7 galvenie mitrā gaisa parametri AVK inženieriem

Autors: Mycond tehniskā nodaļa

Gaiss nav tikai slāpekļa, skābekļa un citu gāzu maisījums. Patiesībā tā ir sarežģīta termodinamiska sistēma, kurā ietilpst ūdens tvaiks, kura stāvoklis tieši ietekmē cilvēku siltuma komfortu, gaisa kondicionēšanas un ventilācijas sistēmu enerģijas patēriņu, kā arī būvkonstrukciju ilgmūžību. AVK (apkure, ventilācija un kondicionēšana) inženierim mitrā gaisa īpašību izpratne ir profesionālās darbības pamats.

Lai pareizi projektētu un ekspluatētu AVK sistēmas, ir jāzina septiņi galvenie mitrā gaisa parametri un jāprot ar tiem operēt. Tieši šie parametri nosaka iekštelpu gaisa stāvokli Rīgā, Daugavpilī, Liepājā un citās Latvijas pilsētās, kur klimata apstākļi izvirza īpašas prasības mikroklimata sistēmām.

1. Sausā termometra temperatūra

Sausā termometra temperatūra (T) ir parastā gaisa temperatūra, ko rāda standarta termometrs. Mērvienība — grādi pēc Celsija (°C). To dēvē par “sauso” termometru, lai atšķirtu no “mitrā” termometra, par kuru runāsim tālāk.

Latvijā komforta temperatūras normas dzīvojamām telpām ir 20–22 °C ziemā un 23–25 °C vasarā. Biroju telpām par optimālu uzskata 21–23 °C visa gada garumā. Psihrometriskajā diagrammā sausā termometra temperatūra attēlota kā horizontālā ass.

2. Relatīvais mitrums

Relatīvais mitrums (RH vai φ) ir procentuālā daļa no maksimāli iespējamā ūdens tvaika daudzuma gaisā pie dotās temperatūras. Mērvienība — procenti (%). Svarīga īpatnība — spēcīga atkarība no temperatūras.

Piemēram, kad ziemas gaiss ar temperatūru –5 °C un relatīvo mitrumu 80% nonāk telpā un uzsilst līdz +21 °C, tā relatīvais mitrums nokrītas līdz 20% pie tā paša absolūtā ūdens daudzuma! Tāpēc ziemā Rīgas un Jūrmalas telpās bieži jūtams gaisa sausums.

Komforta normas relatīvajam mitrumam ir 40–60%. Vērtības zem 30% izraisa diskomfortu pārmērīga sausuma dēļ, bet virs 70% — pārmērīga mitruma dēļ. Psihrometriskajā diagrammā relatīvais mitrums attēlots kā izliektas līnijas.

3. Mitruma saturs

Mitruma saturs (d, w vai x) ir reālais ūdens tvaika daudzums gaisā. Mērvienība — grami ūdens uz kilogramu sausa gaisa (g/kg). Galvenā priekšrocība — neatkarība no temperatūras.

Tipiskas mitruma satura vērtības Latvijas klimatā:

• Sausa ziemas diena: 2–4 g/kg
• Komfortabli dzīvojamie apstākļi: 6–9 g/kg
• Mitra vasaras diena Jūrmalā: 12–18 g/kg

Lai aprēķinātu izvadītās mitruma daudzumu (piemēram, ar sausinātāju), izmanto formulu: M = G × (d₁ – d₂), kur M — izvadītā mitruma daudzums (g/h), G — gaisa plūsma (kg/h), d₁ un d₂ — mitruma saturs gaisā pirms un pēc sausināšanas. Psihrometriskajā diagrammā mitruma saturs attēlots ar horizontālām līnijām ar mērogu labajā pusē.

