь идет о паре в сосуде, то объем пара остается неизменным при изменении температуры. Кроме этого, нам необходима таблица зависимости давления и плотности насыщенного пара от температуры (табл. 2).

Табл. 2. Зависимости давления и плотности насыщенного пара от температуры

Решение:

Из текста вопроса ясно, что при , , ведь именно при этом значении пар становится насыщенным, т. е. из определения относительной влажности мы имеем:

В числителе стоит плотность имеющегося в сосуде водяного пара, а в знаменателе находится плотность отсутствующего в сосуде насыщенного пара при той же температуре. Что будет происходить с величиной влажности при увеличении температуры? Числитель, с учетом замкнутости сосуда, изменяться не будет. Действительно, поскольку не происходит конденсации и нет обмена веществом с внешним миром, то масса пара, а вместе с ней и его плотность, сохранят свои значения. А знаменатель, как мы знаем из прошлого урока, растет с температурой, поэтому относительная влажность будет уменьшаться. Плотность пара в сосуде при  можно вычислить из приведенной формулы:

Эту же плотность пар будет иметь и при всех остальных температурах. Следовательно, для вычисления влажности нам будет достаточно знать значение плотности насыщенного пара при всех заданных температурах, и мы сразу можем получить ответы. Значение плотности насыщенного пара возьмем из таблицы. Подставляя поочередно значения в формулу для влажности, получим такие ответы:

Ответ: 

.

Пример решения типичной задачи на определение относительной влажности

При решении таких задач важно знать, что давление насыщенного пара зависит от температуры, но не зависит от объема. Условие задачи:

Условие задачи:

В сосуде находится воздух, относительная влажность которого при температуре  равна . Какой будет относительная влажность  после уменьшения объема сосуда в n раз (n = 3) и нагревания газа до температуры ? Плотность насыщенных водяных паров при температуре  равна .

Ход решения:

Из определения относительной влажности мы можем записать, что при температуре  абсолютная влажность, до сжатия, равна:

А после сжатия:

То есть при уменьшении объема  в  раз при постоянной массе  плотность  увеличивается в  раз.

При :

После сжатия масса влаги, приходящаяся на единицу объема сосуда, не только в виде паров, но и в виде сконденсировавшееся жидкости, если возникли условия для конденсации, будет равна:

При температуре  давление насыщенных водяных паров равно нормальному атмосферному давлению, мы об этом говорили на прошлом уроке, и составляет:

А их плотность, если воспользоваться уравнением Менделеева-Клапейрона, может быть рассчитана по формуле:

Где , т. к.  в сосуде будет ненасыщенный пар с относительной влажностью:

Выражая эту влажность в процентах, мы получим значение 2,9 %.

Ответ: .

Состояние воздуха по диаграмме

Для определения состояния воздуха необходимо знать всего лишь любые 2 показателя: например, температуру и влажность, влажность и энтальпию, температуру и влагосодержание и т. д. Ну возьмем, например, воздух с температурой 20°С и энтальпией 40 кДЖ/кг. Для определения остальных показателей необходимо найти точку пересекания линии соответствующей 20 °С и 40 кДж/кг. Далее для определения влагосодержания из точки А опускаем перпендикуляр. Перпендикуляр попал в точку между 5 и 10, потому можно предположить, что влагосодержание воздуха 8 г/кг.

Потом определяем влажность, точка А находится возле дуги со значением влажности 60%, потому допускаем что влажность воздуха 58%. Вот и определили параметры воздуха. Точно также и делаем на большой диаграмме, там просто больше линий и главное в них не заплутаться.

А теперь давайте перейдем непосредственно к построению процессов изменения состояния воздуха.

Как устранить сухость

В домах зимой наблюдается понижение влажности по причине применения отопительных приборов. Сухой микроклимат может установиться жарким летом, засушливой весной. Чтобы исправить ситуацию, в жилом помещении устанавливают емкость с водой, и по мере испарения подливают в нее воду.

Устраняет сухость аквариум, стоящий с открытой крышкой. Значительно повышает количество пара в воздухе кастрюля с кипящей водой. Поэтому на кухне бывает слишком душно, и там устанавливают вытяжки или открывают окно. Один из современных методов устранения сухости — применение увлажнителя воздуха.

