Co to jest wilgotność?

Co to jest wilgotność?
Może się to zdarzyć w systemach klimatyzacyjnych lub
chłodniczych. Przykład takiego problemu: jeśli drewno
zostanie zabrane z zewnątrz (gdzie osiągnęło stan
równowagi wilgoci z powietrzem otoczenia) do wnętrza
ogrzewanego budynku z małą ilością wilgoci to zacznie
ono oddawać wodę, którą zawiera do suchego
pomieszczenia. Jeżeli drewno straci wilgoć ze swoich
obrzeży to zaczną się one kurczyć i rozrywać tworząc
pęknięcia lub wykrzywienia. To samo może się stać z
papierem, wyrobami tekstylnymi, wykonanymi z
tworzywa sztucznego, wosku, porcelany, z owocami i
warzywami, a także innymi materiałami, które posiadają
zdolność absorbowania lub oddawania wilgoci.
Materiały takie są określane jako higroskopijne
(absorbujące wodę). Dążą one zawsze do osiągnięcia
stanu równowagi z otoczeniem.
W przypadku muzeów, gdzie np.: są wystawiane bardzo
cenne
obrazy,
rzeźby,
oraz
inne
materiały
higroskopijne, gwałtowne zmiany w wilgotności mogą
uszkodzić, a w końcu zniszczyć dzieła sztuki.
Podczas drukowania papier, który jest gwałtownie
osuszany w czasie przechodzenia przez rolki prasy,
kurczy się i faluje powodując jego zacinanie się,
rozrywanie, oraz przerwy w nadruku kolorów. W
laboratoriach produkujących bardzo małe elektroniczne
obwody nieznaczna zmiana wymiarów silikonowej płytki
drukowanej może spowodować, że stanie się ona
bezużyteczna.
Sposobem kluczowym zabezpieczającym materiały
higroskopijne jest stabilizacja parametrów otoczenia.
Szkodliwe jest dopuszczanie do gwałtownych lub zbyt
dużych zmian wilgoci w ciągu całego roku. Jest to jedna
z wielu przyczyn, dlaczego regulacja (lub stabilizacja)
wilgotności względnej staje się bardzo ważnym
Dlaczego występuje problem suchego elementem Systemu Jakości Powietrza w
Pomieszczeniach. Odbywa się to poprzez osuszanie
powietrza?
Gdy temperatura na zewnątrz spadnie poniżej temp. powietrza wtedy, gdy zaczyna być za bardzo wilgotne
wewnątrz pomieszczenia, np.: w zimie to w efekcie tego lub nawilżanie, gdy staje się zbyt suche.
wprowadzane chłodne i wilgotne powietrze po ogrzaniu
stanie się suche. W taki sam sposób, jak w powietrzu Dlaczego nawilżanie?
wilgoć jest absorbowana przez materiały z których jest Są 3 podstawowe pytania, które określają odpowiedź,
wykonany budynek. Ciepłe i suche powietrze wyciąga dlaczego otoczenie może wymagać nawilżania.
wilgoć ze wszystkiego z czym ma kontakt próbując Są to:
osiągnąć „stan równowagi” (punkt, przy którym dany 1. Czy znajdują się w pomieszczeniu materiały
materiał nie traci lub nie uzyskuje wody). To osuszanie
higroskopijne (absorbujące wilgoć) wykorzystane w
powietrza jest przyczyną, która powoduje bezpośredni
określonym procesie technologicznym lub jako
problem odczucia suchości w nosie i w gardle,
materiał budynku?
niszczenie wyrobów i materiałów z drewna, a także 2. Czy występuje problem z elektrycznymi ładunkami
wyładowania elektrostatyczne. Taki sam elekt suchego
statycznymi?
powietrza może się również pojawić
po jego 3. Czy jest brany pod uwagę aspekt zdrowotny, oraz
ochłodzeniu poniżej punktu rosy (co powoduje
komfortu?
usuwanie z niego wilgoci - osuszanie), a następnie po
ponownym ogrzaniu.
