Учебный материал для выполнения задания

Под влажностью воздуха понимают содержание в нем водяного пара. Для характеристики влажности воздуха используют следующие величины: абсолютная, максимальная, относительная влажность, дефицит насыщения и физиологический дефицит влажности, точка росы.

Абсолютная влажность выражается парциальным давлением водяных паров в миллиметрах ртутного столба (мм рт.ст.) или в единицах массы (количестве водяных паров) в граммах в кубическом метре воздуха (г/м³). Абсолютная влажность дает представление об абсолютном содержании водяных паров в воздухе, но не показывает степени его насыщения.

Максимальная влажность (мм рт. ст.)- упругость водяных паров при полном насыщении воздуха влагой при данной температуре, или количество водяных паров в граммах, необходимое для полного насыщения 1 м³ воздуха при данной температуре. Максимальная влажность воздуха зависит от температуры. Чем выше температура воздуха, тем больше требуется водяных паров для полного его насыщения.

Относительная влажность (%) - отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в процентах, или процент насыщения воздуха водяными парами в момент наблюдения.

Дефицит насыщения (мм рт.ст.)– разница между максимальной и абсолютной влажностью.

Физиологический дефицит влажности (мм рт.ст.) – разность между максимальной влажностью воздуха при температуре 37 °С (температура выдыхаемого воздуха) или 32 °С (температура тела) и абсолютной влажностью воздуха в момент исследования. Физиологический дефицит влажности показывает, сколько граммов воды может быть удалено из организма с вдыхаемым воздухом или с поверхности кожи каждым кубометром воздуха.

Точка росы - температура, при которой находящиеся в воздухе водяные пары насыщают пространство 1 кубического метра воздуха или температура, при которой абсолютная влажность станет максимальной.

Наибольшее гигиеническое значение имеют относительная влажность и дефицит насыщения, так как они определяют степень насыщения воздуха водяными парами и позволяют судить об интенсивности и скорости испарения пота с поверхности тела или при дыхании при той или иной температуре. Чем меньше относительная влажность, тем дальше воздух от состояния насыщения и быстрее происходит испарение воды, следовательно, интенсивнее теплоотдача при испарении пота.

Для измерения влажности используют методики, основанные на принципах психрометрии и гигрометрии.

Психрометрия использует зависимость степени охлаждения смоченной водой поверхности от скорости испарения ее влаги. Приборы, действие которых обосновано на этом принципе, называют психрометрами.

Г игрометрический (сорбционный) принцип основан на способности гигроскопических тел поглощать из воздуха влагу в количестве, пропорциональном относительной влажности воздуха, изменяя при этом свою длину, массу, упругость, электропроводность и другие характеристики. Приборы, работа которых основана на использовании этого принципа, называют гигрометрами, гигрографами.

Гигрометры - приборы, с помощью которых можно непосредственно определить относительную влажность (рис. 2). Прибор представляет собой раму, в которой вертикально натянут обезжиренный волос. Один конец волоса укреплен на верхней части рамы, другой (нижний) перекинут через блок и к нему прикреплен небольшой груз, при помощи которого

Рис. 2. Гигрометр

волос всегда находится в слегка натянутом состоянии. К блоку прикреплена стрелка.

При увеличении влажности воздуха волос удлиняется, при уменьшении влажности укорачивается. Изменения длины волоса приводят в движение стрелку, которая перемещается по шкале. На шкале нанесены цифры относительной влажности в процентах.

Гигрограф - самопишущий прибор, который применяется для непрерывной регистрации изменений относительной влажности воздуха в течение длительного времени. Прибор устроен аналогично термографу.

В качестве воспринимающей части, реагирующей на изменение влажности воздуха, служит пучок волос, который при помощи системы рычажков соединяется со стрелкой, заканчивающейся пером. В зависимости от влажности воздуха длина пучка волос изменяется, что приводит в движение систему и на ленте барабана вычерчивается кривая относительно влажности воздуха.

Рис. 3. Гигрограф

Абсолютная влажность воздуха определяется приборами, которые называются психрометрами. Они бывают двух видов: аспирационный психрометр Ассмана и психрометр Августа.

