Дослідження властивостей вологого повітря

Людина у стані спокою протягом години вдихає та видихає в середньому до 500 літрів повітря. При цьому організмом людини поглинається за годину біля 19 літрів кисню і виділяється біля 16 літрів вуглекислого газу.

Головною складовою повітря є кисень. Постійний його вміст в атмосферному повітрі підтримується завдяки процесам фотосинтезу, коли зелені насадження поглинають вуглекислий газ і виділяють кисень.

Крім цього, важливу роль для життєдіяльності людини відіграє наявність у повітрі вуглекислого газу, який бере участь у регулюванні дихання, кровообігу, газообміну тощо. Як надлишок, так і недостача вуглекислого газу в повітрі, яке вдихає людина, негативно в однаковій мірі відображається на стані здоров’я. Санітарними нормами встановлені допустимі межі концентрації вуглекислого газу в повітрі, яке вдихається людиною, в межах 0,5…1,5\%, що не впливає на зміну фізіологічних функцій організму та працездатності.

Властивості повітря визначаються його тепловологісним станом, газовим складом та вмістом шкідливих газів, пари і пилу.

Відповідно до закону Дальтона кожний газ у суміші займає весь об’єм і має свій парціальний тиск p_і, а сума цих тисків дорівнює повному барометричному тиску В суміші, тобто

При практичних розрахунках технічних систем з використанням повітря воно називається вологим і розглядається як суміш двох складових: водяної пари та сухого повітря.

Із закону Дальтона абсолютний тиск вологого повітря Р виражається залежністю:

Р = Рп + Рс.п,

де Рп та Рс.п – парціальні тиски, відповідно, водяної пари і сухого повітря, Па.

Якщо гази можуть змішуватися в будь-яких пропорціях і кількостях, то повітря може вмістити лише певну кількість водяної пари, тому що парціальний тиск парів води в суміші не може бути вище парціального тиску нacичення цієї пари при даній температурі. Існування граничного парціального тиску нacичення виявляється в тому, що уся надлишкова водяна пара буде конденсуватися. Таке повітря називається насиченим. При цьому волога у залежності від температурних умов може випадати у вигляді крапель води, туману, кристалів льоду або інею.

Температура при якій водяна пара стає насиченою (конденсується) називається температурою точки роси.

Для характеристики рівня вологості повітря використовуються поняття абсолютної (d) і відносної (φ) вологості повітря.

Абсолютна вологість - кількість пари (кг), що міститься в одному кубічному метрі вологого повітря. Абсолютна вологість відповідає густині вологого повітря.

Для практичних розрахунків за одиницю виміру, що характеризує вміст пари у вологому повітрі, приймають вологовміст.

Вологовміст вологого повітря (d) – кількість водяної пари, що міститься в об'ємі вологого повітря, що складається з 1 кг сухого повітря і водяної пари:

Відносною вологістю (φ), або рівнем вологості(гігрометричним показником), називають відношення парціального тиску парів води до парціальному тиску нacичених парів, виражене у відсотках:

Для практичних розрахунків використовують співвідношення

Відносну вологість можна визначити при вимірюваннях інтенсивності випаровування води. Природно, чим нижче вологість, тим активніше буде йти випаровування вологи. Якщо термометр обмотати вологою тканиною, то покази його будуть зменшуватися щодо сухого термометра.

Величину t_м визначають за допомогою термометра, у якого ємність із ртуттю загорнута вологою тканиною (“мокрий” термометр). Якщо відносна вологість менша 100 %, то водяна пара починає випаровуватись, так як її парційний тиск у вологому повітрі менший від тиску насичення.Процес випаровування води з поверхні зволоженого (мокрого) термометра супроводжується відводом теплоти, яка називається прихованою (теплотою фазового переходу), що обумовлює зниження температури поверхні, яка регіструється термометром. Такий процес називається процесом адіабатного випаровування і графічно відображається у діаграмі лінією h =соnst Зниження температури зволоженного термометру припиняється коли встановлюється рівновага між мокрим тепловим потоком (обумовленним випаровуванням води) та сухим тепловим потоком від повітря до зволоженного термометру.

За різницею показів звичайного (“сухого”) термометра (температура якого рівна температурі повітря п t) і мокрого термометра, користуючись таблицями або номограмами, знаходять відносну вологість повітря

Густина ρ_с.п сухого повітря, визначається за формулою

,

Густина (об'ємна вага) вологого повітря - маса 1 м³ вологого повітря.

Так як густина вологого повітря суттєво не відрізняється від сухого, при практичних розрахунках може бути визначена за формулою:

Питома теплоємність повітря (с) - це кількість тепла, яку необхідно підвести до 1 кг вологого повітря для того, щоб змінити температуру на один градус(1⁰С=1К). Питома теплоємність повітря при постійному тиску залежить від температури, проте для практичних розрахунків, з достатньою для інженерних розрахунків похибкою, питому теплоємність як сухого, так і вологого повітря вважають незмінними:

Питома теплоємність сухого повітря С_р = 1,005 кДж/(кг К) = 0,24 ккал/(кг К).

Питома теплоємність водяної пари С_рп = 1,8 кДж /кг К =0,44 ккал / (кг К).

Ентальпія вологого повітря розраховується як сума сухої частини

h = h_с.п. + h_п та водяної пари h_п=2500+1,8t d.