Wilgotność to po prostu wilgoć w powietrzu. Wilgotność
względna to ilość wody znajdującej się w powietrzu przy
danej temperaturze podzielona przez jej maksymalną
ilość nasycenia, którą może zaabsorbować powietrze w
tej temperaturze. Np.: przy 21°C 1 kg suchego
powietrza może zaabsorbować do 15.8g wody. Jeżeli
1kg powietrza przy 21°C zawiera 15.8g wody to można
powiedzieć, że zostało osiągnięte 100% wilg.wzgl. Jeśli
taka sama ilość powietrza zawiera 7.9g wody przy 21°C
to po podzieleniu tej wartości przez ilości wody, którą
powietrze może zaabsorbować aż do stanu nasycenia
w tej temperaturze uzyskujemy: 7.9/15.8 = 0,50 (50%).
Zatem jest to powietrze z 50% wilg. względnej.
Ilość wody, jaką może powietrze zaabsorbować zmienia
się wraz z temperaturą, zwiększając się z jej
przyrostem. Zatem jeśli 1kg suchego powietrza przy
21°C może zaabsorbować do 15.8g wody, ta sama
ilość powietrza przy -18°C może4 zatrzymać tylko 0.92g
wilgoci. Dlatego też 1kg powietrza przy 21°C posiada
50% wilg.wzgl., to jest 7.9g wody. Jeżeli zatem
powietrze zostanie ochłodzone do –18°C osiągnie
nasycenie (100% wilg.wzgl.) przy 9.5°C i zacznie padać
deszcz (lub śnieg). I odwrotnie, jeśli weźmiemy 1kg
suchego powietrza przy -18°C i 100% wilg.wzgl., tj.
0,92g, a następnie podniesiemy jego temperaturę do
21°C bez dodawania wody otrzymamy wówczas:
0.92/15.8 = 0.06% (6% wilg.wzgl.). Powietrze w takich
warunkach jest bardziej suche, niż na Pustyni Sahara,
gdzie średnia wilgotność względna wynosi 12%! Tak
suche powietrze to przyczyna wielu problemów
określonych skrótem IAQ (Jakość Powietrza w
Pomieszczeniu).
-1.1°C
50%wilg.wzgl.
1.9g/kg
21°C
12.4%wilg.wzgl.
1.9g/kg
Rozważmy te pytania po kolei z uwzględnieniem Suche drewno będzie również absorbowało substancje
pewnych określonych rodzajów zastosowania
pokrywające tworząc powierzchnie ziarniste lub
matowe. Podobnie rzecz wygląda w przypadku
1. Czy znajdują się w pomieszczeniu materiały połączeń klejonych, które mogą być niestabilne,
higroskopijne ?
ponieważ drewno może zaabsorbować klej, zanim on
Materiały higroskopijne to takie, które absorbują wilgoć zaschnie. Również i w tym przypadku zaleca się
w swoich porach co powoduje zmianę ich wymiarów. stabilizację atmosfery otoczenia, gdzie drewno powinno
Różni się to zasadniczo od absorpcji hydrofilowej, która utrzymać takie same wymiary w czasie procesu
jest przemieszczaniem się wody wewnątrz materiału co technologicznego.
zazwyczaj nie powoduje zmiany jego wymiarów. Jest Wyroby tekstylne: ponieważ włókna przechodzą przez
ona spowodowana zmianą wilgotności względnej, która tkalnie to jeśli są suche mogą stać się kruche
może mieć bezpośredni wpływ na zachowanie się powodując ich rozrywanie, stratę czasu, oraz redukcję
materiałów i procesu technologicznego bardziej, niż wydajności produkcji. Drugim zjawiskiem jest to, że
wpływ samej temperatury. Poniżej podano niektóre poszarpane włókna umieszczone w powietrzu często
przykłady tego zjawiska:
powodują pogorszenie się jego jakości poniżej norm
Drukowanie: papier trafia do drukarni w rolkach, które OSHA. Jest to szczególnie ważne w wytwórniach
opuszczając fabrykę papieru mają w sobie pewną ilość jedwabiu,
oraz
azbestowych
okładzin
szczęk
wody,
oraz
są
zapakowane
w
papier hamulcowych.
