Autorius: Mycond techninis skyrius
Oras – tai gerokai daugiau nei tik dujų mišinys. ŠVOK (šildymas, vėdinimas ir oro kondicionavimas) inžinieriui – tai sudėtinga termodinaminė sistema su vandens garais, kurios parametrai lemia žmonių šiluminį komfortą, pastatų energetinį efektyvumą ir konstrukcijų ilgaamžiškumą. Netikslus drėgno oro parametrų įvertinimas lemia projektavimo klaidas, neteisingą įrangos parinkimą ir eksploatavimo problemas.
Drėgno oro parametrų išmanymas yra profesionalaus ŠVOK inžinieriaus darbo pagrindas. Tai leidžia tiksliai apskaičiuoti sistemų galią, veiksmingai kovoti su kondensacija, užtikrinti komfortišką mikroklimatą ir užkirsti kelią statybinių konstrukcijų ardymui dėl drėgmės. Panagrinėkime septynis pagrindinius parametrus, kurie formuoja visapusišką supratimą apie procesus, vykstančius su drėgnu oru ŠVOK sistemose.
1. Sauso termometro temperatūra
Sauso termometro temperatūra (žymima T arba Tdry) – tai įprasta oro temperatūra, kurią matuojame standartiniu termometru. Matuojama laipsniais Celsijaus (°C) ir yra vienas svarbiausių parametrų, apibrėžiančių komfortiškas žmonių buvimo sąlygas.
Pavadinimas „sauso termometro temperatūra“ pabrėžia, kad matavimas atliekamas sausu termometru, be garavimo poveikio, skirtingai nei „šlapio termometro temperatūra“, kurią aptarsime vėliau.
Komforto normos gyvenamosiose patalpose yra 20–22 °C žiemą ir 23–25 °C vasarą. Biuro patalpoms rekomenduojamos reikšmės – 21–23 °C. Psichrometrinėje diagramoje sauso termometro temperatūra vaizduojama kaip horizontali ašis, todėl šį parametrą lengva nustatyti analizuojant oro būseną.
2. Santykinė drėgmė
Santykinė drėgmė (žymima RH arba φ) – tai procentinis faktinio vandens garų kiekio ore santykis su maksimaliai įmanomu prie esamos temperatūros. Matuojama procentais (%) ir yra dažniausiai praktikoje naudojamas drėgmės rodiklis.
Pagrindinė santykinės drėgmės savybė – priklausomybė nuo temperatūros. Esant pastoviam absoliučiam drėgmės kiekiui ore, santykinė drėgmė keičiasi keičiantis temperatūrai. Pavyzdžiui, žiemos oras, kurio temperatūra -5 °C ir santykinė drėgmė 80%, pašildytas iki +21 °C turės santykinę drėgmę tik apie 20%, nors absoliutus vandens garų kiekis išlieka tas pats.
Komfortiškos santykinės drėgmės reikšmės žmogui yra 40–60%. Esant mažiau nei 30%, jaučiamas gleivinių sausumas, kyla statinės elektros problemų, medžiagos džiūsta ir deformuojasi. Esant daugiau nei 70%, oras jaučiamas kaip „sunkus“, didėja pelėsio ir grybelių rizika.
Psichrometrinėje diagramoje santykinės drėgmės linijos turi išlenktą formą, atspindinčią nelinearinę priklausomybę nuo temperatūros.
3. Oro drėgnio kiekis
Drėgnio kiekis (žymimas d, w arba x) – tai faktinis vandens garų kiekis ore. Matuojamas gramais vienam kilogramui sauso oro (g/kg). Būtent šis parametras parodo, kiek ore yra realios drėgmės.
Pagrindinis drėgnio kiekio privalumas – jis nepriklauso nuo oro temperatūros. Jei drėgmės kiekis nesikeičia, drėgnio kiekis išlieka pastovus bet kokioje temperatūroje. Dėl to tai yra pagrindinis parametras skaičiuojant džiovinimo ir drėkinimo procesus.