П сихрометр Августа (стационарный) предназначен для определения влажности и температуры воздуха в жилых и служебных помещениях, в которых нет открытых источников лучистой энергии (рис.4). Психрометр Августа состоит из двух одинаковых ртутных или спиртовых термометров, условно называемых "влажным" и "сухим". Резервуар "влажного" термометра обернут кусочком тонкой материи (батист или марля), конец которого опущен в сосуд с дистиллированной водой. Верхний край сосуда должен находиться на расстоянии 3—4 см от резервуара термометра. С поверхности влажной материи происходит испарение воды.

Рис.4. Психрометр Августа

На процесс испарения затрачивается тепло, поэтому "влажный" термометр будет ох­лаждаться и показывать более низкую температуру, чем "сухой". При определении влажности воздуха прибор следует оградить от источников излучения и случайных движений воздуха. Отсчеты показаний обоих термомет­ров производят через 10—15 мин после установки прибора.

Аспирационный психрометр является усовершенствованным прибором и также состоит из двух одинаковых термометров — "сухого" и "влажного" (рис. 5). Оба термометра психрометров заключены в металлические трубки, через которые равномерно просасывается исследуемый воздух с помощью маленького заводного вентилятора, находящегося в верхней части прибора. Такое устройство обеспечивает защиту резервуаров термометров от лучистой энергии и гарантирует постоянную скорость движения воздуха вокруг термометров. Кроме того, благодаря просасыванию значительной массы воздуха показания приборов более точные, чем у психрометра Августа, который определяет влажность воздуха, находящегося лишь в непосредственной близости от прибора.

Методика определения влажности. Влажность определяют одновременно с измерением температуры воздуха в центре помещения на высоте 1,5 м от пола вдали от отопительных приборов и прямых солнечных лучей.

Рис. 5 Психрометр Ассмана

При определении влажности психрометром Ассмана предварительно готовят прибор: проверяют его комплектность, исправность термометров, готовят штатив или крюк для подвешивания психрометра, дистиллированную воду.

Убедившись в полной готовности прибора и места определения, набирают дистиллированную воду в резиновый баллончик (пипетку), имеющийся в комплекте психрометра, и увлажняют батистовую обертку «влажного» термометра, избегая при этом попадания капель воды внутрь трубок психрометра. После смачивания пипетку вынимают, и капли воды, оставшиеся на внутренней стенке металлической трубки, удаляют полоской фильтровальной бумаги. Заводят механизм аспиратора и подвешивают прибор вертикально резервуарами вниз в месте измерения. При этом исследуемый воздух засасывается в трубки, омывает резервуары термометров, затем поступает в вертикальную металлическую трубку, расположенную между термометрами, и удаляется через отверстия в верхней части прибора.

Так как воздух движется с постоянной скоростью (2 м/с), испарение воды с поверхности резервуара "влажного" термометра происходит более равномерно, чем в станционном психрометре, и не зависит от скорости движения воздуха в помещении. Экспозиция до отсчета показаний при комнатной температуре составляет 4 мин, на холоде 10 —15 мин (при такой экспозиции необходимо повторно заводить механизм аспиратора).

Показания термометров считывают обязательно до окончания работы аспиратора.

Абсолютная влажность вычисляется по формуле:

где: К - искомая абсолютная влажность,

F - максимальная упругость водяных паров при температуре влажного термометра (по таблице 4 ), мм рт.ст.

0,5 - психрометрический коэффициент,

t - температура сухого термометра, °С

t₁ - температура влажного термометра, °С

В - барометрическое давление в момент исследования, в мм. рт.ст,

755 - среднее барометрическое давление, мм. рт.ст

Определение абсолютной влажности воздуха психрометром Августа основано на строгой зависимости между степенью влажности воздуха, испаряемостью воды и соответственным охлаждением влажного термометра. Точные показания психрометра возможны лишь при хорошем испарении с поверхности смоченного термометра. Это обеспечивается правильной повязкой влажного термометра кисеей, батистом или марлей и за­висит также от чистоты ткани.

