Точка росы – это температура, при которой водяные пары из воздуха начинают конденсироваться на поверхностях. Случается так, что в отопительный сезон мы можем наблюдать конденсирование влаги на окнах и иногда стенах. В последнем случае конденсат может привести даже к образованию плесени.
В этой статье мы попробуем разобрать такое понятие как «точка росы» и научимся определять температуру выпадения конденсата на поверхностях.
Рассмотрим простой пример для понимания: воздух внутри помещения имеет температуру +20°C и при влажности воздуха 60% на поверхности с температурой ниже +12°C будет образовываться конденсат.
Благодаря номограмме ниже температуру точки росы можно будет определить более точно.
Измерив эти значения, далее на номограмме с помощью линейки прокладываем луч от шкалы температуры в помещении к известной влажности воздуха, в том месте, где луч пересечет шкалу «Температура точки росы» и будет нужным значением температуры поверхности для вашего случая.
Собираясь утеплять свои жилища, многие владельцы домов сталкиваются с проблемой выбора утеплительных материалов. Действительно, ассортимент теплоизоляторов достаточно велик и все они имеют разные характеристики и области применения. Одним из основных параметров утеплителя является паропроницаемость - свойство материалов и конструкций, выполненных из них, пропускать сквозь себя водяной пар. Зачем нам нужно знать этот параметр?
Дело в том, что влажные, тем более мокрые, теплоизоляционные материалы существенно увеличивают свою теплопроводность. И как следствие перестают выполнять теплоизолирующие функции, т.е. утеплитель уже не утепляет, а присутствует только для вида. Мало того влага, сконденсировавшаяся в материале ограждающей конструкции, замерзая зимой, разрушает его изнутри, ослабляя конструктивную прочность, что чревато резким ухудшением здоровья жильцов.
При изучении этих процессов появляется на свет так называемая «точка росы» - термин, связанный с конденсацией водяного пара. Какое отношение он имеет к строительству, мы сейчас и попробуем разобраться. По-простому, что называется «на пальцах».
Начнем издалека. Вода - основа жизни на нашей планете - присутствует в наших домах в трех агрегатных состояниях:
Помимо этих очевидных мест, вода еще находится в ограждающих конструкциях (стенах, перекрытиях, кровле) нашего дома. С целью упрощения понимания в дальнейшем мы будем рассматривать только стены (точнее одну стену), подразумевая, что схожие процессы протекают и в других конструкциях здания.
Прежде чем рассматривать паропроницаемость стен, остановимся на водяном паре. Как и все газы, составляющие воздух в помещении, он обладает парциальным давлением (парциальный - частичный, составляющий часть чего-либо). То есть водяной пар давит на стену с определенной силой. И если снаружи (с улицы) на эту же стену давит с такой же силой тот же водяной пар, то он (пар) никуда двигаться не будет.
Но если дома жарко и сыро, а за окном холодный сухой морозец, то пар, как скаковая лошадь, ринется туда, где его парциальное давление ниже (так как влаги в уличном воздухе нет или очень мало), т.е. на улицу, проникая сквозь поры материала стены. При этом охлаждаясь по пути (ведь температура внутренней поверхности стены +25 °С, а наружной, например, –20 °С, мороз, однако), и по мере остывания превращаясь в воду (конденсируясь).
Переходить в другое агрегатное состояние (воду) водяной пар может при понижении температуры, повышении атмосферного давления, увеличении количества пара в воздухе (повышении влажности). Нормальное атмосферное давление (760 мм ртутного столба) там, где живут люди, может изменяться всего лишь на пару–тройку процентов в обе стороны, поэтому его влияние мы учитывать не будем.
Рассмотрим физику процесса конденсации пара в материале стены по мере его продвижения изнутри наружу. Для простоты будем считать, что температура воздуха внутри и снаружи помещения постоянны. Количество водяного пара в граммах в единице объема воздуха (1 м 3) называется абсолютной влажностью воздуха. В строительных теплофизических расчетах применяется параметр относительная влажность воздуха . Он показывает количество водяного пара в воздухе в долях от максимально возможного при конкретной температуре и чаще всего выражается в процентах.