Tipinės drėgnio kiekio reikšmės:
- 2–4 g/kg – sausas žiemos dienos oras
- 6–9 g/kg – komforto sąlygos
- 12–18 g/kg – drėgna vasaros diena
- daugiau nei 20 g/kg – tropinis klimatas
Pašalintos drėgmės kiekiui apskaičiuoti naudojama formulė: m = G × (d1 - d2), kur m – pašalintos drėgmės kiekis (g/val.), G – oro sąnaudos (kg/val.), d1 ir d2 – pradinis ir galutinis drėgnio kiekis (g/kg).
Psichrometrinėje diagramoje drėgnio kiekis vaizduojamas kaip horizontalios linijos su skale dešinėje diagramos pusėje.
4. Rasos taško temperatūra
Rasos taško temperatūra (žymima Td) – tai temperatūra, kurioje oras pasiekia vandens garų prisotinimo būseną (RH = 100%) ir toliau vėsinant pradeda kondensuotis. Matuojama laipsniais Celsijaus (°C).
Fizikinė rasos taško prasmė paprasta: jei bet kurio paviršiaus, su kuriuo liečiasi oras, temperatūra nukrenta žemiau rasos taško, ant to paviršiaus atsiranda kondensatas. Klasikinis pavyzdys – stiklinė su šaltu gėrimu, kuri „prakaituoja“ šiltoje patalpoje, nes jos paviršiaus temperatūra yra žemesnė už aplinkinio oro rasos tašką.
Patalpoje, kur 21 °C ir 50% RH, rasos taškas yra apie 10 °C. Tai reiškia, kad visi paviršiai, kurių temperatūra žemesnė nei 10 °C (pavyzdžiui, žiemą šalti langų paketai arba neizoliuoti šalto vandens vamzdynai), bus padengti kondensatu.
Praktinė inžinierių rekomendacija: paviršių temperatūra patalpoje turėtų būti bent 2–3 °C aukštesnė už rasos tašką, kad būtų išvengta kondensacijos. Psichrometrinėje diagramoje rasos taškas nustatomas pagal prisotinimo liniją (φ = 100%) ir atitinka kairę vertikalią ašį.
5. Vandens garų dalinis slėgis
Vandens garų dalinis slėgis (žymimas pv) – tai slėgis, kurį ore sukuria vandens garų molekulės. Matuojamas paskaliais (Pa) arba kilopaskaliais (kPa).
Esmė ta, kad kiekviena vandens garų molekulė „stumia“ aplinką, sukurdama slėgį. Šis parametras yra kritiškai svarbus suprasti drėgmės difuzijos procesus per statybines konstrukcijas, nes drėgmė juda iš didesnio dalinio slėgio zonos į mažesnio.
Pavyzdžiui, žiemą šiltoje patalpoje (esant 21 °C ir 40% RH) vandens garų dalinis slėgis sudaro apie 990 Pa, o lauke prie -10 °C ir 85% RH – tik 260 Pa. Šis 730 Pa slėgių skirtumas „stumia“ drėgmę per pastato sienas iš vidaus į išorę, kas įvertinama projektuojant garo izoliaciją.
Psichrometrinėje diagramoje vandens garų dalinis slėgis vaizduojamas skale dešinėje, lygiagrečia drėgnio kiekio skalei, su kuriuo jis funkciniu požiūriu susijęs.
6. Drėgno oro entalpija
Entalpija (žymima h arba i) – tai visa drėgno oro energija, kuri apima juntamąją šilumą (susijusią su temperatūra) ir slaptąją šilumą (susijusią su drėgmės kiekiu). Matuojama kilodžauliais kilogramui (kJ/kg).
Orui, kurio temperatūra 21 °C ir drėgnio kiekis 7,8 g/kg, bendra entalpija sudaro apie 41 kJ/kg, iš kurių apie 21 kJ/kg tenka juntamajai šilumai, o 20 kJ/kg – vandens garavimo slaptajai šilumai. Svarbu suprasti, kad išgarinti 1 kg vandens reikia apie 2500 kJ energijos.
Oro vėsinimo arba šildymo galia apskaičiuojama pagal formulę: Q = G × (h1 - h2), kur Q – galia (kW), G – oro masės srautas (kg/s), h1 ir h2 – pradinis ir galutinis entalpijos dydžiai (kJ/kg).