Шарик термометра покрывают одним слоем ткани, причем края ее не должны заходить один на другой более чем на 1/4 окружности шарика. Ткань предварительно смачивают дистиллированной водой, чтобы она плотно и без складок облегала шарик термометра. Загрязненная ткань плохо смачивается водой, поэтому ее необходимо сменять не реже 2 раз в месяц. Для предупреждения загрязнения можно хранить обернутый шарик влажного термометра погруженным в стаканчик с водой, но за 15 мин до наблюдения стаканчик надо опустить на 2—3 см ниже шарика термометра, чтобы края стаканчика не мешали свободному обмену воздуха и чтобы около шарика термометра не было воздуха с повышенной влажностью. Для уверенности в достаточной смоченности ткани лучше всего за 10—15 мин до отсчета показаний погрузить шарик термометра в стаканчик с водой, а затем снова опустить стаканчик на 2—3 см ниже шарика. Показания сухого и влажного термометров снимают через 10—15 мин после установления психрометров в пункте наблюдения. Предварительно следует убедиться, что температура влажного термометра достигла низшего уровня. В зависимости от системы термометра отсчет температуры производят с точностью до 0,2° (на ртутных термометрах) или до 0,5° (на спиртовых термометрах). Отсчет производят быстро, с тем, чтобы приближение наблюдателя к психрометру не искажало показаний термометров. Сначала отмечают десятые доли, а затем целые градусы.

Примечание. При работе с психрометром на морозе ткань обертки влажного термометра обрезают непосредственно под шариком. За 30 мин до начала наблюдения шарик термометра погружают в стаканчик с дистиллированной водой комнатной температуры. Ледяная корочка, оставшаяся на ткани от предыдущего смачивания, тает, что становится заметным по подъему температуры влажного термометра. Стаканчик убирают, снимают каплю воды с кончика ткани и через 25—30 мин производят отсчет. При отрицательных температурах определение влажности психрометрическим методом может давать большие ошибки, поэтому в этих условиях следует пользоваться другими приборами (волосным гигрометром, термоэлектрическим психрометром и др.).

Таблица 4 Максимальное напряжение водяных паров в мм рт. столба при разных температурах

Градус	Десятые доли градуса
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
-5	3,16	3,13	3,11	3,09	3,06	3,04	3,02	2,99	2,97	2,95
-4	3,40	3,38	3,35	3,33	3,30	3,28	3,25	3,23	3,21	3,18
-3	3,67	3,64	3,62	3,59	3,56	3,53	3,51	3,48	3,46	3,43
-2	3,95	3,92	3,89	3,86	3,84	3,81	3,78	3,75	3,72	3,70
-1	4,26	4,22	4,19	4,16	4,13	4,10	4,07	4,04	4,01	3,98
0	4,58	4,61	4,65	4,68	4,72	4,75	4,78	4,82	4,86	4,89
1	4,93	4,96	5,00	5,03	5,07	5,11	5,14	5,18	5,22	5,26
2	5,29	5,33	5,37	5,41	5,45	5,49	5,52	5,56	5,60	5,64
3	5,68	5,72	5,77	5,81	5,85	5,89	5,93	5,97	6,02	6,06
4	6,10	6,14	6,19	6,23	6Д7	6,32	6,36	6,41	6,45	6,50
5	6,54	6,59	6,64	6,68	6,73	6,78	6,82	6,87	6,92	6,96
6	7,01	7,06	7,11	7,16	7,21	7,26	7,31	7,36	7,41	7,46
7	7,51	7,56	7,62	7,67	7,72	7,78	7,83	7,88	7,94	7,99
8	8,04	8,10	8,16	8,21	8,27	8,32	8,38	8,44	8,49	8,55
9	8,62	8,67	8,73	8,79	8,84	8,90	8,96	9,02	9,09	9,15
10	9,21	9,27	9,33	9,40	9,46	9,52	9,58	9,65	9,71	9,78
11	9,84	9,91	9,98	10,04	10.11	10,18	10,24	10,31	10,38	10,45
12	10,52	10,59	10,66	10,73	10,80	10,87	10,94	11,01	11,08	11,16
13	11,23	11.30	11,30	11,45	11,53	11,60	11,68	11,76	11,83	11.91
14	11,99	12,06	12,14	12,22	12,30	12,38	12,46	12,54	12,62	12,71
15	12,79	12,87	12,95	13,04	13,12	13,20	13,29	13,38	13,46	13,55
16	13,63	13,72	13,81	13.90	13.99	14,08	14,17	14,26	14,35	14,44
17	14,53	14,62	14,72	14,81	14,90	15,00	15,09	15,19	15,28	15,38
18	15,48	15,58	15,67	15,77	15,87	15,97	16,07	16,17	16,27	16,37
19	16,48	16,58	16,67	16.79	16,89	17,00	17,10	17,21	17,32	17,43
20	17,54	17,64	17,75	17,86	17,97	18,08	18,20	18,31	18,42	18,54
21	18,65	18,76	18,88	19,00	19,11	19,23	19,35	19,47	19,59	19,71
22	19,83	19,95	20,07	20,19	20,32	20,44	20,56	2,69	20,82	20,94
23	21,07	21,20	21,32	21,45	21,58	21,71	21,84	21,98	22,11	22,24