Например, относительная влажность воздуха 60% при температуре 20 °С, говорит о том, что в одном кубическом метре воздуха в виде пара находится 10,4 грамма воды, что составляет 60% (6/10) от максимального количества воды (17,3 грамма в 1 м 3), которое может находиться в парообразном состоянии в том же кубометре воздуха при данной температуре.
Каждый i –тый газ, составляющий наш воздух (азот, кислород, аргон, углекислый газ и др.) как и водяной пар, создает свое собственное парциальное давление е i , определяемое согласно уравнению Клапейрона (формулу смотрите на картинке). Сумму парциальных давлений газов воздуха можно измерить с помощью обыкновенного барометра. Доля давления насыщенного пара в ней не превышает 0,1 % и для температуры 20 °С составляет примерно 2,34 кПа (смотри таблицу).
При 100% относительной влажности воздух максимально насыщен водяным паром и называется насыщенным (по аналогии с объевшимся человеком). Степень насыщенности воздуха водяным паром зависит только от его температуры, чем она выше, тем больше молекул воды в единице объема может находиться в парообразном состоянии. Зависимость давления насыщенного пара от его температуры была снята экспериментальным путем и занесена в специальные таблицы. Парциальное давление насыщенного водяного пара называется давлением насыщения воздуха водяным паром и обозначается символом Е (смотри картинку с графиками).
Если увеличить температуру воздуха с некоторой (отличной от ноля) абсолютной влажностью его относительная влажность понизится, так как величина парциального давления водяного пара растет линейно от температуры, причем достаточно медленно, а давление насыщения растет по экспоненте (т.е. гораздо быстрее). Наоборот, при охлаждении воздуха относительная влажность возрастет вследствие более быстрого снижения величины давления насыщения.
По мере остывания влажного воздуха до некоторой температуры, когда парциальное давление пара станет равным давлению насыщения паром при этой же температуре, относительная влажность воздуха составит 100%, то есть воздух достигнет максимального насыщения водяным паром. Эта температура называется точкой росы . Если воздух будет и далее охлаждаться, то часть влаги начнет из него конденсироваться. Воздух при этом будет по-прежнему полностью насыщен водяным паром, а его давление насыщения будет снижаться в соответствии с падающей температурой.
В процессе снижения температуры, она в каждый момент времени будет точкой росы для новой сформировавшейся абсолютной влажности воздуха. Другими словами, по мере продвижения (диффузии) водяного пара сквозь материал стены в сторону холодной улицы, он с каждым сантиметром будет попадать во все более холодные слои, и, остывая, продолжит конденсироваться, увлажняя при этом стену.
Условием отсутствия образования конденсата на внутренней поверхности стены и в ее толще является поддержание температуры ограждающих конструкций и воздуха в помещении выше точки росы, а это значит, что парциальное давление водяных паров в каждой точке сечения стены должно быть меньше давления насыщения пара. Соблюдения этого условия можно добиться наружным утеплением стен, их внутренней пароизоляцией, снижением абсолютной влажности воздуха в помещении путем его проветривания и вентилирования.
О том, чем и , не опасаясь обрушения перекрытий, расскажем в следующей статье.
Приведем несколько примеров, которые четко покажут, что такое точка росы, а затем дадим определение этого эффекта с точки зрения физики. И так при купании в ванной в обязательном порядке зеркало запотевает. Входим с мороза в магазин, запотевают очки. На стеклянной крышке сковородки, которая жарит для нас картошку, так же обнаруживаются капли воды. Вот буквально всего лишь три примера, которые показывают, что такое точка россы.
Многие могут удивиться и ответить, что это простой процесс конденсации пара, и будут полностью правы. Ведь точка росы – это температура, при которой водяные пары или влажность, содержащаяся в окружающем нас воздухе, понижается настолько, что данный пар превращается в капельки воды. То есть происходит процесс конденсации водяных паров.
