|
Ostatnie wpisy
|
Blog > Komentarze do wpisu
Centralne ogrzewanie wysusza powietrze - prawda, czy fałsz?Sprawa jak najbardziej na czasie. Ostatnio po raz kolejny usłyszałem taką właśnie opinię, dlatego zdecydowałem się napisać kilka słów na ten temat. Odpowiedź na pytanie postawione w tytule jest dla mnie oczywista - to fałsz. Z drugiej jednak strony, skoro funkcjonuje taki mit, to znaczy, że coś jest na rzeczy. Aby ta odpowiedź stała się oczywista dla wszystkich, należałoby spojrzeć na zagadnienie trochę szerzej.
Na początek, może odwróćmy zagadnienie i przyjmijmy, że to prawda, czyli, że centralne ogrzewanie rzeczywiście wysusza powietrze. Skoro tak, to co się dzieje z tą wilgocią z powietrza? Przecież w przyrodzie nic nie ginie, conajwyżej czasem zmienia właściciela, jak powiadają niektórzy. Są dwie możliwości: albo wilgoć z powietrza jest absorbowana przez instalację centralnego ogrzewania, albo ta wilgoć wykrapla się na elementach instalacji c.o., a następnie spływa sobie na przykład na podłogę w postaci kondensatu. Czy ktoś widział takie rzeczy? Ja nie. Gdzie zatem kryje się haczyk? Aby to wyjaśnić, trzeba wspomnieć o kilku zagadnieniach z dziedziny termodynamiki technicznej. Mam nadzieję, że uda się to zrobić w przystępny sposób, bez zbędnego, technicznego bełkotu.
Sprawa pierwsza: Powietrze atmosferyczne jest mieszaniną gazów. Głównymi składnikami powietrza są azot i tlen. Ponadto w powietrzu w małych ilościach występuje dwutlenek węgla, para wodna i inne gazy, w tym szlachetne, aczkolwiek ich udział liczy się w promilach, lub ułamkach promili. W termodynamice technicznej zazwyczaj przyjmuje się dla uproszczenia, że powietrze suche jest gazem, a nie mieszaniną gazów, natomiast powietrze wilgotne - czyli to, które nas w rzeczywistości otacza - jest mieszaniną powietrza suchego i pary wodnej. Nie popełniamy przy tym istotnego błędu. Sprawa druga: Otóż, był swego czasu człowiek, angielski fizyk, chemik i zarazem meteorolog w jednej osobie, a nazywał się John Dalton. To właśnie on odkrył, a następnie opublikował bardzo ważne prawo fizyki, zwane dzisiaj od jego nazwiska prawem Daltona, albo prawem ciśnień cząstkowych. Prawo to mówi, że: "Ciśnienie wywierane przez mieszaninę gazów jest równe sumie ciśnień wywieranych przez poszczególne składniki tej mieszaniny, gdyby były umieszczane osobno w takich samych warunkach objętościowych i temperaturowych". Innymi słowy, ciśnienie całkowite mieszaniny gazów jest sumą ciśnień cząstkowych jej poszczególnych składników. Sprawa trzecia: Nasuwa się pytanie, jaki związek ze sprawą ma prawo Daltona. Okazuje się, że ma i to niemały. Dzięki odkryciu Daltona wprowadzono do nauki i techniki pojęcie wilgotności względnej powietrza, którą definiujemy, jako stosunek aktualnego ciśnienia cząstkowego pary wodnej zawartej w powietrzu, do ciśnienia nasycenia tej pary w danej temperaturze. Wyjaśniam, że ciśnienie nasycenia oznacza tu maksymalne ciśnienie cząstkowe, jakie może wystąpić w danej temperaturze. Wilgotność względna jest więc zawsze liczbą z przedziału od 0 do 1, albo 0% do 100%. Sprawa czwarta: Parametry fizyczne powietrza, w szczególności ciśnienie, temperatura i wilgotność względna, zależą od siebie w bardzo ścisły sposób. Na przykład, jeżeli oziębiamy powietrze, to rośnie jego wilgotność względna, albowiem wraz ze spadkiem temperatury maleje maksymalne ciśnienie cząstkowe, czyli ciśnienie nasycenia. Siłą rzeczy stosunek aktualnego ciśnienia cząstkowego do ciśnienia nasycenia w takiej sytuacji rośnie. To logiczne. Granicą jest wilgotność względna 100 %, przy której aktualne ciśnienie cząstkowe jest równe maksymalnemu. Jeżeli dalej oziębiamy powietrze, to wilgotność względna nie może już wzrosnąć, albowiem aktualne ciśnienie cząstkowe nie może przecież przekroczyć maksymalnego, więc wilgoć zaczyna się wykraplać z powietrza w postaci mgły, szadzi lub rosy.