Prawidłowe
nawilżanie
redukuje
nieprzepuszczający parę wodną, aby ułatwić w ten rozrywanie się włókien, ilość kurzu w powietrzu, oraz
sposób utrzymanie odpowiedniej wilgotności (poniekąd powoduje większą prędkość produkcji.
wynika to z tego, że papier jest sprzedawany na wagę, Urzędy: problem występuje w urzędach, gdzie często
a więc ilość wilgoci reguluje cenę sprzedaży). Po znajdują się cenne meble drewniane, boazerie, oraz
rozpakowaniu rolek papier zaczyna tracić wodę oddając dywany. Suche powietrze w zimie powoduje pękanie, a
ją do otoczenia jeśli jest ono suche lub pobierając ją, także zwichrowanie biurek i boazerii. Dywany są
jeśli jest wilgotne. Jeżeli papier absorbuje wilgoć to jego wykonane z włókien i gdy są osuszane mogą zacząć
pory rozszerzają się, a w przypadku jej oddawania – pękać pod wpływem obciążenia przechodzących ludzi.
kurczą się. Pojedyncza rolka papieru może zmieniać Spowoduje to zwiększenie się ilości kurzu w powietrzu,
swoje wymiary nawet o kilka cali na szerokości lub oraz doprowadzi do przedwczesnego zniszczenia
długości. Gdy jest ona umieszczana na prasie, gdzie dywanu. Poprzez prawidłowe nawilżanie można
następuje jej odwijanie poprzez wykorzystanie siły polepszyć jakość powietrza w pomieszczeniu. Wtedy
nacisku, może bardzo szybko stracić swoją pierwotną Ilość kurzu będzie mniejsza na wskutek zmniejszenia
wilgotność. Podczas drukowania gamy wielu kolorów pękania włókien, oraz dzięki skupianiu się jego cząstek
mogą być one umieszczone w nieprawidłowych w większe aglomeracje. Większe cząstki kurzu są
miejscach co spowoduje ich nieciągłość na wskutek łatwiej wyłapywane przez filtry, które wówczas stają się
zmiany wymiarów papieru. Z tego powodu obsługa bardziej efektywne, dzięki higroskopijnemu pęcznieniu
techniczna pras rolkowych będzie potrzebowała pyłu.
zmieniać położenie walców dociskających, aby Produkcja wysoko zaawansowanych technologicznie
skompensować zmianę wymiarów papieru. Jeżeli mikroelementów
półprzewodnikowych:
ponieważ
wilgotność będzie się zmieniała w czasie dnia to obecnie mikroelementy elektroniczne są coraz
regulacja położenia walców będzie musiała być mniejsze, producenci nie mówią już o wymiarach w
wykonywana bardzo często powodując utratę papieru, mikronach lecz w angstremach (1 A = 10-10 m)! Nawet
czasu, oraz wydajności produkcji. W takich nieznaczna zmiana wymiarów silikonowej płytki
przypadkach preferuje się stabilną atmosferę otoczenia. elektronicznej
podczas
nadruku
fotograficznego
Przy prawidłowej regulacji wilgotności papier będzie spowoduje jego przerwy o wielkości 100 milicala.
stabilny bez oddawania lub pobierania wilgoci i dlatego Dodatkowo rozsiewanie ludzkiej skóry w otoczeniu
pozostanie bez zmiany jego wymiarów. W rezultacie może spowodować zniszczenie mikroelementów.
tego można uzyskać większą szybkość produkcji, Ogólnie mówiąc jeśli porównamy mikroelement z
mniejszą stratę czasu, oraz zredukowanie konieczności centrum Nowego Yorku to mikroskopijna łuska ludzkiej
wykorzystywania farby drukarskiej, ponieważ mniejsze skóry może zburzyć Manhattan, Bronx, Harlem,
jej ilości są wówczas absorbowane przez papier.