Pavyzdys: norint atvėsinti 1000 m³/val. (≈1200 kg/val.) oro, kurio parametrai 30 °C ir 60% RH (entalpija 71,2 kJ/kg), iki 20 °C ir 50% RH (entalpija 38,5 kJ/kg), reikalinga šaldymo galia: Q = 1200 × (71,2 - 38,5) / 3600 = 10,9 kW.
Psichrometrinėje diagramoje entalpija pateikiama įstrižomis linijomis kampu, skalė dažniausiai – viršutinėje kairėje diagramos dalyje.
7. Šlapio termometro temperatūra
Šlapio termometro temperatūra (žymima Tw) – tai temperatūra, iki kurios atvėsta drėgnu audiniu apvyniotas termometras, kai jį apipučia oras. Matuojama laipsniais Celsijaus (°C).
Proceso fizika tokia: garuojant vandeniui iš audinio, pasiimama šiluma ir termometras atšąla. Kuo oras sausesnis, tuo intensyvesnis garavimas ir tuo žemesnė šlapio termometro temperatūra, palyginti su sauso termometro temperatūra.
Orui, kurio parametrai 21 °C ir 50% RH, šlapio termometro temperatūra yra apie 15 °C. Esant 100% santykinei drėgmei, garavimas neįmanomas, ir šlapio termometro temperatūra lygi sauso termometro temperatūrai.
Šlapio termometro temperatūra turi svarbią praktinę reikšmę vertinant garavimo aušinimo potencialą. Pavyzdžiui, esant kaitriems 35 °C ir 30% RH, šlapio termometro temperatūra yra apie 22 °C, tai reiškia galimybę atvėsinti orą 10–11 °C nenaudojant mechaninio šalčio – vien garuojant vandenį.
Šis principas naudojamas aušinimo bokštuose, gariniuose aušintuvuose ir adiabatinio drėkinimo sistemose. Psichrometrinėje diagramoje šlapio termometro temperatūros linijos yra beveik lygiagrečios entalpijos linijoms.
Psichrometrinė diagrama – raktas į drėgno oro savybių supratimą
Psichrometrinė diagrama – tai grafinis įrankis, siejantis visus septynis drėgno oro parametrus ir leidžiantis, žinant bet kuriuos du iš jų, nustatyti visus kitus. Tai nepakeičiamas ŠVOK inžinieriaus įrankis analizuojant oro apdorojimo procesus.
Naudingiausios parametrų kombinacijos praktiniam naudojimui:
- Temperatūra (T) + santykinė drėgmė (RH) – paprasčiausi matuoti standartiniais prietaisais
- Temperatūra (T) + rasos taškas (Td) – paviršių kondensacijos kontrolei
- Temperatūra (T) + drėgnio kiekis (d) – džiovinimo/drėkinimo procesų skaičiavimams
Praktinis psichrometrinės diagramos naudojimo pavyzdys: lauko oro, kurio parametrai 32 °C ir 70% RH (taškas 1), vėsinimas iki tiekiamo oro 22 °C (taškas 2).
Žingsnis 1: Randame pradinį tašką 1 diagramoje (32 °C, 70% RH).
Žingsnis 2: Nustatome pradinius parametrus: drėgnio kiekis d1 = 22,4 g/kg, entalpija h1 = 89,8 kJ/kg.
Žingsnis 3: Vykdome vėsinimo procesą kaip horizontalią liniją iki susikirtimo su prisotinimo kreive (RH = 100%), tada vertikaliai žemyn iki 22 °C temperatūros.
Žingsnis 4: Nustatome galutinius parametrus: drėgnio kiekis d2 = 16,5 g/kg, entalpija h2 = 64,2 kJ/kg.
Žingsnis 5: Apskaičiuojame kondensuotos drėgmės kiekį 1000 m³/val. oro: m = 1200 × (22,4 - 16,5) / 1000 = 7,1 kg/val.
Žingsnis 6: Nustatome reikalingą vėsinimo galią: Q = 1200 × (89,8 - 64,2) / 3600 = 8,5 kW.