В целом существует с десяток способов проконтролировать влажность воздуха и привести его в норму. Это создаст самые благоприятные условия для учебы, сна, занятий спортом, повысит работоспособность и улучшит самочувствие.

Удельные энтальпии сухого насыщенного водяного пара

и воды на линии насыщения

Продолжение приложения В

Приложение Г

(рекомендуемое)

Форма протокола измерений относительной влажности пара

УТВЕРЖДАЮ

_________________

должность

_________________

подпись, инициалы, фамилия

_________________

дата

ПРОТОКОЛ

измерений относительной влажности пара,

отпущенного ________________________________________________________

наименование потребителя

Продолжительность прогрева линии отбора пара, мин ___________

Продолжительность отбора пробы пара, с _________

Среднечасовое значение давления пара p, кгс/см2 (МПа) ___________

Представитель Представитель

потребителя поставщика

Приложение Д

(справочное)

Относительная влажность

Еще раз обсудим проблематику. Сделаем это на простом примере. Представьте себе, что в некотором транспортном средстве находится 20 человек. Много это или мало, т. е. вот эта абсолютная величина 20 человек? Естественно, что мы не сможем сказать, много это или мало, до тех пор пока не будем знать максимальную вместимость данного автомобиля или транспортного средства. 20 человек в легковой машине – это, естественно, много, это фактически невозможно, а 20 человек в большом автобусе не так уж и много. Аналогично и в случае с абсолютной влажностью, т. е. с парциальным давлением водяного пара, нам необходимо его с чем-то сравнивать. С чем же сравнивать это парциальное давление? Ответ нам подсказывает прошлый урок

Какое важное, особое значение есть у давления водяного пара? Это давление насыщенного водяного пара. Если мы будем сравнивать парциальное давление водяного пара при данной температуре с давлением насыщенного водяного пара при этой же температуре, мы сможем точнее охарактеризовать ту самую влажность воздуха

Чтобы охарактеризовать удаленность состояния пара от насыщения, ввели специальную величину, называемую относительной влажностью.

Относительной влажностью воздуха называют выраженное в процентах отношение давления  водяного пара, содержащегося в воздухе, к давлению  насыщенного пара при той же температуре:

Теперь ясно, что чем меньше относительная влажность, тем дальше тот или иной пар от насыщения. Так, например, если значение относительной влажности равно 0, то фактически водяного пара в воздухе нет. Т. е. у нас невозможна конденсация, а при значении относительной влажности 100 % весь водяной пар, который находится в воздухе, является насыщенным, т. к. его давление равно как раз давлению насыщенного водяного пара при данной температуре. Вот таким вот способом мы теперь точно определили, что же такое та самая влажность, значение которой нам каждый раз сообщают в прогнозах погоды.

Воспользовавшись уравнением Менделеева-Клапейрона, мы можем получить для относительной влажности альтернативную формулу, в которую входит теперь значение плотности водяного пара, содержащегося в воздухе, и плотность насыщенного пара при той же температуре.

 – давление и плотность пара;

 – давление и плотность насыщенного пара при данной температуре ;

 – универсальная газовая постоянная.

Формула относительной влажности:

 – плотность водяного пара, содержащегося в воздухе;

 – плотность насыщенного пара при той же температуре.

Влияние интенсивности испарения и конденсации воды на живые организмы

Люди очень восприимчивы к значению относительной влажности, от нее зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи. При высокой влажности, особенно в жаркий день, это испарение уменьшается, вследствие чего нарушается  нормальный теплообмен организма с окружающей средой. В сухом воздухе, наоборот, происходит быстрое испарение влаги с поверхности кожи, от чего высыхают, например, слизистые оболочки дыхательных путей. Наиболее благоприятной для человека является относительная влажность в интервале 40–60 %.

Важна также роль водяного пара в формировании погодных условий. Конденсация водяного пара приводит к образованию облаков и последующему выпадению осадков, что, безусловно, имеет значение для любых аспектов нашей жизни и для народного хозяйства. Во многих производственных процессах поддерживаются искусственные режимы влажности. Примером таких процессов являются ткацкие, кондитерские, фармацевтические цеха и многие другие

В библиотеках и музеях для сохранения книг и экспонатов также важно поддерживать определенное значение относительной влажности, поэтому в таких учреждениях во всех помещениях обязательно на стене висит психрометр – прибор для измерения относительной влажности

Для расчета относительной влажности, как мы только что убедились, нам необходимо знать значение давления или плотности насыщенного пара при данной температуре.