Абсолютную влажность вычисляют по формуле Реньо с точностью до второго десятичного знака:

где: f — максимальное напряжение водяных паров в воздухе при температуре влажного термометра (находится по таблице 1);

α — психрометрический коэффициент, зависящий от скорости движения воздуха (например, для небольшой закрытой комнаты — 0,00120, для большой закрытой комнаты— 0,00100, для наружной атмосферы — 0,00090—0,00074), при скоростях выше 2,0—2,5 м/с изменения психрометрического коэффициента становятся очень малыми;

t — температура по сухому термометру;

t₁ — температура по влажному термометру;

В — барометрическое давление в момент наблюдения

Определение относительной влажности:

а) по формуле

где: К — абсолютная влажность в миллиметрах рт. ст.;

F — максимальная влажность в миллиметрах рт. ст. при температуре сухого термометра;

б) по психрометрической таблице 6, приложенной к психрометру Ассмана.

Искомую влажность находят в точке пересечения линии, идущей горизонтально от показания "сухого" термометра, с линией, проведенной вертикально от показания "влажного" термометра;

в) по таблице 5 к психрометру Августа для скорости движения воздуха 0,2м/с;

г) по ориентировочному расчету, основанному на следующих соображениях: при одинаковых показаниях сухого и влажного термометров (см. первую и последнюю графы психрометрической таблицы 3 для помещения с температурой 12—25° и со скоростью движения воздуха до 0,2 м/с) относительная влажность равна 100%; при каждом уменьшении относительной влажности на 10% разность в показаниях сухого и влажного термометров составляет 0,6—1,6°; при практических определениях ее можно принять в среднем за 10.

Таким образом, для ориентировочного нахождения относительной влажности (не пользуясь ни формулой Реньо, ни таблицами) следует вычесть из 100% величину, полученную при умножении разности между показаниями сухого и влажного термометров на 10.

Пример. Сухой термометр показывает 20,0°, а влажный — 16,5°; разность между ними равна 3,5°; умножая эту величину на 10 и вычитая полученное произведение из 100, найдем относительную влажность — 65%.