Но необходимо отметить, что на сам процесс конденсации влияют два фактора одновременно – это влажность и температура. Но все же обычно при столкновение с термином «точка росы» основное значение придается относительной влажности. И здесь это все взаимосвязано. К примеру, если относительная влажность выше, то точка росы так же выше и становиться ближе к температуре окружающего воздуха. При стопроцентной относительной влажности, точка росы совпадает с температурой. Вот такой чисто математический расклад.
Хотелось бы привести пример, который точно покажет, как образуется роса на поверхностях. Все мы замечали, что любой сосуд с открытой горловиной и заполненный водой будет со временем понижать уровень воды. Это связано с процессом испарения воды. Так вот воздух, который окружает сосуд, постепенно будет насыщаться этими водяными парами. Такое насыщение будет происходить до определенного уровня, который зависит от температуры воздуха. То есть именно температура влияет на содержание водяных паров в воздухе.
Но воздух может принять такое количество паров, пока не достигнет предела насыщения. Это, кстати, и называется относительная влажность. Вот пример того, как температура влияет на влажность. Температура воздуха +20С, насыщение парами составляет 17,3 г/м3, то есть для данной температуры это стопроцентная влажность. При той же температуре насыщение 8,7 г/м3, то относительная влажность уже 50%. А вот если температура падает до +10С, то воздух будет считаться насыщенным при содержании водяных паров 9,4 г/м3. Теперь вы должны понять, в чем разница и в чем зависимость точки росы, температуры и влажности.
И все же, как было сказано выше, точка россы – это температура, при которой насыщение воздуха водяными парами невозможно, то есть приостанавливается процесс испарения и начинается процесс конденсации.
Мурат и Вера Баймирзаевы специально для
Точкой росы при данном давлении называется температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нём водяной пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться в росу.
Точка росы определяется относительной влажностью и температурой воздуха. Чем выше относительная влажность, тем точка росы выше и ближе к фактической температуре воздуха. Чем ниже относительная влажность, тем точка росы ниже фактической температуры. Если относительная влажность составляет 100 %, то точка росы совпадает с фактической температурой.
Пример из жизни - в теплое помещение заносится какая-либо предмет с мороза. Воздух над поверхностью такой вещи охлаждается ниже точки росы (для текущей влажности и температуры) и на поверхности образуется "роса". Чем выше в воздухе содержание влаги, тем меньше необходима разница температур между температурой воздуха и температурой того же предмета для того, чтобы начался процесс конденсации. В дальнейшем предмет нагревается до температуры помещения, и конденсат испаряется. Собственно, с этим и связана рекомендация не включать сразу бытовые приборы, занесенные с мороза.
Точка росы воздуха - важнейший параметр, который говорит о влажности и возможности конденсации в помещении, но при этом не поддается регулированию. Это физический термин. Точку росы можно найти на графиках, отражающих зависимость между влажностью и температурой в помещении.
Если температура внутреннего стекла в стеклопакете будет равна или ниже температуры точки росы, при существующей на данный момент относительной влажности внутреннего воздуха, то на стекле может появится конденсат.
Понизить влажность в помещении можно несколькими способами:
1. Рекомендуется поддерживать температуру воздуха в помещении не ниже 20°С, а относительной влажности не выше 30-40%.
2. Рекомендуется проветривать помещение не менее 3 раз в день по 10-15 минут. При покупке пластиковых окон поинтересуйтесь у менеджеров о дополнительных возможностях регуляторов микроклимата: гребенки, микропроветривание, зимнее проветривание, вентиляционные клапаны позволяют выбрать наиболее комфортный и эффективный способ проветривания помещения.