На прошлом уроке, изучая насыщенный пар, мы говорили об этой зависимости, однако ее аналитический вид весьма сложен, наших математических знаний еще не достаточно. Как же быть в этом случае? Выход очень прост: вместо записи этих формул в аналитическом виде, мы будем пользоваться таблицами значения давления и плотности насыщенного пара при данной температуре (табл. 1). Эти таблицы есть как в учебниках, так и в любом справочнике технических величин.

Табл. 1. Зависимость давления и плотности насыщенного водяного пара от температуры

Гигрометрический метод

Гигрометрический метод основан на эффекте изменения длины нити из того или иного гигроскопического материала (обезжиренные волосы, капроновая нить и др.) при изменении влажности окружающего воздуха. Приборы, реализующие этот метод, получили название гигрометров. Чем суше воздух, тем короче становится чувствительный элемент прибора (нить, связанная системой рычагов со стрелкой, указывающей текущее значение относительной влажности φ на градуированной шкале). Распространение получили волосные гигрометры типа МВ-1 и МВК, пленочные М-39 и др.

Психрометрический и гигрометрический – это практические методы определения влажности воздуха. Также существует ещё два метода определения влажности воздуха – это дистанционное измерение и массовый метод, рассмотрим их подробнее.

Оптимальная влажность грунта

От влажности грунта зависят его другие характеристики: в первую очередь его несущая способность. У всех грунтов с повышением влажности несущая способность уменьшается, исключение составляют только крупнообломочные породы и крупный гравелистый песок. Однако высушить весь грунт на строительной площадке, чтобы повысить его несущую способность, невозможно, поэтому влажность грунта надо принимать как данность и просто делать поправку на уменьшение несущей способности грунта.

Для работ по уплотнению грунта влажность так же важна, но в этом случае есть возможность её изменить. Когда готовится песчаная подушка под фундамент или делается обратная засыпка песком или глиной, засыпаемый грунт можно как подсушить, так и увлажнить. Обычно приходится увлажнять грунт, чтобы повысить его пластичность; это ускоряет его уплотнение.

Зависимость максимальной плотности грунта от влажности.

Точное значение оптимальной влажности для конкретного грунта определяют в лабораториях методом стандартного уплотнения: грунт испытывают при разной влажности и определяют при каком её значении достигается максимальное уплотнение. Это и есть оптимальная влажность для грунта.

Ориентировочные значения оптимальной влажности для основных типов грунта приведены в таблице:

К этой статье есть подборка видео (количество видеороликов: 1)

Читайте так же:

При подготовке основания для фундаментов и обратной засыпке пазух грунт нужно уплотнять.

Трамбовка – это самый доступный и простой в технологическом плане способ уплотнения грунта при подготовке оснований фундамента и при обратной засыпке фундамента.

Коэффициент уплотнения грунта – это безразмерный показатель, исчисляющийся как отношение плотности грунта к его максимальной плотности и показывает насколько хорошо уплотнён грунт.

Капиллярные явления возникают на границе двух сред – жидкости и газа – и приводят к искривлению поверхности жидкости, делая её выпуклой или вогнутой. В этой статье речь пойдёт о том, как возникает капиллярный эффект в случае воды вообще, и в частности, как проявляется капиллярное поднятие влаги в грунте.

Грунтовые воды – это первый от поверхности земли подземный водоносный слой, который залегает выше первого водоупорного слоя. Они оказывают негативное воздействие на свойства грунта и фундаменты домов, уровень грунтовых вод необходимо знать и учитывать при заложении фундамента.

Несущая способность грунтов – это его основанная характеристика, которую необходимо знать при строительстве дома, она показывает какую нагрузку может выдержать единица площади грунта. Несущая способность определяет, какой должна быть опорная площадь фундамента дома: чем хуже способность грунта выдерживать нагрузку, тем больше должна быть площадь фундамента.

Определение влажности грунта

Определить естественную влажность грунта достаточно просто, это можно сделать самостоятельно. Для этого потребуются только весы для взвешивания грунта в естественном и высушенном состоянии.

