Відомо, що водяна пара присутня в повітрі в ненасиченому стані. Через рух повітряних потоків у різних районах Землі випаровування водяної пари переважає над конденсацією, а інших місцях відбувається навпаки.
Вологість повітря, тобто кількість водяної пари в атмосфері, можна описати такими параметрами, як парціальний тиск та вологість (відносна та абсолютна).
➞ Відносна вологість повітря — це показник, що виражає кількість водяної пари в повітрі у відсотках від максимальної можливої кількості при даній температурі.Розглянемо як розрахувати відносну вологість повітря.
Формула розрахунку відносної вологості повітря, де:
𝑒— фактичний парціальний тиск водяної пари в повітрі.
𝐸— парціальний тиск насиченої водяної пари при даній температурі.
Атмосферна водяна пара значно впливає на клімат Землі. Вологість повітря відіграє важливу роль у метеорології, допомагаючи передбачати погоду. Підтримка постійного рівня вологості необхідна у ткацькій, кондитерській та фармацевтичній промисловості, а також у музеях та бібліотеках. Вологість повітря впливає на самопочуття людини, оскільки вона пов'язана з випаровуванням вологи з поверхні шкіри та підтриманням стабільної температури тіла.
Визначення відносної вологості повітря
Для визначення кількості вологи в повітрі необхідно зрозуміти, наскільки близька водяна пара до стану насичення. І тому використовується поняття відносної вологості.
Точне наукове визначення
Відносна вологість повітря є відношенням поточного парціального тиску водяної пари в повітрі до парціального тиску насиченої водяної пари при однаковій температурі. Це відношення виражається у відсотках і показує, наскільки близьке повітря до стану насичення водяною парою за даної температури.
Якщо показник становить 100%, це означає, що повітря повністю насичене водяною парою і більше не може утримувати додаткову вологу. При цьому починається процес конденсації, коли водяна пара перетворюється на рідину.
Якщо показник нижчий за 100%, це означає, що повітря може утримувати додаткову вологу без конденсації.
Спрощене визначення
Простіше кажучи, відносною вологістю називають певну кількість вологи в повітрі порівняно з максимальною кількістю вологи, яку може утримувати повітря при поточній температурі.
Якщо цей параметр становить 50%, це означає, що повітря містить половину максимально можливої кількості водяної пари при даній температурі.
Якщо параметр становить 100%, це означає, що повітря повністю насичене водяною парою, і при подальшому додаванні вологи почне утворюватися конденсат (роса, туман).
Вплив температури та абсолютної вологості на показники відносної вологості
Відносна вологість повітря (%RH) є функцією температури, так і абсолютної вологості повітря. Розуміння цього взаємовпливу є важливим для контролю кліматичних умов у різних середовищах, таких як житлові приміщення, виробничі приміщення та сільськогосподарські угіддя.
Збільшення температури
При підвищенні температури здатність повітря утримувати водяну пару збільшується. Якщо абсолютна вологість стала, відносна вологість знижується, тому що парціальний тиск насиченої водяної пари збільшується.
Наприклад, якщо повітря з температурою 20°C та відносною вологістю 50% нагріти до 30°C, не додаючи вологи, відносна вологість зменшиться, оскільки тепле повітря може утримувати більше водяної пари.
Зниження температури
При зниженні температури здатність повітря утримувати водяну пару зменшується. Якщо абсолютна вологість буде постійною, відносна вологість збільшується, тому що парціальний тиск насиченої водяної пари зменшується.
Наприклад, якщо повітря з температурою 30°C і відносною вологістю 50% охолодити до 20°C, не видаляючи вологу, відносна вологість збільшиться, оскільки холодне повітря може утримувати менше водяної пари.
Вплив абсолютної вологості на відносну вологість
Збільшення абсолютної вологості
При додаванні водяної пари у повітря абсолютна вологість збільшується. Якщо температура незмінна, відносна вологість збільшується, оскільки збільшується фактичний парціальний тиск водяної пари.