Queens, oraz połowę Long Island. Dlatego też regulacja
Produkcja wyrobów z drewna: podobnie jak w wilgotności staje się krytycznym aspektem dla wysoko
przypadku papieru drewno kurczy się przy jego zaawansowanych technologii.
wysychaniu tworząc pęknięcia, rozerwania, przerwania
lub wykrzywienia.
Wykonywanie odlewów metodą traconego wosku: w
tym przypadku nie jest rozpatrywany produkt końcowy
lecz materiały higroskopijne wykorzystywane w
procesie
technologicznym.
W
procesie
tym
wykonywane są najpierw woskowe elementy form
odlewniczych, a następnie zanurzane w porcelanie.
Ponieważ porcelana i wosk są suche i utwardzone to w
przypadku, gdy powietrze będzie miało za niską
wilgotność porcelana skurczy się bardziej, niż wosk
powodując rysy i pęknięcia w formie odlewniczej. Gdy
płynny metal zostanie wlany do formy to zaleje te rysy
powodując utratę odlewu. Jest to proces technologiczny
wykorzystywany do wytwarzania elementów maszyn.
Muzea: oczywiście ze względu na cenne dzieła sztuki
prawidłowa
stabilizacja
parametrów
otoczenia
wystarczy dla długotrwałego przechowywania wielu
rzeczy. Artyści ciągle mówią, że zmiana wymiarów
powoduje pękanie obrazu. Drewno lub pergamin
zostaną bardzo szybko zniszczone, gdy suche
powietrze zacznie powodować ich pękanie, a warstwa
farby będzie bardzo krucha. Niektóre wystawy
objazdowe muszą mieć utrzymywany określony poziom
wilgotności, a jeśli nie jest to zapewnione to nie mogą
zostać otwarte.
Obrona: w przypadku samolotów wojskowych firm:
Boeing, Mc Donnel Douglas, Hughes Aircraft, Lockheed
kontrola wilgotności stała się obecnie najważniejsza z
uwagi na nową technologię zapewniającą brak
wykrywalności przez radary. Farba pochłaniająca fale
radarowe jest bardzo czuła na kurczenie się podczas
osuszania. Jeśli skurczy się ona za bardzo to może
pęknąć odsłaniając powierzchnie metalowe, które mogą
odbijać impulsy wysyłane przez stacje radarowe.
Pierwsze wahadłowce kosmiczne traciły poszczególne
termoodporne elementy przy wchodzeniu w atmosferę.
Powodem tego problemu było niewłaściwe utwardzenie
kleju utrzymującego te elementy pokrycia na wskutek
złej kontroli wilgotności względnej w powietrzu w hali
produkcyjnej. Obecnie miejsca takie są nawilżane!
Żywność: mięso utrzyma swój czerwony kolor BEZ
DODAWANIA KONSERWUJĄCYCH AZOTANÓW, jeśli
jest przechowywane w prawidłowo nawilżanych szafach
zamrażalniczych,
oraz
przechowalniczych.
Jeśli
warzywa lub owoce stracą odpowiednią ilość wilgoci ich
komórki otworzą się lub popękają, tak że nie pomoże
później żadne ich nawilżanie. Dlatego też bardzo ważne
dla warzyw i owoców jest nawilżanie od chwili, gdy są
umieszczane w magazynie do momentu, gdy zostaną
kupione przez klientów.
Jajka tracą nawet do 50% swojej wagi, jeśli dopuści się
do ich wysychania, ponieważ skorupki są porowate. W
wylęgarniach przenosi się to na utratę do 25% piskląt.
Również bardzo szybkie osuszenie nowo wykluwanych
kurcząt może spowodować ich wychłodzenie na
wskutek odparowywania, a następnie śmierć.
