§2.3. Атмосферный воздух. Влажность. Точка росы, инея.

Сухой воздух — смесь газов: азот 78,08 % ; кислород 20,95% ; инертные газы (Аг, Ne, Кг, Хе) и водород — 0,94% ; СО — 0,03% ; в небольших количествах О_э, С0₂, NH₃, СН₄, S0₂ и др.

К непостоянным составным частям воздуха относят Н₂0 , С0₂, СО. Состояние Н₂0 может быть в трех модефикациях — пар,мелкие капли (туман) и кристаллики льда. Водяной пар в воздухе создает свое парциальное давление. Давление водяных паров меняется от нуля (сухой воздух) до max (насыщенный водяной пар) в зависимости от температуры. Зависимость давления насыщенных паров Н₂0 над льдом и водой схематически представлена на рис.И.За. Точка Т_р носит название тройной, в ней наблюдается равновесие трех фаз — льда (I), воды и пара. Точка К_р соответствует критической температуре перехода жидкость <-» газ. Участок диаграммы до Т_р носит название кривой сублимации (испарения из твердого состояния), а участок от Т_р до К_р — кривой испарения.

Точные значения величин давления насыщенного водяного пара при различных температурах строго изучены и сведены в таблицах. Давление насыщенного водяного пара над плоской поверхностью химически чистой воды или льда вычисляют по формуле [ 1 ].

Р = Р₀ ехр ⁰⁶ *

(3.1)

B + t

где Р_п = 6,1121 10² Па, а₍₁₎= 17,5043 и = 241,2° С- постоянные для воды; а, = 22,4893, (3_; = 272,881 °С постоянные для льда, t — температура °С.

Абсолютная влажность. Парциальное давление водяного пара в зоз духе или масса водяного пара единицы объема воздуха называют абсолютной влажностью и обозначают р. (Па) или d_f (кг/м³). Абсолютная влажность в замкнутом пространстве не зависит от температуры.

Относительная влажность. Отношение парциального давления 1-.здя f-юго пара в воздухе к давлению насыщенного пара (влажностьнасыщения P_1IdC(T) ) при заданной температуре воздуха составляет понятие относительной влажности иь\и степени насыщения.

fsJL.100% (3.2а) f = _i_.ioo% (3.26)

Р d

^х нас '•нас

Относительная влажность — безразмерное число и меняется от нуля до 100 %. Значения f% для помещения нормируются. В частности, если f < 50%, то помещение считается сухим, при влажности 50% < f < 60% — нормальным. При 61% < f < 75% влажность воздуха в помещении повышенная, если f > 75% — помещение сырое.

По известной относительной влажности абсолютная влажность рассчитывается по формуле

Pi =0,01f%P_Hac (3.3)

Существенно понимать, что при равенстве f, = f₂ для различных температур значения Р,* Р₂ могут отличаться. В частности при одинаковой относительной влажности воздуха на улице и в помещении (летом — зимой) парциальное давление паров в помещении много больше, чем на улице.

Наблюдение показывает,что если в помещении с ненасыщенным водяным паром внести твердые тела с температурами ниже, чем температура в помещении, то при определенной степени переохлаждения на их поверхности наблюдается конденсация влаги из воздуха (выпадение росы). Таким образом, хотя в помещении относительная влажность меньше 100%,но вблизи поверхности холодного тела относительная влажность повышается до 100% — пар становится насыщенным.

Точка росы t_d — температура поверхности твердого тела, вблизи которой пар из ненасыщенного состояния переходит в насыщенное.

Нахождение температуры точки росы:

1. .По известным — значению f и графику Р_нлс = f(t) показывает рис. 11.36;

2. . По значению f и температуре в помещении,используя таблицы, находят значение абсолютной влажности Р. - 0/01 • f • P_Hac(t). Затем, по тем же таблицам ищут температуру t_d ,ири которой Р. отвечает состоянию насыщения.

Охлаждение ограждающих конструкций до температур, близких к точке росы,но несколько выше ,ведет к покрытию ее тончайшей пленкой воды,с появлением в этой области избыточных электрических зарядов, притягивающих мелкие пылинки, споры грибков и т.л (пятна, плесень й последующее разрушение).

Точка 1шея t_t — температура поверхности твердого тела,вблизи которой пар из ненасыщенного состояния переходит в твердое состояние (кристаллы) . Для расчета точки инея надо знать зависимость Р —Т для кривой сублимации О —Т_р (рис.II.За.). Определение t, аналогично тому, как это было описано выше для точки росы.

Ранее отмечалось, что строительные материалы имеют капиллярно — пористую структуру, а вода является хорошим растворителем.Присутствие в воде растворенного вещества приводит к понижению давления насыщенного пара Н₂0 по сравнению с ‘ химически чистой водой (рис11.4а). Так, например, для раствора поваренной соли в воде давление насыщенного пара составляет 3/4 давления насыщенного пара чистой воды при гой же температуре. Понижение давления пара Н₂0 над растворами изучалось Раулем (1884г.) и для двухкомпонентных растворов было получено

8Р

Р|>-Р, “ Рц₂0 ' Nh₂0 ИЛИ —; - N

*Н₂0

где: P_f.__Vt -

давление насыщенного пара Н₂0 над раствором; давление насыщенного пара над плоской поверхностью химически чистой воды;

понижение давления насыщенного пара Н..О раствора; мольная концентрация воды в растворе; мольная концентрация растворенного вещества.

5Р

^н₂о ~

N ' -

Рис.11.4 К пояснению законов Рауля (а) и Лапласа (б).

Еще одной причиной,приводящей к сдвигу равновесия между жидкостью и ее насыщенным паром являются капиллярные силы. Давление насыщенных паров зависит от формы поверхности жидкости. В случае гидрофильных строительных материалов вода поднимается по капилляру (рис.II.2) и давление насыщенного пара будет меньше,чем в случае плоской поверхности. Для гидрофобных материалов вода в капилляре опускается и давление насыщенного пара Н₂0 больше,чем над плоской поверхностью. Изменение давления ДР (рис.11.16) может быть вычислено по формуле:

др ₌ . Рпара

^ Р жидк

где а_жг — коэффициент поверхностного натяжения жидкости па границе ее с газом; г — радиус сферы, частью которой является мениск, г « R_{k ii}. Понижение давления насыщенного пара Н₂0 над вогнутой поверхностью приводит к явлению капиллярной конденсации, осаждению воды в пористом материале из пара,не являющегося в обычных условиях насыщенным [8].