Зниження абсолютної вологості
При видаленні водяної пари з повітря абсолютна вологість зменшується. Якщо температура залишається постійною, відносна вологість зменшується, оскільки зменшується фактичний парціальний тиск водяної пари. Приклади:
⇒Приклад 1: Літній день
Температура: 30°C
Абсолютна вологість: 15 г/м³
Відносна вологість: близько 50%
⇒Приклад 2: Зимовий день
Температура: 0°C
Абсолютна вологість: 2 г/м³
Відносна вологість: близько 50%
Якщо повітря з прикладу 1 охолодити до 0°C, не видаляючи вологу, відносна вологість стане вище 100%, що призведе до конденсації вологи (опади, роса).
Температура та абсолютна вологість істотно впливають на відносну вологість повітря. Розуміння цих взаємозв'язків є важливим для ефективного контролю кліматичних умов у різних сферах. Підтримання оптимальної відносної вологості вимагає врахування змін температури та абсолютної вологості, що допомагає створювати комфортні та безпечні умови для людей, рослин та обладнання.
Таблиця відносної вологості повітря
Нижче наведена таблиця, що показує різні рівні відносної вологості повітря та їх вплив на людину.
| Відносна вологість (%) | Вплив на організм людини |
| 0-20% | Дуже низька вологість: Сухість шкіри, очей та слизових оболонок; Роздратування дихальних шляхів; підвищений ризик інфекцій дихальних шляхів;Дискомфорт та зниження працездатності |
| 20-30% | Низька вологість: Легке подразнення шкіри та слизових оболонок; Зниження комфорту; Можливі проблеми з диханням, особливо у чутливих людей |
| 30-50% | Оптимальна вологість: Комфортні умови для більшості людей; Мінімальний ризик подразнень та інфекцій; Підтримання хорошого стану шкіри та слизових оболонок |
| 50-60% | Помірно висока вологість: Помірний комфорт; Можливі незначні проблеми із диханням у чутливих людей; Підвищена ймовірність появи плісняви та грибків у приміщеннях |
| 60-70% | Висока вологість: підвищений дискомфорт; Посилення симптомів алергії та астми; Підвищена ймовірність появи плісняви та грибків; Пітливість та перегрівання тіла, що може призвести до теплового стресу |
| 70-100% | Дуже висока вологість: Сильний дискомфорт та відчуття задухи; Підвищений ризик теплового стресу та теплового удару; Посилення симптомів алергії та астми; Високий ризик розвитку цвілі, грибків та пошкодження майна через конденсацію вологи |
Підтримання оптимальної відносної вологості повітря (30-50%) у житлових та робочих приміщеннях важливе для забезпечення комфорту та здоров'я людей. Контроль вологості допомагає запобігти дискомфорту, подразненню шкіри та слизових оболонок, а також знижує ризик розвитку цвілі та грибків. Важливо використовувати зволожувачі та осушувачі повітря, а також системи вентиляції для підтримки необхідного рівня вологості в залежності від сезону та кліматичних умов.
Прилади для вимірювання відносної вологості повітря
Визначення відносної вологості повітря є важливим аспектом у різних сферах, від метеорології до сільського господарства та будівництва. Для цього використовуються спеціалізовані прилади для вимірювання відносної вологості повітря. Серед найбільш поширених застосовують гігрометри та гігрографи.
Гігрометри
➞ Гігрометри — це пристрої, які вимірюють відносну вологість. Існує кілька типів гігрометрів, що відрізняються принципом дії:
Механічні
Волосні гігрометри: Використовують людське або синтетичне волосся, яке змінює свою довжину залежно від вологості повітря. Зміна довжини волосся передається на стрілку, що показує рівень вологості.
Спіральні гігрометри: Використовують органічні речовини (наприклад, колаген), які змінюють форму при зміні вологості.
Електронні
Вимірюють зміну електричного опору гігроскопічного матеріалу при зміні вологості. Чим вища вологість, тим нижчий опір.