Zwierzęta: ogrody zoologiczne są bardzo świadome o
konieczności prawidłowego nawilżania otoczenia dla
małp i innych zwierząt. Suche powietrze może
spowodować problemy ze skórą tych zwierząt, oraz z
ich rozmnażaniem.
2.
Czy
występuje
problem
z
ładunkami
elektrostatycznymi?
Ilość elektrycznych ładunków statycznych jest
drastycznie
redukowana,
gdy
wilgotność
jest
utrzymywana na poziomie powyżej 35%. Jest wiele
gałęzi przemysłu, które są bardzo czułe na ten problem.
Pomieszczenia
komputerowe:
oczywiście
niedostateczna kontrola wilgotności pomieszczeń
komputerowych powoduje tworzenie się ładunków
elektrostatycznych, które mogą się wyładowywać
niszcząc
pamięć,
oraz
zespoły
obwodów
elektronicznych. Suche powietrze plus sekretarki
ubrane w swetry z angory oznacza nieszczęście dla
komputera. Bardzo szybkie drukarki w pomieszczeniach
komputerowych to także źródło problemów z uwagi na
papier, który się w nich znajduje.
Drukarnie:
oprócz
higroskopijności
papieru
wykorzystywanego w procesie drukowania występuje
tam również problem z ładunkami elektrostatycznymi.
W kadziach z farbą drukarską mogą wybuchnąć pożary
rozpuszczalnika spowodowane iskrą z wyładowania
elektrostatycznego zapalającą palne opary.
Przemysłowe maszyny rotacyjne do druku gazet mogą
wytworzyć nawet do 2,000,000 wolt ładunku
elektrycznego w czasie procesu rolowania, gdy papier
jest odwijany. Powoduje to powstanie nie tylko
dodatkowego napięcia elektrycznego na zwoju papieru,
gdy przechodzi on przez walce dociskające lecz może
również spowodować niebezpieczne wyładowania dla
ludzi obsługujących maszyny.
Produkcja folii z tworzywa sztucznego: produkcja taka
wymaga kontroli wilgotności w celu zredukowania
problemów z ładunkami elektrostatycznymi, które mogą
spowodować przyciąganie kurzu, a także częste kłopoty
z samą folią przyciągającą się do rolek, oraz maszyn.
Produkcja błon fotograficznych: często komercyjne
pracownie
fotograficzne
wykorzystują
kontrolę
wilgotności w celu wyeliminowania wyładowań
elektrostatycznych, które mogą się pojawić na kliszach.
Jest to szczególnie ważne w przypadku szpitalnych
zdjęć rentgenowskich.
Produkcja prochu strzelniczego: jest to zbyt oczywiste,
aby o tym pisać!
3. Czy jest brany pod uwagę aspekt zdrowotny, oraz
komfortu?
Zdrowie i komfort nie zawsze były brane pod uwagę
jako numer jeden przez wielu pracodawców. W obecnej
bardzo problematycznej społeczności staje się to coraz
ważniejszym aspektem. Oprócz odgazowywania
materiałów, oraz zredukowaniu ilości kurzu za pomocą
prawidłowego nawilżania faktem jest również i to, że
człowiek zaczyna się po prostu czuć lepiej, gdy kanały
nosowe są utrzymywane na stabilnym poziomie
wilgotności. Na wskutek zredukowania powierzchni
parowania na skórze dzięki prawidłowemu nawilżaniu
ludzie czują się cieplej podczas zwiększania wilgotności
co często umożliwia obniżenie temperatury otoczenia.
W ten sposób można zaoszczędzić na energii grzania
normalnie wymaganej, oraz zmniejszyć gradient start
ciepła pomiędzy pomieszczeniem, a powietrzem
zewnętrznym.
Innym źródłem problemu w nowoczesnych biurach są
skutki uboczne szkieł kontaktowych, ponieważ są one
bardzo higroskopijne, absorbują i odparowują wilgoć z
powierzchni oczu. W bardzo suchej atmosferze
soczewki te zaczną gwałtownie wysychać powodując
ich zwijanie co stwarza bardzo niewygodne odczucie
dla oczu.