П оказания влажного термометра, °С	12,0	13,0	14,0	15,0	16,0	17,0	18,0	19,0	20,0	21,0	22,0	23,0	24,0	25,0	100
	11,7	12,6	13,6	14,6	15,6	16,6	17,5	18,5	19,5	20,5	21,5	22,5	23,5	24,4	95
	11,3	12,2	13,2	14,2	15,2	16,2	17,1	18,1	19,0	20,0	21,0	22,0	23,0	23,9	90
	1,0	1,8	2,8	13,8	14,8	15,8	6,6	17,6	18,5	19,5	0,5	1,5	22,4	3,3	85
	10,7	11,5	12,5	13,4	14,4	15,3	16,2	17,2	18,1	19,1	20,0	20,9	21,9	22,8	80
	10,3	11,1	12,1	13,0	14,0	14,9	15,7	16,7	17,6	18,6	19,5	20,4	21,3	22,2	75
	9,9	10,8	11,7	12,6	13,5	14,4	15,3	16,2	17,1	18,0	18,9	19,8	20,7	21,7	70
	9,5	10,4	11,3	12,2	13,1	13,9	14,8	15,7	16,6	17,5	18,4	19,3	20,1	21,2	65
	9,1	10,0	10,9	11,8	12,6	13,5	14,4	15,3	16,1	17,1	17,9	18,8	19,6	20,5	60
	8,7	9,6	10,5	11,4	12,2	13,0	13,9	14,8	15,6	16,5	17,3	18,2	19,0	19,8	55
	8,4	9,2	10,1	10,9	11,8	12,6	13,4	14,3	15,1	15,9	16,7	17,6	18,4	19,2	50
	8,0	8,8	9,7	10,5	11,3	12,1	12,9	13,8	14,5	15,3	16,1	17,0	17,8	18,5	45
	7,6	8,4	9,2	10,0	10,8	11,6	12,4	13,2	14,0	14,8	15,6	16,4	17,1	17,9	40
	7,2	8,0	8,8	9,6	10,3	11,2	11,9	12,7	13,4	14,2	15,0	15,7	16,5	17,2	35
	6,8	7,6	8,4	9,2	9,9	10,7	11,4	12,2	12,9	13,6	14,4	15,1	15,9	16,6	30
	6,4	7,2	8,0	8,7	9,4	10,2	10,9	11,7	12,4	13,1	13,8	14,4	15,2	15,9	25
	6,0	6,8	7,5	8,2	9,0	9,7	10,4	11,1	11,8	12,6	13,2	13,8	14,5	15,2	20
	5,7	6,4	7,1	7,8	8,5	9,1	9,9	10,6	11,2	11,9	12,5	13,1	13,8	14,5	15
	5,3	5,9	6,6	7,3	8,0	8,6	9,3	10,0	10,6	11,2	11,8	12,5	13,1	13,7	10
Показания сухого терм, °С	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	Относит. влажн, %

П оказания влажного термометра		27																																							100
		26																																					100		92
		25																																			100		92		85
		24																																	100		92		85		78
		23																															100		92		84		77		71
		22																													100		92		84		77		71		65
		21																											100		92		84		77		70		64		58
		20																									100		91		84		76		70		63		58		52
		19																							100		91		83		76		69		63		57		52		47
		18																					100		91		83		75		68		62		56		50		46		41
		17																			100		91		82		74		67		61		55		49		44		40		36
		16																	100		90		82		74		66		60		54		48		43		38		34		30
		15															100		90		81		73		66		59		53		47		42		37		33		29		25
		14													100		90		81		72		65		58		52		46		40		35		31		27		24		21
		13											100		90		80		71		64		56		50		44		39		34		30		26		22		19		16
		12									100		89		79		71		63		55		49		43		37		32		28		24		20		17		14
		11							100		88		79		70		61		54		47		41		36		30		26		22		18		15
		10					100		88		78		69		60		52		46		39		34		29		24		20		16		13
		9			100		68		77		68		59		51		44		37		32		27		22		18		14
		8	100		88		76		66		57		49		42		36		30		24		20		15
		7	87		76		65		56		48		40		33		27		22		17		13
		6	75		64		54		46		38		31		25		20		15
		5	63		53		44		36		29		23		17
		4	51		42		34		26		20		14
		3	40		31		24		17
		2	29		21		14
Сух терм	8			9		10		11		12		13		14		15		16		17		18		19		20		21		22		23		24		25		26		27

Определение максимальной влажности

Пользуясь таблицей упругости насыщенных водяных паров в зависимости от температуры, нужно найти максимальное напряжение водяных паров в воздухе (с точностью до 2-го десятичного знака) при температуре сухого термометра.

Определение дефицита насыщения

Находят разность между максимальной влажностью при температуре сухого термометра (в мм.рт.ст.) и найденной абсолютной влажностью (в мм.рт.ст.).

Определение физиологического дефицита насыщения

Находят разность между максимальной влажностью при температуре поверхности тела (32 ⁰С) или температуре выдыхаемого воздуха (37 °С) (в мм.рт.ст.) и найденной абсолютной влажностью (в мм.рт.ст.).

Определение точки росы

По таблице упругости насыщенных водяных паров находят температуру, при которой найденная абсолютная влажность воздуха является максимальной влажностью.