Місткісні гігрометри: Вимірюють зміну електричної ємності конденсатора з гігроскопічним діелектриком. Місткість змінюється пропорційно вологості повітря.
Психрометри
Сухий та вологий термометри: Складаються з двох термометрів, один з яких обернутий вологою тканиною. Температурна різниця між сухим та вологим термометром дозволяє визначити відносну вологість за допомогою спеціальних психрометричних таблиць або діаграм.
Гігрографи
➞ Гігрографи — це прилади, які не тільки вимірюють відносну вологість повітря, а й записують її зміни на графіку протягом певного часу. Вони використовуються для моніторингу вологості у довгостроковій перспективі.
Волосні гігрографи
Використовують чутливий елемент, такий як людське або синтетичне волосся. Зміни довжини волосся надають руху механізм, який записує дані на обертовому барабані, покритому паперовою стрічкою.
Електронні гігрографи
Датчики вологості з реєстраторами даних: Використовують електронні датчики (резистивні або ємнісні), дані з яких записуються на електронний пристрій. Ці пристрої можуть зберігати інформацію в цифровому вигляді, що дозволяє легко аналізувати дані за допомогою комп'ютера.
Гігрометри та гігрографи відіграють важливу роль у вимірі та моніторингу відносної вологості повітря. Гігрометри забезпечують точні та швидкі вимірювання, що підходять для різних додатків, від побутових умов до промислових та наукових досліджень. Гігрографи надають цінну інформацію про динаміку змін вологості протягом часу, що особливо корисно у метеорології, сільському господарстві та інших галузях, де контроль вологості має критичне значення.
Методи вимірювання відносної вологості повітря
Вимірювання відносної вологості повітря є важливим процесом для різних програм, від метеорології до промислового контролю. Методи як виміряти відносну вологість повітря можна поділити на прямі та непрямі. Кожен з них має свої переваги та обмеження.
Прямі методи визначення
Прямі методи визначення вологості вимірюють вологість повітря безпосередньо з використанням фізичних властивостей матеріалів або чутливих до вологості процесів.
Гігрометри з використанням гігроскопічних матеріалів
Волосні гігрометри: Засновані на зміні довжини людського або синтетичного волосся залежно від вологості. Волосся витягується або стискається при зміні вологості, рухаючи стрілку на шкалі.
Спіральні гігрометри: Використовують гігроскопічні матеріали, такі як колаген, який змінює форму залежно від вологості.
Електронні гігрометри
Вимірюють зміну електричного опору гігроскопічного матеріалу. Вологість впливає на опір, який зчитується та переводиться у відсоткове значення вологості.
Ємнісні гігрометри: Використовують конденсатори з гігроскопічним діелектриком. Зміна вологості викликає зміну ємності, яка вимірюється та інтерпретується у відносну вологість.
Психрометри
Психрометричний метод: Використовує два термометри (сухий та вологий). Один із термометрів обертається вологою тканиною. Випаровування води з вологого термометра охолоджує його, створюючи різницю температур, яка використовується для визначення відносної вологості за допомогою психрометричних таблиць або діаграм.
Непрямі методи визначення
Непрямі методи визначення вологості вимірюють інші параметри, такі як температура точки роси або концентрація водяної пари, і використовують для обчислення відносної вологості.
Метод точки роси
Дьюпоінт-метри: Вимірюють температуру, за якої водяна пара в повітрі починає конденсуватися у вигляді роси. Температура точки роси корелює як із відносною вологістю, так і з температурою повітря.
Абсолютні методи вимірювання концентрації водяної пари
Абсолютні гігрометри: Вимірюють масу водяної пари у певному обсязі повітря. Отримані дані використовуються для обчислення відносної вологості, ґрунтуючись на температурі та тиску.
Спектроскопічні методи
Інфрачервоні спектроскопічні методи: Використовують інфрачервоне випромінювання для визначення концентрації водяної пари у повітрі. Молекули води поглинають інфрачервоне випромінювання певних довжинах хвиль, що дозволяє виміряти їх концентрацію.