3. Вентиляционная вытяжка должна иметь тягу. Рекомендуется межкомнатные двери держать открытыми. (предусмотреть зазор 15-20мм между дверью и полом)
4. Отопительные приборы (батареи) следует освободить от загромождающих предметов (диванов, мебели, плотных штор и т.д)
Таблица точки росы. Пример: если температура в помещении +20°С, а относительная влажность 40%; точка росы, при которой может выпасть конденсат на стеклах составляет +6°С
| Вл./t | 0 | 2,5 | 5 | 7,5 | 10 | 12,5 | 15 | 17,5 | 20 | 22,5 | 25 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 20 | -20 | -18 | -16 | -14 | 12 | -9,8 | -7,7 | -5,6 | -3,6 | -1,5 | -0,5 |
| 30 | -15 | -13 | -11 | -8,9 | -6,7 | -4,5 | -2,4 | -0,2 | 1,9 | 4,1 | 6,2 |
| 40 | -12 | -9,7 | -7,4 | -5,2 | -2,9 | -0,7 | 1,5 | 3,8 | 6,0 | 8,2 | 10,5 |
| 50 | -9,1 | -6,8 | -4,5 | -2,2 | 0,1 | 2,4 | 4,7 | 7,0 | 9,3 | 11,6 | 13,9 |
| 60 | -6,8 | -4,4 | -2,1 | 0,3 | 2,6 | 5,0 | 7,3 | 9,7 | 12,0 | 14,4 | 16,7 |
| 70 | -4,8 | -2,4 | 0,0 | 2,4 | 4,8 | 7,2 | 9,6 | 12,0 | 14,4 | 16,8 | 19,1 |
| 80 | -3,0 | -0,6 | 1,9 | 4,3 | 6,7 | 9,2 | 11,6 | 14,0 | 16,4 | 18,9 | 21,3 |
| 90 | -1,4 | 1,0 | 3,5 | 6,0 | 8,4 | 10,9 | 13,4 | 15,8 | 18,3 | 20,8 | 23,2 |
| 100 | 0,0 | 2,5 | 5,0 | 7,5 | 10,0 | 12,5 | 15,0 | 17,5 | 20,0 | 22,5 | 25,0 |
Парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе помещения (абсолютная влажность внутреннего воздуха e в) зависит от температуры внутреннего воздуха t в и относительной его влажности в как
е в =E(t)
Зависимость представлена в графическом виде на рисунке 1:
При низкой температуре наружного воздуха, температура на внутренней поверхности остекления (τ
в.п.) окажется существенно ниже температуры воздуха внутри помещения (в середине помещения на высоте 1,5м. о пола). В этом случае предельное значение парциального давления водяного пара Е, соответствующее температуре τ
в.п. , может быть ниже, чем расчетное е в =f (t в, в)
, что приведет к выпадению "лишнего" водяного пара на холодной внутренней поверхности остекления в виде конденсата или изморози. Значение температуры, при котором Е=f(τ
в.п.) и е в =f (t в, в)
буду т равны, соответсвует температуре точки росы.
Давайте определим вероятность выпадения конденсата на внутренней поверхности однокамерного стеклопакета 4-12-4, установленного с температурой внутреннего воздуха t в =20°Си влажностью внутреннего воздуха в = 60%, при условии что наружная температура падает до значения t н =-30°С.
τ в.п. при понижении температуры наружного воздуха до -30°С. Полный температурный перепад в этом случае равен δ Т=Т в -Т н =20+30=50°С.
Исходя из того, что падение температуры в толще ограждающей конструкции изнутри помещения наружу пропорционально изменению термического сопротивления, а именно
δ t в =(δ .Т/R o)xR в где
R в =0,12- сопротивление теплопередаче у внутренней поверхности остекления.
Соотвественно, получем t в =(50/0,30)x0.12=19.99°C
Температура на внутренней поверхности стеклопакета будет равна τ в.п. =20-19,99=0,01°С, что существенно ниже температуры точки росы для данного помещения (t=12°C)
Таким образом, температура на внутренней поверхности однокамерного стеклопакета, установленного в помещении с температурой внутреннего воздуха t в =20°С и влажностью внутреннего воздуха в =60%, при условии падения наружной температуры до значения t н =-30°С, будет существенно ниже температуры точки росы, что приведет к выпадению обильного конденсата и образованию наледи на стекле изнутри помещения.