W taki oto prosty sposób dochodzimy do wyjaśnienia fenomenu suchego powietrza w pomieszczeniach ogrzewanych w okresie zimowym. Ochładzane systematycznie powietrze traci w zimie wilgoć. Takie osuszone powietrze trafia do budynku za pośrednictwem instalacji wentylacyjnej. W pomieszczeniach ogrzewanych podnosi się temperatura nawiewanego powietrza, a więc rośnie również maksymalne ciśnienie cząstkowe pary (ciśnienie nasycenia). Nie rośnie natomiast zawartość wilgoci, a więc wilgotność względna maleje w drastyczny sposób. Z tego właśnie powodu odczuwamy to powietrze, jako suche, ale to nie instalacja centralnego ogrzewania je osusza, ale nasza matka natura. Chociaż trudno to sobie wyobrazić, to jednak na zewnątrz, przy temperaturze -20 stopni Celsjusza powietrze atmosferyczne ma wilgotność względną około 100 % i możemy je odczuwać , jako wilgotne, natomiast to samo powietrze ogrzane w pomieszczeniu będzie miało wilgotność względną 10-15 % i z całą pewnością odczujemy je, jako suche. Z powyższych rozważań wynikają dwa zasadnicze wnioski:
Przyjmuje się, że w warunkach komfortowych wilgotność względna powinna zawierać się w przedziale od 30 do 70 %, przy czym optymalna wartość, to 50-52 %. Wynika to z badań statystycznych, które prowadzono na reprezentatywnych grupach ludzi, ponieważ wiadomo nie od dzisiaj, że każdy człowiek odczuwa inaczej. To, co dla jednego jest wilgotne, dla innego może być suche. W takich właśnie przedziałach procentowych występował zawsze najmniejszy procent niezadowolonych osób. Dla zobrazowania zachowania się powietrza atmosferycznego w zmiennych temperaturach dobrze spojrzeć na poniższy wykres, który jest schematycznym uproszczeniem tzw. wykresu h-x Moliera dla powietrza wilgotnego. Tym wykresem, który przedstawia zależność pomiędzy różnymi parametrami powietrza, a w szczególności temperatury, wilgotności względnej, ciśnienia i bezwzględnej zawartości wilgoci, bardzo często posługujemy się przy projektowaniu procesów uzdatniania powietrza w technice wentylacyjnej i klimatyzacyjnej oraz przy projektowaniu i budowie systemów wentylacji i klimatyzacji w budynkach. Schładzanie i osuszanie powietrza wilgotnego  KOMENTARZ: Na tym wykresie punkt 1 obrazuje stan powietrza. Aktualne parametry: temperatura 34 stopnie Celsjusza, wilgotność 30 %. Powiedziałbym, upalny i niezbyt wilgotny dzień w lecie, może lipiec, a może sierpień. Pogrubiona pionowa kreska pokazuje przemianę tego powietrza, jaka zachodzi przy obniżaniu temperatury. Widać, że po jej obniżeniu o mniej więcej 20 stopni wilgotność względna wzrosła do maksymalnej, czyli 100 %. Na wykresie to punkt "tau" (grecki odpowiednik litery t). Powietrze jest nasycone. Dalsze obniżanie temperatury spowoduje wykraplanie wilgoci, a przemiana będzie następować wzdłuż krzywej nasycenia 100 %, aż do punktu 2'. Rozpoczyna się dodatkowy proces przemiany powietrza - osuszanie. Im bardziej będzie się obniżać temperatura powietrza, tym bardziej punkt 2' będzie się przesuwać w lewo. Na poziomej osi oznaczonej jako x widać, jak zmiejsza się bezwzględna zawartość wilgoci w powietrzu. Podpowiem tylko, że przy temperaturze -20 stopni wilgotność względna wynosi niemal 100 %, a zawartość bezwzględna wilgoci - prawie 0 g/kg powietrza suchego (dosłownie niecały 1 gram). Wiemy już, co się stało z wilgocią z powietrza atmosferycznego i dlaczego znikła, ale co się dalej dzieje, kiedy takie osuszone powietrze trafia w zimie