Лазерні методи
Застосування лазерів визначення концентрації водяної пари з урахуванням поглинання світла водяними молекулами. Ці методи зазвичай використовуються для точних наукових вимірів та в метеорології.
Обидва методи — прямі та непрямі — мають свої сфери застосування залежно від необхідної точності, умов вимірювання та доступного обладнання. Прямі методи часто простіше та швидше у використанні, тоді як непрямі методи можуть бути більш точними та корисними для спеціалізованих завдань. Вибір методу залежить від конкретних вимог та умов, у яких потрібен вимір відносної вологості повітря.
Рекомендації щодо підтримки оптимальної відносної вологості повітря
Підтримання оптимальних показників вологи важливо як у побуті, так і на виробництві. З правильними параметрами вологості слідують комфортні умови, здоров'я людей та збереження обладнання та матеріалів. Рекомендації щодо підтримки оптимальної вологості в різних умовах:
У побутових умовах
1. Застосування зволожувачів повітря
Ультразвукові зволожувачі: Вони розбризкують воду за допомогою ультразвуку, створюючи прохолодний туман, який зволожує повітря.
Випарювальні зволожувачі: Використовують випаровування води для підвищення вологості. Часто мають убудовані фільтри для очищення води.
2.Використання осушувачів повітря
Вологі приміщення, такі як підвали або ванні кімнати, часто вимагають використання осушувачів для запобігання появі плісняви та грибка.
Регулярне провітрювання приміщень:
Відкривайте вікна для природного провітрювання, особливо у періоди з помірною вологістю. Це допомагає підтримувати баланс вологості та покращує якість повітря.
3.Контроль температури
Температура повітря впливає його здатність утримувати вологу. Намагайтеся підтримувати комфортну температуру в приміщенні (близько 20-22 ° C).
Використання гігрометрів:
Регулярно вимірюйте вологість повітря за допомогою гігрометрів. Оптимальна відносна вологість у житлових приміщеннях має бути в межах 30-50%.
4.Усунення джерел надлишкової вологи
Усуньте витоки та своєчасно усувайте розливи води. Ванні кімнати та кухні часто вимагають особливої уваги.
5.Рослини як природні зволожувачі
Кімнатні рослини можуть допомогти підтримувати вологість повітря, оскільки вони виділяють вологу у процесі транспірації.
На виробництві
1.Промислові зволожувачі та осушувачі:
У великих виробничих приміщеннях використовуються промислові системи зволоження та осушення для підтримки оптимальної вологості.
Клімат-контроль та вентиляція:
Встановіть системи вентиляції та кондиціонування повітря, які дозволяють контролювати вологість та температуру у приміщенні.
Ізоляція та герметизація:
Переконайтеся, що будівлі та приміщення добре ізольовані та герметичні, щоб запобігти проникненню зовнішньої вологи або витоку внутрішнього повітря.
2.Автоматизація контролю вологості
Використання автоматичних систем керування кліматом, які включають датчики вологості та температури для підтримання оптимальних умов.
3.Регулярне технічне обслуговування
Проводьте регулярне технічне обслуговування систем вентиляції, кондиціювання та зволоження/осушення для їх ефективної роботи.
4.Зберігання матеріалів та продуктів
Слідкуйте за умовами зберігання матеріалів та продуктів. Багато матеріалів, таких як деревина, папір, тканини та продукти харчування, чутливі до змін вологості.
Підтримання оптимальної відносної вологості повітря має важливе значення для здоров'я, комфорту та продуктивності. У побуті це допомагає покращити умови проживання та здоров'я мешканців, а на виробництві – забезпечити якість продукції, зберегти обладнання та матеріали, а також створити комфортні умови праці. Регулярний моніторинг та коригування рівня вологості допоможуть запобігти багатьом проблемам, пов'язаним із надмірною або недостатньою вологістю.
