Что такое влажность?

Влажность - это содержание влаги в воздухе. Относительная влажность - это отношение количества влаги, содержащейся в воздухе при данной температуре, к максимальному количеству влаги, которое может содержаться в насыщенном воздухе при той же температуре.

Например, при температуре 21 °C 1 кг сухого воздуха может содержать до 15,8 г влаги. В таком случае говорят, что относительная влажность воздуха составляет 100 %. Если при той же температуре 1 кг сухого воздуха содержит 7,9 г воды, то относительная влажность воздуха составит 50 % (7,9/15,8=0,50).

Количество воды, которое может содержать воздух, зависит от температуры и повышается с ее ростом. Таким образом, если 1 кг сухого воздуха при температуре 21 °C может содержать до 15,8 г влаги, то при температуре -18 °C равное количество воздуха может содержать только 0,92 г влаги. Следовательно, если у вас есть 1 кг сухого воздуха при температуре 21 °C и относительной влажности 50 %, т.е. содержание влаги 7,9 г, то при охлаждении этого воздуха до -18 °C, воздух достигнет насыщения (100 % относительной влажности) при температуре 9,5 °C. И наоборот, если вы возьмете 1 кг сухого воздуха при температуре -18 °C и относительной влажности 100%, свлагосодержанием соответственно 0,92 г, и повысите далее температуру до 21 °C без добавления влаги, то относительная влажность понизится до 6 % (0,92/ 15,8=0,06).

Такой сверхсухой воздух является причиной многих проблем.

Почему сухой воздух является проблемой?

Когда температура наружного воздуха опускается ниже температуры воздуха в помещении, холодный влажный воздух при попадании в теплое здание прогревается и становится сухим. Аналогично тому, как влага из воздуха поглощается материалами, находящимися в здании, теплый сухой воздух вытягивает влагу из всего, с чем он соприкасается, пытаясь достичь "влажностного равновесия".

Именно такое осушение воздухом приводит к известным проблемам сухости носоглотки, растрескивания древесины и материалов, статического электричества. Аналогичное явление пересушенности воздуха может возникнуть при использовании систем кондиционирования воздуха, когда воздух сначала охлаждается до температуры ниже точки росы, а избыток влаги конденсируется и удаляется. При последующем нагреве воздух становится сухим и вызывает дискомфорт.

Точка росы - это температура, при которой данный воздух становится насыщенным, а дальнейшее понижение температуры вызывает конденсацию паров влаги.

Изотермическое и адиабатическое увлажнение Carel

Для повышения влажности воздуха используются 2 принципиально разных способа: изотермическое увлажнение, адиабатическое увлажнение.

При изотермическом увлажнении водяной пар образуется в результате испарения воды в специальном парогенераторе. Потребляемая энергия обеспечивает фазовый переход воды из жидкого состояния в парообразное. При этом количество явного тепла, содержащегося в воздухе, остается неизменным, в связи с чем процесс называется изотермическим, а увлажнители - изотермическими или паровыми.

В адиабатических увлажнителях происходит распыление воды в воздухе в виде тонкого монодисперсного аэрозоля, который интенсивно испаряется, потребляя явное тепло, содержащееся в воздухе. В результате перехода воды из жидкого состояния в парообразное температура воздуха понижается. Таким образом, наряду с увлажнением происходит ассимиляция дополнительного тепла. Поскольку процесс осуществляется без поступления тепловой энергии от внешних источников, он называется адиабатическим, а увлажнители -адиабатическими, распылительными или атомайзерами.

Зачем увлажнять воздух?

Необходимость увлажнения воздуха чаще всего возникает в трех случаях.
1. Использование гигроскопических материалов в технологическом процессе или их хранение внутри здания;
2. Проблема статического электричества;
3. Необходимость создания комфортных условий.

1. Гигроскопические материалы Carel

Если кусок древесины, хранившийся на улице, занести в теплое помещение с более низкой относительной влажностью воздуха, то древесина для поддержания равновесного влажностного баланса начнет отдавать часть влаги более сухому воздуху. По мере отдачи влаги древесина сжимается, растрескивается и деформируется. Аналогичные негативные процессы происходят и с другими гигроскопическими материалами: бумагой, тканями, некоторыми видами пластмасс, воском, фруктами и овощами и т.д.

В гигроскопических материалах влага проходит через клеточную оболочку и заполняет полость клеток, в результате объем материала увеличивается. Этот процесс принципиально отличается от гидрофильной абсорбции, когда поглощенная влага распределяется в межклеточном пространстве, не вызывая увеличения объема материала.

Таким образом, именно перепады относительной влажности, а не температуры воздуха приводят к изменениям объема материалов и непосредственно влияют на свойства материалов и параметры технологических процессов. Защитить гигроскопические материалы от порчи можно только через стабилизацию параметров окружающего воздуха. Данное условие достижимо путем осушения слишком влажного воздуха и увлажнения чересчур сухого.