Osuszone powierzchnie powodują tworzenie się lepkiej
warstwy utrudniającej dla powiek przeprowadzanie
prawidłowego omywania soczewek kontaktowych
podczas rozbłysków światła. Ta lepka warstwa
umożliwia szybszy wzrost białka, oraz bakterii co
powoduje infekcje. Badania nad infekcjami oczu
spowodowanymi szkłami kontaktowymi pokazują ich
znaczny wzrost w miesiącach zimowych.
Nawilżanie izotermiczne i adiabatyczne
Woda jest rozpylana na drobne cząstki w urządzeniach
rozpylających do
strumienia przepływającego
powietrza lub do otoczenia nawilżając je; ciepło
konieczne do przemiany wody z cieczy w parę jest
dostarczane przez powietrze, które zmniejsza swoją
temperaturę. Ponieważ brak jest energii termicznej
dostarczanej z zewnątrz proces taki jest określany jako
adiabatyczny.
W procesie nawilżania za pomocą pary jest ona
rozpraszana w strumieniu przepływającego powietrza
lub w bezpośrednio w otoczeniu. Wcześniej para jest
wytwarzana w procesie wrzenia wody zgromadzonej w
odpowiednim urządzeniu do wewnątrz którego jest
doprowadzana energia konieczna dla zmiany jej stanu
skupienia. Ze względu na to, że przy umiarkowanym
zakresie wrażliwości pary na ciepło temperatura
powietrza zwiększa się nieznacznie, proces taki jest
określany jako izotermiczny.
Otoczenie czyste
Pomieszczenia sterylne/aseptyczne (sale
operacyjne, itd.)
Otoczenie czyste (pomieszczenia czyste,
itd.)
Szpitale/laboratoria
Otoczenie domowe
Domy
Łaźnie parowe
Biura
Biblioteki
Muzea
Klimakonwektory
Przemysł spożywczy
Linie produkcyjne
Komory chłodnicze
Dojrzewalnie
Pomieszczenia wyrabiania zaczynu do
wypieku chleba
Dojrzewalnie sera
Lady chłodnicze
Piwnice i beczki z winem
Inne rodzaje przemysłu
Magazyny drewna
Fabryki papieru
Drukarnie
Pracownie fotograficzne
Przemysł tekstylny
Dojrzewalnie i przechowalnie tytoniu
Przechowalnie cygar
Parki zabaw
Cele gospodarcze
Hodowla zwierząt
Wylęgarnie kurcząt
Cieplarnie (hodowla grzybów, itd.)
1.
2.
3.
4.
UM
UR
UG
DS
•
•
•
•
3
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
3
3
•
•
•
•
•
3
3
•
UA
MC
3
1
1
•
3
1
1
•
•
3
2
2/3
2/3
2
2/3
2/3
4
•
•
4
•
•
•
•
•
•
•
•
•
2
2
•
•
•
•
•
•
•
2
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
3
3
3
•
•
•
•
3
•
•
•
•
3
•
•
•
•
•
•
3
•
•
•
•
•
•
3
3
•
•
•
•
3
3
•
•
•
•
humidisk
humiFog
UE
•
3
3
•
MC system
NAWILŻANIE
ADIABATYCZNE
ultimateSteam
gaSteam
heaterSteam
homeSteam
ZASTOSOWANIE
NAWILŻANIE
IZOTERMICZNE
humiSteam
Sugerowane modele
nawilżaczy dla różnych
rodzajów zastosowania
HDU
•
•
•
Nawilżanie kanałowe wykorzystujące tylko wodę zdemineralizowaną, oraz regularna konserwacja zgodnie z
przepisami ASHRAE 12-2000 i VDI6002.
Tylko kanałowe rozpylanie wody.
Nie można wykorzystać pary/wody zawierającej substancje chemiczne pochodzące z jej uzdatniania.
Rekomendowana jest woda zdemineralizowana.