4. Rasas punkta temperatūra

Rasas punkta temperatūra (Td) ir temperatūra, līdz kurai gaisu jāatdzesē, lai sāktos ūdens tvaika kondensācija. Mērvienība — grādi pēc Celsija (°C). Fiziskā jēga: ja virsmas temperatūra ir zemāka par rasas punktu, uz tās veidojas kondensāts.

Klasisks piemērs — glāze ar aukstu ūdeni, kas “svīst”. Glāzes virsmas temperatūra ir zemāka par apkārtējā gaisa rasas punktu, tāpēc uz tās kondensējas mitrums no gaisa.

Telpai ar parametriem 21 °C un 50% RH rasas punkts ir ap 10 °C. Kritiskas situācijas rodas uz logiem ziemā Daugavpilī, Liepājā un citās Latvijas pilsētās, kad iekšējā stikla virsma atdziest zem rasas punkta. Īpaši bīstama ir kondensācija sienas biezumā, kas var izraisīt pelējuma attīstību un konstrukciju bojājumus.

Praktiska rekomendācija — uzturēt virsmu temperatūru par 2–3 °C augstāku par rasas punktu. Psihrometriskajā diagrammā rasas punkts atbilst piesātinājuma līnijas kreisajai vertikālajai asij.

5. Ūdens tvaika daļējais spiediens

Ūdens tvaika daļējais spiediens (p_v) ir spiediens, ko rada ūdens tvaika molekulas gaisā. Mērvienība — paskāli (Pa) vai kilopaskāli (kPa). Fiziskā jēga: katra ūdens tvaika molekula “spiež” uz apkārtējo vidi, radot spiedienu.

Šis parametrs ir īpaši svarīgs, lai izprastu mitruma difūziju caur ēku sienām Latvijā, kur mitrums pārvietojas no augstāka tvaika spiediena uz zemāku. Piemēram, ziemā Rīgā spiedienu starpība starp siltu, mitru telpu un aukstu, sausu āra gaisu “stumj” mitrumu caur sienu, kas var novest pie kondensāta uzkrāšanās sienu konstrukcijās.

Ūdens tvaika daļējais spiediens tieši ietekmē tvaika izolācijas projektēšanu. Psihrometriskajā diagrammā tas attēlots ar skalu labajā pusē, kas ir paralēla mitruma satura skalai.

6. Entalpija

Entalpija (h vai i) ir mitrā gaisa kopējā enerģija, kas ietver jūtamo siltumu (saistītu ar temperatūru) un latentā iztvaikošanas siltumu (saistītu ar ūdens tvaiku). Mērvienība — kilodžouli uz kilogramu gaisa (kJ/kg).

Apskatīsim piemēru: gaisam ar parametriem 21 °C un 7,8 g/kg kopējā entalpija ir ap 41 kJ/kg, no kuriem aptuveni 21 kJ/kg — jūtamais siltums un 20 kJ/kg — latentais siltums. Svarīgi zināt, ka 1 kg ūdens iztvaicēšanai nepieciešami ap 2500 kJ enerģijas.

Lai aprēķinātu gaisa kondicionēšanas sistēmu jaudu, izmanto formulu: Q = G × (h₁ – h₂), kur Q — jauda (kW), G — masas gaisa plūsma (kg/s), h₁ un h₂ — gaisa entalpija pirms un pēc apstrādes.

Psihrometriskajā diagrammā entalpija attēlota ar slīpām līnijām leņķī, ar skalu augšējā kreisajā stūrī.

7. Mitrā termometra temperatūra

Mitrā termometra temperatūra (Tw) ir temperatūra, ko rāda termometrs, kas aptīts ar mitru audumu, caur kuru plūst gaiss. Mērvienība — grādi pēc Celsija (°C). Kad ūdens iztvaiko no auduma, tas atņem siltumu un atdzesē termometru.

Gaisam ar parametriem 21 °C un 50% RH mitrā termometra temperatūra ir ap 15 °C. Galējas robežas gadījumā, kad relatīvais mitrums ir 100%, iztvaikošana nav iespējama, un mitrā termometra temperatūra ir vienāda ar sausā termometra temperatūru.