Полиграфия

Бумага поступает в типографию в рулонах, доведенная на бумажной фабрике до определенного значения влагосодержания и упакованная во влагонепроницаемую бумагу для сохранения этой влаги (отчасти по причине продажи бумаги на вес, так как в этом случае, чем больше влагосодержание, тем выше отпускная цена). Как только упаковка снимается, бумага начинает отдавать влагу более сухому воздуху. После установки бумажного рулона на печатный станок и по мере его размотки процесс усыхания резко ускоряется, рулон бумаги может сократиться на несколько сантиметров в длину и ширину. При многоцветной печати из-за изменения размеров бумаги цвета могут сместиться и оказаться в неправильном месте. Конечно, оператор периодически производит настройку матричных каландров для компенсации этого эффекта. Однако, при нестабильной влажности воздуха в течение рабочего дня потребуется слишком частая настройка каландров. Это приводит к повышенному расходу бумаги, лишним затратам времени и снижению производительности.

Стабилизация параметров воздуха за счет правильного регулирования влажности обеспечит стабильность качества и размеров бумаги. Значит, вырастет производительность труда и уменьшатся простои.

Деревообработка

Во время обработки древесина набухает или усыхает. В результате образуются трещины, происходит расслоение, растрескивание и деформация древесины. Вместе с тем, сухая древесина быстро поглощает растворяющие вещества из лакокрасочных покрытий, а ее поверхность приобретает шероховатый неглянцевый вид. Если воздух в цехе будет слишком сухим, нанесенные клеевые швы окажутся недолговечными, так как древесина впитает растворитель до момента отвердевания клея.

Как и в предыдущем случае, стабилизация параметров окружающего воздуха позволит сохранить одинаковые размеры древесины на протяжении всего технологического процесса и повысить качество продукции.

Текстильное производство

При прохождении пересушенных волокон через ткацкий станок они становятся ломкими и рвутся. Возникают простои оборудования, снижается производительность труда. Второй побочный эффект при разрыве волокон - образование пуха. Это часто приводит к ухудшению параметров воздуха ниже допустимых пределов.

При должном уровне влажности уменьшается количество разрывов волокон, снижается концентрация пыли в воздухе и повышается производительность оборудования.

Административные помещения

Сухой воздух в зимний период вызывает растрескивание и деформацию столов и панельной обшивки, повышает хрупкость ковровых волокон, растет содержание пыли в воздухе.

Благодаря регулированию влажности параметры воздуха в помещении существенно улучшаются. Снижается уровень концентрации пыли благодаря меньшей хрупкости волокон и более эффективной фильтрации разбухших от влаги частиц пыли во время уборки помещения.

Производство микросхем

Современные микросхемы с каждым днем становятся все меньше, производители говорят уже о размерах не в микронах, а в ангстремах! Даже незначительное изменение размеров кремниевой пластины при фотомаскировании из-за нестабильности параметров воздуха приводит к относительному смещению маски на 2 мм.

Музеи

Стабильность параметров окружающей среды играет немаловажную роль при хранении произведений искусства. Дерево, холст и пергамент при сухом воздухе моментально портятся, становятся хрупкими и начинают растрескиваться. Многие передвижные выставки заранее оговаривают определенный уровень влажности в помещении, как одно из условии открытия выставки.

Военная промышленность

На заводах Boeing, McDonnel Douglas, Hughes Aircraft и Lockheed регулирование уровня влажности стало первостепенной задачей после внедрения новых технологий °Cтеле". Противорадарное покрытие весьма чувствительно к деформациям в процессе сушки. В результате быстрого высыхания верхнего слоя в полимерном покрытии образуются трещины, через которые незащищенный металл отражает радиолокационные сигналы.

Хранение продуктов питания

Мясо может сохранять свой естественный красный цвет без применения нитратов, если его хранить в специальных морозильных камерах с повышенным уровнем влажности. При существенной потере влаги клетки овощей или фруктов высыхают до необратимого состояния. Вот почему так важно контролировать требуемый уровень влажности в местах хранения с момента поступления товара до момента его продажи.

2. Статическое электричество

Процесс образования статического электричества резко падает при поддержании уровня влажности выше 35 %. Во многих сферах деятельности людям приходится сталкиваться с этой проблемой.

Компьютерные залы

Низкий уровень влажности в компьютерном зале приводит к накоплению статических зарядов, разряд которых может вызвать разрушение памяти и элементов микросхем. При повышенной сухости воздуха сверхскоростные принтеры могут стать причиной выхода компьютеров из строя из-за накопления статического заряда на движущихся листах бумаги.

Полиграфия

Помимо проблемы гигроскопичности бумаги в печатных цехах необходимо решать вопросы накопления статического электричества. При прохождении бумаги через газетный печатный станок на валу накапливается статический заряд до 2 000 000 В. При его разряде сначала могут воспламениться пары, а затем и сам растворитель, находящийся в чернильных картриджах печатного станка.

Фотопленки

Большинство промышленных фотолабораторий оснащено системами увлажнения для устранения статического разряда, приводящего к засветке пленки. Это особенно важно при проявлении медицинских рентгеновских снимков.

3. Необходимость создания комфортных условий

Создание комфортных условий становится все более приоритетной задачей в современном обществе. При поддержании нормальной влажности снижается уровень концентрации пыли, улучшается самочувствие людей, легче переносятся перепады температуры, исключается высыхание и деформация гигроскопичных контактных линз.