Poczta „Magazynu Instalatora”. Polemiczna wilgotność.

W numerze 11 „Magazynu Instalatora” natknąłem się na artykuł autorstwa mgr inż. Beaty Śniechowskiej pt. „Para na krzywej”, anonsowany na okładce hasłem „Mollier bez tajemnic”. Zacząłem go czytać i w miarę lektury coraz bardziej popadałem w zwątpienie, czy to, co wiem na temat tego niezwykle pożytecznego narzędzia, jest prawdą. Ponieważ w bibliografii znalazł się tytuł książki mojego autorstwa oraz dwie inne pozycje napisane przez byłych pracowników Instytutu, poczułem się niejako wywołany do tablicy, aby wyjaśnić Czytelnikom i Autorce, że to, co zostało przedstawione w cytowanym wyżej artykule, jest niezupełnie takie, jak przedstawiła to Autorka. Fragmenty
tekstu kursywą są cytatami z artykułu.
1. Dowiedziałem się, że w trakcie ogrzewania powietrza wilgotnego „w nagrzewnicy powierzchniowej (może raczej przeponowej?) współczynik kierunkowy przemiany może przyjmować wartości od +∞ do -∞”.
Stwierdzenie to jest prawdziwe, ale w odniesieniu do przedstawienia na wykresie i-x całego spektrum przemian, jakim może podlegać powietrze wilgotne w naturze lub w urządzeniach klimatyzacyjnych. Zależnie od tego, gdzie odbywa się konkretna przemiana stanu powietrza, jak wygląda bilans ciepła i masy (wilgoci), współczynnik e ma różną wartość i znak. Współczynnik kierunkowy przemiany definiowany jest zależnością:
e = Qc/W =Di/Dx
Z tego zapisu wynika, że współczynnik e może mieć wartość dodatnią, kiedy licznik i mianownik ułamka mają te same znaki oraz wartość ujemną, gdy te znaki są przeciwne. Ponieważ w trakcie przepływu powietrza w nagrzewnicy przeponowej nie dostarcza się i nie odbiera pary wodnej, nie zmienia się zawartość wilgoci w powietrzu, to Dx = 0.
Na znak współczynnika e wpływa zatem tylko znak (kierunek) wymiany ciepła. W nagrzewnicy, z definicji, odbywa się dostawa ciepła od ściany wymiennika do powietrza, więc ujemna wartość współczynnika kierunkowego w procesie ogrzewania powietrza jest niemożliwa. Wartości współczynnika kierunkowego e są ujemne w procesach związanych z oziębianiem powietrza, z jednoczesnym nawilżaniem lub bez nawilżania (np. w komorze zraszania lub w chłodnicy o temperaturze ściany wyższej od
temperatury punktu rosy) oraz w trakcie jednoczesnego ogrzewania i osuszania powietrza, np. w kontakcie z sorbentem. Ujemna wartość e może wystąpić także w pomieszczeniu, w którym w okresie zimnym są bilansowe straty ciepła i występuje emisja pary wodnej.
2. Kolejnym zaskoczeniem była informacja, że „ilość wody, jaką powietrze jest w stanie zaabsorbować, zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury”. Pomijając nieprawidłowe użycie słowa „zaabsorbować”, które oznacza m.in. „wchłanianie gazów przez całą objętość cieczy lub ciała stałego na skutek ich rozpuszczania lub chemicznego wiązania”, sformułowanie to jest sprzeczne z logiką termodynamiki. Powietrze (gaz) asymiluje, czyli przyswaja, wchłania inne substancje, np. parę wodną, CO2 itp. Zdolność asymilowania pary wodnej przez powietrze jest ograniczona różnicą ciśnienia cząstkowego pary wodnej w warstwie granicznej między powietrzem a zwierciadłem wody (stan nasycenia) pon i ciśnienia cząstkowego pary wodnej w powietrzu po. Ciśnienie cząstkowe pary wodnej
w powietrzu po i zawartość wilgoci x związane są zależnościami: po=b * x/(0,662 + x) lub x = 0,662 * po/(b-po),
w których: b – ciśnienie powietrza wilgotnego, Pa. Są to zależności liniowe. Skala ciśnień cząstkowych pary wodnej w powietrzu często bywa zamieszczana na wykresie