Šo parametru tradicionāli izmantoja vienkāršai mitruma mērīšanai ar slingpsihrometru. Taču galvenā mūsdienu pielietošana — iztvaices dzesēšanas potenciāla novērtēšana. Piemēram, karstā dienā ar temperatūru 35 °C un relatīvo mitrumu 30% (raksturīgi Latvijas kontinentālajiem reģioniem vasarā) mitrā termometra temperatūra ir ap 22 °C, kas nozīmē iespēju atdzesēt gaisu par 10–11 °C tikai ar ūdeni, bez mehāniskās dzesēšanas.

Mitrā termometra temperatūra nosaka dzesētājtorņu un adiabātiskās mitrināšanas sistēmu efektivitāti, kuras plaši izmanto Latvijas rūpnieciskajos objektos. Psihrometriskajā diagrammā tā attēlota ar līnijām, kas gandrīz ir paralēlas entalpijas līnijām.

Psihrometriskā diagramma — universāls instruments

Psihrometriskā diagramma sasaista visus septiņus mitrā gaisa parametrus un ļauj, zinot jebkurus divus no tiem, atrast visus pārējos. Noderīgākās parametru kombinācijas:

• Temperatūra + relatīvais mitrums — vienkāršākā mērījumu kombinācija, pieejama no lielākās daļas sadzīves ierīču Rīgā un Jūrmalā
• Temperatūra + rasas punkts — kondensācijas kontrolei uz logiem un būvkonstrukcijām
• Temperatūra + mitruma saturs — sausināšanas un mitrināšanas aprēķiniem

Psihrometriskās diagrammas praktisks piemērs

Apsveram tipisku uzdevumu Latvijas vasarai: ārējā gaisa ar parametriem 32 °C un 70% RH atdzesēšana līdz 22 °C.

1. Nosakām sākotnējo mitruma saturu: pie 32 °C un 70% RH tas ir ap 21,8 g/kg
2. Ja atdzesē gaisu līdz 22 °C bez mitruma satura maiņas, relatīvais mitrums pieaugs virs 100%, kas nav iespējams
3. Tātad daļa mitruma kondensēsies. Pie 22 °C maksimālais mitruma saturs (pie 100% RH) ir ap 16,5 g/kg
4. Kondensētā mitruma daudzums: 21,8 – 16,5 = 5,3 g/kg gaisa
5. Sākotnējā gaisa entalpija: ap 90 kJ/kg
6. Gala gaisa entalpija: ap 64 kJ/kg
7. Kondicioniera jauda 1000 m³/h gaisa atdzesēšanai: Q = (1000 × 1,2 kg/m³) × (90 – 64) / 3600 = 8,67 kW

Biežākās kļūdas, strādājot ar mitrā gaisa parametriem

Visbiežākās kļūdas, kas tiek pieļautas, strādājot ar mitrā gaisa parametriem Latvijas apstākļos:

• Relatīvā mitruma pielīdzināšana absolūtajam ūdens daudzumam gaisā
• Ignorēšana, ka, sildot gaisu, relatīvais mitrums būtiski krītas
• Ūdens tvaika daļējā spiediena starpības nenovērtēšana tvaika izolācijas projektēšanā
• Latentā siltuma neņemšana vērā gaisa kondicionēšanas sistēmu enerģētiskajos aprēķinos

Šo kļūdu ekspluatācijas sekas:

• Kondensāts uz logiem un cauruļvadiem Daugavpilī un Liepājā aukstajā periodā
• Mitruma uzkrāšanās Ventspils un Jelgavas ēku sienās jūras klimata ietekmē
• Nepareiza mikroklimata iekārtu jaudas izvēle
• Iemītnieku diskomforts neoptimāla mitruma režīma dēļ

Biežāk uzdotie jautājumi par mitrā gaisa parametriem

Kāpēc ziemā dzīvoklī ir sauss, lai gan ārā relatīvais mitrums ir augsts?