Первым дело надо выкопать немного исследуемого грунта и взвесить его в естественном влажном состоянии. Получаем некоторую масса m. Затем его надо высушить: для этого его надо разрыхлить, чтобы влага могла испаряться из него, а чтобы ускорить процесс – нагреть, например на сковородке. После того, как грунт полностью просохнет и вся вода из него испарится, его нужно опять взвесить. Это будет масса сухого грунта m_грунта. Массу влаги получаем вычитанием из общем первоначальной массы m массы сухого грунта m_грунта:

m_влаги = m – m_грунта

А затем по формуле, указанной выше, вычисляем влажность грунта.

Относительная влажность

Эквивалентное определение — отношение массовой доли водяного пара в воздухе к максимально возможной при данной температуре. Измеряется в процентах и определяется по формуле:

RH=p(H2O)p(H2O)∗×100%{\displaystyle RH={p_{(H_{2}O)} \over p_{(H_{2}O)}^{*}}\times 100\%}

где: RH{\displaystyle RH_{\,_{\,}}} — относительная влажность рассматриваемой смеси (воздуха);
p(H2O){\displaystyle {p_{(H_{2}O)}}} — парциальное давление паров воды в смеси;
p(H2O)∗{\displaystyle {p_{(H_{2}O)}^{*}}} — равновесное давление насыщенного пара.

Давление насыщенных паров воды сильно растёт при увеличении температуры. Поэтому при изобарическом (то есть при постоянном давлении) охлаждении воздуха с постоянной концентрацией пара наступает момент (точка росы), когда пар насыщается. При этом «лишний» пар конденсируется в виде тумана, росы или кристалликов льда. Процессы насыщения и конденсации водяного пара играют огромную роль в физике атмосферы: процессы образования облаков и образование атмосферных фронтов в значительной части определяются процессами насыщения и конденсации, теплота, выделяющаяся при конденсации атмосферного водяного пара обеспечивает энергетический механизм возникновения и развития тропических циклонов (ураганов).

Относительная влажность — единственный гигрометрический показатель воздуха, допускающий прямое приборное измерение.

Какой должна быть оптимальная влажность

Влажность в помещении, где человек работает, проводит досуг или спит, имеет особое значение. Наши органы дыхания созданы таким образом, что слишком сухой или насыщенный водяными парами воздух для них губителен. Поэтому существуют государственные стандарты, которые регламентируют, какой должна быть влажность воздуха в помещении.

Зона оптимальной влажности

ГОСТ 30494-11 устанавливает четкие рамки, в которых должен быть микроклимат жилого и общественного помещения. Помимо состава и оптимального объема воздуха, указывается его влажность.

Такие же значения применимы к антикварным вещам, книгам, мебели, электрическим приборам. Для растений оптимальная влажность воздуха в квартире варьируется, поскольку тропические и субтропические виды любят сырую, теплую обстановку, а другие предпочитают нормальные или засушливые условия.

Для детской комнаты комфортная влажность составляет 60%, но разрешены отклонения на 10% в ту или иную сторону, поэтому детские оборудуют увлажнителями.

Влажность в зависимости от помещения

Граничных значений лучше не допускать, поскольку при них понижается работоспособность, ухудшается самочувствие. Вполне реально поддерживать оптимальный микроклимат в тех помещениях, где вы дольше всего пребываете.

Итоги

Как мы знаем, большая часть поверхности нашей планеты покрыта Мировым океаном, поэтому вода и все процессы, происходящие с ней, в частности испарение и конденсация, играют важнейшую роль во всех процессах нашей жизнедеятельности. Мы сами дали строгое определение понятий «абсолютная влажность» и «относительная влажность». Фактически это физическая величина, относительная влажность показывает, на сколько атмосферный пар отличается от насыщенного.

Список литературы

1. Касьянов В.А. Физика 10 класс. – М.: Дрофа, 2010.
2. Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Молекулярная физика. Термодинамика. – М.: Дрофа, 2010.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал WorldOfSchool.ru (Источник)
2. Интернет-портал «Физика. Старые учебники» (Источник)

Домашнее задание

1. Чем отличаются абсолютная влажность и относительная влажность?
2. Что можно измерить с помощью гигрометра психрометрического и каков его принцип действия?
3. Из каких парциальных давлений складывается атмосферное давление?

Список источников

• interneturok.ru
• www.rosteplo.ru
• wikiredia.ru
• albnn.com
• airducts.ru
• stroy-svoimi-rukami.ru
• VentilyaciyaDom.ru
• vse-lekcii.ru