do budynku, przy działającej instalacji ogrzewczej? Najlepiej zobaczyć to na takim samym wykresie, ale tym razem pokazującym przemianę powietrza polegającą na ogrzewaniu: Ogrzewanie powietrza wilgotnego  KOMENTARZ: Stan powietrza atmosferycznego w przykładowy ciepły zimowy dzień (albo chłodny jesienny) odzwierciedla punkt 1. Temperatura 4 stopnie Celsjusza, wilgotność względna 80 %.Podczas ogrzewania zachodzi przemiana, którą przedstawia pogrubiona pionowa linia od punktu 1 do 2. Po ogrzaniu o mniej więcej 10 stopni Celsjusza wilgotność zmalała z 80 do 38 %. Jeżeli spojrzymy na profesjonalny wykres i prześledzimy przemianę powietrza wilgotnego w zimie, np. od temperatury -20 stopni na zewnątrz do temperatury +20 stopni w pomieszczeniu, to stwierdzimy, że wilgotność względna spadnie od 100 do zaledwie kilku %!. Oto, dlaczego powietrze w pomieszczeniach w zimie jest takie suche. A poniżej, jako ciekawostka, wspomniany przeze mnie profesjonalny wykres h-x Moliera dla powietrza wilgotnego. Takimi wykresami posługujemy się między innymi w Polsce, w części Europy Środkowej i w Niemczech. Dla przykładu Amerykanie, Japończycy, tudzież Europa Zachodnia, wolą wykres Carriera, który przedstawia to samo, ale w innym układzie odniesienia. W ramach podsumowania dobrze będzie wspomnieć, jak sobie poradzić z takim suchym powietrzem. Pewną okolicznością sprzyjającą są występujące w pomieszczeniach mieszkalnych tak zwane wewnętrzne zyski wilgoci. Pochodzą one od gotowania posiłków, od ciepłej wody użytkowej oraz od ludzi. To jednak trochę za mało. Można stosować pojemniki z wodą umieszczane na lub przy grzejnikach. Trzeba jednak pamiętać, że wzrasta wtedy zużycie energii cieplnej, a poza tym taki sposób nawilżania również nie jest za bardzo efektywny. Jeżeli już stosujemy takie naczynia, to trzeba pamiętać, że intensywność procesu parowania zależy między innymi od powierzchni, na której występuje kontakt wody z powietrzem. Lepiej więc stosować płytkie tacki o dużej powierzchni, aniżeli zawieszane, głębokie zbiorniczki, kształtem przypominające flakony. Najskuteczniejszym sposobem nawilżania, ale i zarazem najdroższym, jest stosowanie specjalnych urządzeń nawilżających, jakich pełno choćby w hipermarketach budowlanych. Można je podzielić na dwie grupy: nawilżacze parowe i mechaniczne. Te pierwsze podgrzewają wodę, która zamienia się w parę i w takiej postaci jest wprowadzana do pomieszczenia, natomiast te drugie rozpylają wodę w pomieszczeniu w postaci bardzo małych drobin, które następnie odparowują w powietrzu. Jedne i drugie mają zalety i wady. Na przykład parowe zużywają dużo energii elektrycznej na podgrzewanie i zamianę wody w parę wodną, ale za to są ciche i nie obniżają temperatury w pomieszczeniu. Mechaniczne z kolei zużywają relatywnie mniej energii, ale są głośniejsze. Dodatkowo rozpylona w postaci drobin woda pobiera ciepło z otoczenia przy przemianie fazowej w parę wodną, przez co obniża temperaturę w pomieszczeniu. No, ale cóż. Nie ma rzeczy idealnych. PODZIĘKOWANIE: Dziękuję redakcji portalu www.wentylacja.com.pl za udzielenie zgody na publikację wykresów schematycznych przemian powietrza oraz wykresu Moliera. Wykresy schematyczne pochodzą z artykułu udostępnionego wspomnianemu portalowi przez miesięcznik "Technika Chłodnicza i Klimatyzacja". Wykres Moliera został udostępniony wspomnianemu portalowi przez firmę VTS. środa, 28 stycznia 2009, czajnik5
TrackBack
|