Kad auksts āra gaiss nonāk telpā un tiek uzsildīts, tā relatīvais mitrums pie tā paša absolūtā mitruma daudzuma būtiski samazinās. Piemēram, gaiss ar temperatūru –10 °C un relatīvo mitrumu 90% pēc uzsildīšanas līdz +22 °C būs ar relatīvo mitrumu tikai ap 15%, kas rada sausuma sajūtu.

Kā ātri noteikt rasas punktu bez instrumentiem?

Aptuvenai novērtēšanai var izmantot likumu: pie istabas temperatūras (20–22 °C) rasas punkts ir aptuveni par 10 °C zemāks, ja relatīvais mitrums ir 50%, par 2–3 °C zemāks, ja mitrums ir 80%, un gandrīz vienāds ar temperatūru, ja mitrums ir tuvu 100%.

Kas ir latentais siltums un kāpēc tas ir svarīgs?

Latentais siltums — tā ir enerģija, kas atrodas ūdens tvaikā un tiek atbrīvota kondensācijas laikā vai absorbēta ūdens iztvaikošanas laikā. Tas veido būtisku daļu no gaisa kondicionēšanas sistēmu kopējās siltuma slodzes, īpaši mitrajā Latvijas piekrastes klimatā. Ignorējot latentā siltuma daļu, iekārtu jauda var izrādīties par 30–40% nepietiekama.

Ar ko atšķiras mitruma saturs no relatīvā mitruma?

Mitruma saturs parāda reālo ūdens daudzumu gaisā (g/kg) un nav atkarīgs no temperatūras. Relatīvais mitrums — gaisa piesātinājuma procentuālā pakāpe pie dotās temperatūras, un tas būtiski mainās, mainoties temperatūrai, pat ja absolūtais mitruma daudzums nemainās.

Ko nozīmē piesātinājuma līkne psihrometriskajā diagrammā?

Piesātinājuma līkne (100% relatīvā mitruma līnija) atbilst stāvoklim, kad gaiss satur maksimāli iespējamo ūdens tvaika daudzumu pie dotās temperatūras. Jebkura gaisa atdzesēšana vai mitruma pievienošana virs šīs līknes izraisa kondensāciju. Punkti uz šīs līknes atbilst rasas punkta vērtībām dažādiem gaisa stāvokļiem.

Secinājumi

Katrs no aplūkotajiem mitrā gaisa parametriem ir svarīgs instruments konkrētu inženiertehnisku uzdevumu risināšanai Latvijas klimata apstākļos:

• Sausā termometra temperatūra — cilvēku siltuma komforta novērtēšanai telpās Rīgā un citās pilsētās
• Relatīvais mitrums — būvmateriālu stāvokļa kontrolei un pelējuma attīstības novēršanai
• Mitruma saturs — precīziem gaisa sausināšanas sistēmu aprēķiniem Latvijas mitrajos piekrastes reģionos
• Rasas punkts — kondensācijas novēršanai uz aukstām virsmām ziemas periodā
• Ūdens tvaika daļējais spiediens — efektīvas tvaika izolācijas projektēšanai skarbajā Latvijas klimatā
• Entalpija — gaisa kondicionēšanas sistēmu enerģētiskajiem aprēķiniem un rekuperācijas efektivitātes novērtēšanai
• Mitrā termometra temperatūra — iztvaices dzesēšanas potenciāla novērtēšanai ventilācijas sistēmās

Padziļināta šo parametru izpratne ļauj AVK inženieriem veidot efektīvas un ekonomiskas mikroklimata sistēmas dzīvojamām, sabiedriskām un rūpnieciskām ēkām Rīgā, Daugavpilī, Liepājā, Jelgavā, Jūrmalā, Ventspilī un citās Latvijas pilsētās.