i-x równolegle do skali zawartości wilgoci x. Tak jest na wykresie w omawianym artykule. Nie ma tam żadnej „krzywej obrazującej zależność ciśnienia cząstkowego pary wodnej od zawartości wilgoci x”, ponieważ taka krzywa nie istnieje. Można więc stwierdzić, że miarą zdolności asymilowania pary wodnej przez powietrze w określonej temperaturze jest różnica zawartości wilgoci w powietrzu nasyconym (j = 100%
– stany 1N i 2N na rys. 1) i w powietrzu otaczającym o dowolnej, mniejszej zawartości wilgoci (stany 1 i 2).
Na wykresie i-x, przedstawionym na rys. 1, pokazano, jak zmienia się różnica zawartości wilgoci w powietrzu wilgotnym po ogrzaniu go od temperatury t1=+15°C do temperatury t2=+45°C (czerwona strzałka), przy niezmiennej zawartości wilgoci x1 = x2. W temperaturze +15°C 1 kg powietrza, o początkowej zawartości wilgoci x1 = 4 g/kg p.s., osiąga stan nasycenia po zasymilowaniu 8 g pary wodnej, a w temperaturze +45°C do osiągnięcia stanu nasycenia potrzebuje dostarczenia ponad 80 g pary wodnej. Wniosek jest jeden: ze wzrostem temperatury wzrasta zdolność asymilacji pary wodnej przez powietrze. 3. Następna sprawa dotyczy nieporozumienia odnośnie miar ilości substancji pary wodnej w powietrzu wilgotnym. Jednostką miary, określającą ilość substancji, jest zawartość wilgoci. W trakcie ochładzania powietrza w
chłodnicy suchej (bez wykraplania wody na rurkach wymiennika – proces odbywa się bez zmiany zawartości wilgoci) wzrasta wilgotność względna, natomiast nie ma asymilacji pary wodnej. Wzrost wilgotności względnej nie ma tu nic wspólnego ze zmianą ilości pary w powietrzu. W trakcie oziębiania, z jednoczesnym osuszaniem powietrza, w chłodnicy o temperaturze ściany niższej od temperatury punktu rosy powietrza (zmniejszanie zawartości wilgoci Dx < 0) wilgotność względna powietrza
rośnie. W trakcie ogrzewania powietrza zawartość wilgoci jest stała, a wilgotność względna maleje. Wzrost wilgotności względnej w trakcie ochładzania powietrza wilgotnego jest wynikiem obniżania się temperatury i zmniejszania się w związku z tym zdolności asymilacyjnej powietrza. Krańcowym momentem ochładzania
powietrza wilgotnego jest osiągnięcie stanu nasycenia, czyli wilgotności względnej j = 100%, nazywanego „punktem rosy”. W tym stanie powietrze wilgotne, a ściślej para wodna w nim zawarta, znajduje się w równowadze z wodą o tej samej temperaturze. Dalsze ochładzanie powietrza, do temperatury niższej od temperatury punktu rosy, wiąże się z przejściem części pary wodnej w stan ciekły, czyli wykropleniem się. Para wodna skrapla się na zimnej powierzchni chłodnicy i tam pozostaje, a nasycone powietrze przepływa dalej, zachowując swoją temperaturę. W idealnym wymienniku będzie to temperatura ściany chłodnicy w punkcie G (rys. 2). W wymienniku rzeczywistym część powietrza nie ma bezpośredniego kontaktu ze ścianką i praktycznie nie zmienia się jego temperatura. Za wymiennikiem całość ulega wymieszaniu i
w rezultacie powietrze uzyskuje stan oznaczony np. punktem N. Ponieważ umówiono się przedstawiać na wykresie i-x przemiany podstawowe w postaci odcinków linii prostej, łączących stany początkowy i końcowy, pomija się rzeczywisty przebieg procesu ochładzania i osuszania powietrza wilgotnego. Zielona linia na rys. 2 jest więc obrazem procesu mieszania powietrza o stanie początkowym Z z powietrzem ochłodzonym i osuszonym o stanie G.