Итак, подводя итог, мы можем сказать, что такие условия примера приемлимы для некоторых промышленных предприятий, автостоянок, торговых центров и т.п. то есть для помещений не предназначенных для постоянного пребывания людей
Оконные фирмы сплошь и рядом сталкиваются с точкой росы - вечная проблема конденсата, особенно зимой (окна "текут", "плачут" в мороз, обильно выпадает конденсат на стеклах и рамах) никому не дает покоя. Особенно сильно эта проблема волнует тех, кто еще не установил себе окна и очень боится столкнуться с этой проблемой в будущем.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Абсолютная влажность воздуха - это количество водяного пара в единице объема воздуха:
В системе СИ единица измерения абсолютной влажности
Влажность воздуха является очень важным параметром окружающей среды. Известно, что большую часть поверхности Земли занимает вода (Мировой океан), с поверхности которой непрерывно происходит испарение. В различных климатических зонах интенсивность этого процесса различна. Она зависит от среднесуточной температуры, наличия ветров и др. факторов. Таким образом, в определенных местах процесс парообразования воды более интенсивен, чем ее конденсация, а в некоторых - наоборот.
Человеческий организм активно реагирует на изменения влажности воздуха. Например, процесс потоотделения тесно взаимосвязан с температурой и влажностью окружающей среды. При высокой влажности процессы испарения влаги с поверхности кожи практически компенсируются процессами ее конденсации, и нарушается отвод тепла от организма, что приводит к нарушениям терморегуляции; при низкой влажности процессы испарения влаги превалируют над процессами конденсации и организм теряет слишком много жидкости, что может привести к обезвоживанию.
Кроме того, понятие влажности является важнейшим критерием оценивания погодных условий, что всем известно из прогнозов погоды.
Абсолютная влажность воздуха дает представление о конкретном содержании воды в воздухе по массе, однако эта величина неудобна с точки зрения восприимчивости влажности живыми организмами. Человек ощущает не массовое количество воды в воздухе, а ее содержание относительно максимально возможного значения. Для описания реакции живых организмов на изменения содержания водяного пара в воздухе вводят понятие относительной влажности.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Относительная влажность воздуха - это физическая величина, показывающая насколько водяной пар в воздухе далек от насыщения:
где плотность водяного пара в воздухе (абсолютная влажность); плотность насыщенного водяного пара при данной температуре.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Точка росы - это температура, при которой водяной пар становится насыщенным.
Зная температуру точки росы, можно получить представление об относительной влажности воздуха. Если температура точки росы близка к температуре окружающего воздуха, значит влажность высокая (при совпадении температур образуется туман). И напротив, если значения точки росы и температуры воздуха в момент измерения сильно расходятся, то можно говорить о низком содержании водяных паров в атмосфере.
Когда в теплое помещение с мороза заносят какую-либо вещь, воздух над ней охлаждается, насыщается водяными парами, и на вещи конденсируются капельки воды. В дальнейшем вещь прогревается до температуры воздуха помещения, и весь конденсат испаряется.
Другой, не менее хорошо знакомый пример - запотевание стекол в доме. У многих зимой на окнах появляется конденсат. На это явление влияют два фактора -- влажность и температура. Если установлен нормальный стеклопакет и правильно проведено утепление, а конденсат есть, -- значит, в помещении высокая влажность; возможно плохая вентиляция или вытяжка.
ПРИМЕР 1
| Задание | На фотографии представлены два термометра, используемые для определения относительной влажности воздуха с помощью психрометрической таблицы. Что покажет влажный термометр, если при неизменной температуре воздуха относительная влажность увеличится на 7%?
|
| Решение | Запишем показания сухого и влажного термометра, представленных на фотографии:
Определим разность показаний термометров: |