Tipinės klaidos dirbant su drėgno oro parametrais
ŠVOK sistemų inžinieriai ir projektuotojai dažnai daro šias klaidas:
- Santykinės drėgmės tapatinimas su absoliučiu vandens garų kiekiu ore
- Santykinės drėgmės pokyčio ignoravimas šildant orą
- Vandens garų dalinių slėgių skirtumo neįvertinimas teisingam garo izoliacijos projektavimui
- Slaptosios šilumos neįtraukimas į energetinius skaičiavimus
Šios klaidos sukelia rimtas eksploatacines pasekmes:
- Kondensacija ant langų, vamzdžių ir kitų šaltų paviršių
- Drėgmės kaupimasis sienose ir šilumos izoliacijoje
- Neteisingas įrangos galios parinkimas
- Gyventojų ir pastato naudotojų diskomfortas
- Padidėjusios šildymo, vėdinimo ir kondicionavimo sistemų energijos sąnaudos
Dažniausiai užduodami klausimai apie drėgno oro parametrus
Kodėl žiemą bute sausa, nors lauke didelė santykinė drėgmė?
Pašildžius šaltą žiemos orą, jo santykinė drėgmė smarkiai krinta dėl didėjančios oro gebos sulaikyti drėgmę, tačiau absoliutus drėgmės kiekis (drėgnio kiekis) išlieka nepakitęs. Pavyzdžiui, lauko oras esant -5 °C ir 80% RH, pašildytas iki +21 °C, turės tik apie 20% RH.
Kaip greitai nustatyti rasos tašką be prietaisų?
Apytikriam įvertinimui galima naudoti empirinę taisyklę: esant 20–25 °C, temperatūrai mažėjant kas 10–12 °C, santykinė drėgmė maždaug padvigubėja. Vadinasi, esant 21 °C ir 50% RH, rasos taškas (kai RH pasieks 100%) bus apie 10 °C.
Kas yra slaptoji šiluma ir kodėl ji svarbi?
Slaptoji šiluma – tai energija, susijusi su vandens fazės virsmais (garavimu arba kondensacija). Ji nekeičia medžiagos temperatūros, tačiau reikšmingai veikia energijos balansą. Išgarinti 1 kg vandens reikia maždaug 2500 kJ energijos, kas prilygsta 1 kg sauso oro pašildymui 2500 °C! Slaptosios šilumos neįvertinimas lemia dideles klaidas skaičiuojant kondicionierių galią.
Kuo skiriasi drėgnio kiekis nuo santykinės drėgmės?
Drėgnio kiekis (g/kg) – tai faktinis vandens garų kiekis ore, nepriklausomas nuo temperatūros. Santykinė drėgmė (%) – tai procentinė oro prisotinimo vandens garais dalis, palyginti su maksimaliai įmanoma prie esamos temperatūros; ji stipriai priklauso nuo temperatūros.
Kaip šlapio termometro temperatūra padeda įvertinti aušinimo potencialą?
Šlapio termometro temperatūra – tai teorinė aušinimo riba, kurią galima pasiekti garuojant vandenį be papildomo šaldymo. Kuo didesnis skirtumas tarp sauso ir šlapio termometro temperatūrų, tuo didesnis garavimo aušinimo potencialas. Pavyzdžiui, esant 35 °C ir 30% RH, orą galima atvėsinti iki 22 °C vien garuojant vandenį.
Išvados: drėgno oro parametrų praktinė reikšmė
Kiekvienas iš nagrinėtų drėgno oro parametrų yra svarbus įrankis sprendžiant konkrečias inžinerines užduotis:
- Sauso termometro temperatūra – šiluminio komforto užtikrinimui
- Santykinė drėgmė – medžiagų apsaugai ir žmonių komfortui
- Drėgnio kiekis – tiksliems džiovinimo ir drėkinimo procesų skaičiavimams
- Rasos taško temperatūra – kondensacijos ant paviršių prevencijai
- Vandens garų dalinis slėgis – konstrukcijų garo izoliacijos projektavimui
- Entalpija – šildymo, vėdinimo ir kondicionavimo sistemų energetiniams skaičiavimams
- Šlapio termometro temperatūra – garavimo aušinimo potencialo įvertinimui
Visapusiškas visų septynių drėgno oro parametrų supratimas ir gebėjimas naudotis psichrometrine diagrama leidžia ŠVOK inžinieriams kurti energetiškai efektyvias, ekonomiškas ir komfortiškas sistemas bet kokioms eksploatavimo sąlygoms.