4. Słuszną jest uwaga, że „zbyt wysoka zawartość wilgoci w powietrzu może wywoływać uczucie duszności u użytkowników pomieszczeń i pojawienie się wilgoci i pleśni na elementach i przegrodach budynków”, tyle że problem wystąpienia uczucia duszności dotyczy obszaru temperatur letnich – powyżej 24°C – w pomieszczeniu wentylowanym bez chłodzenia powietrza. W pomieszczeniach klimatyzowanych, do których nawiewane jest powietrze odpowiednio uzdatnione, zakłócenie warunków komfortu, zwane potocznie „odczuciem duszności”, pojawia się tylko w stanach awaryjnych lub w momencie krótkotrwałego, incydentalnego pogorszenia się stanu powietrza zewnętrznego, np. w upalny dzień przed burzą. Na rys. 2 pokazano przebieg linii granicy duszności wg Mierzwińskiego i Majerskiego (linia falista czarna) oraz wg Ferencowicza
(linia czerwona) na tle obszaru występowania możliwych parametrów powietrza w środkowej Europie. Obszar odczuwalnej duszności znajduje się na prawo od
krzywych granicznych. Na tym samym rysunku pokazano obszar zalecanych parametrów mikroklimatu dla pomieszczeń klimatyzowanych (pole różowe)
oraz linię procesu chłodzenia i osuszania powietrza w chłodnicy o temperaturze ściany J = 10°C od stanu opisującego warunki okresu ciepłego dla
Wrocławia do możliwego stanu powietrza nawiewanego do pomieszczenia klimatyzowanego*. Jak wynika z przebiegu linii przemiany, wejście w obszar
duszności nie wchodzi w grę.
Drugie przywołane w artykule zjawisko – wykraplanie się wody na przegrodach budowlanych – może wystąpić w pomieszczeniach, w których powietrze charakteryzuje się nadmierną zawartością wilgoci, a przegrody dużym współczynnikiem przenikania ciepła U, praktycznie tylko w okresie panowania niskich temperatur zewnętrrznych, czyli w zimie.
Aleksander Pełech, Beata Śniechowska

Artykuł mojego autorstwa, który ukazał się w numerze 11 „Magazynu Instalatora”, pt. „Podstawowe przemiany na wykresie Molliera (i-x)”, wywołał dyskusję wśród Czytelników. Powodem były uproszczenia w doborze sformułowań i określeń, co miało na celu spopularyzowanie poruszanej tematyki, ale równocześnie stało się źródłem różnych interpretacji. Wyważenie formy prezentacji pomiędzy tym, aby była zrozumiała przez szerokie grono Czytelników, a równocześnie nie była kwestionowana przez wąskie grono fachowców, wymaga dużego doświadczenia, którego w moim krótkim życiu jeszcze nie zdobyłam. Z tego też względu dziękuję Autorowi artykułu pt. „Czy aby na pewno Mollier bez tajemnic?”, dr. inż. Aleksandrowi Pełechowi, za wyjaśnienie i uzupełnienia. Ta polemika skłoniła mnie również do zaprezentowania na łamach styczniowego numeru „MI” jeszcze jednego artykułu, w którym ponownie podejmuję temat związany z ważnym i przydatnym narzędziem wykorzystywanym podczas projektowania urządzeń wentylacyjnych oraz klimatyzacyjnych, jakim jest wykres i–x.

Beata Śniechowska
Zobacz artykuł w wersji pdf pdfpdfpdf

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij