Понятие о влажности

Увлажнители воздуха — это высокоэффективная защита от:

  • сухого воздуха;
  • сухой кожи;
  • скрипящих полов и рассохшейся мебели;
  • статического электричества ...

На воздух внутри помещений влияет температура и влажность. Влажность в пределах 45%-55% является наиболее полезной для здоровья. Отопительная система и сухой зимний воздух часто понижают уровень влажности ниже 25%. Чем дольше мы используем центральное отопление, тем воздух становится суше. В результате — пересохшее горло, потрескавшиеся губы, статическое напряжение и много других неприятных явлений. Деревянный пол, старинная мебель, картины, музыкальные инструменты также могут испортиться от сухого воздуха.

Что такое влажность?

Влажность — это содержание влаги в воздухе. Относительная влажность — это количество воды, содержащейся в воздухе при данной температуре по сравнению с максимальным количеством воды, которое может содержаться в насыщенном воздухе при той же температуре. Например, при температуре 21°С, 1 кг сухого воздуха может содержать до 15,8 г влаги. Если 1 кг сухого воздуха содержит 15,8 г воды, то говорят, что относительная влажность воздуха составляет 100 %. Если то же самое количество воздуха содержит 7,9 г воды при температуре 21°С, то по сравнению с количеством влаги, которое мог бы содержать насыщенный воздух при данной температуре, отношение составит: 7,9/15,8=0,50 (50 %). Следовательно, относительная влажность такого воздуха будет 50 %.

Количество воды, которое может содержать воздух, зависит от температуры и повышается с ростом температуры. Таким образом, если 1 кг сухого воздуха при температуре 21°С может содержать до 15,8 г влаги, то равное количество воздуха при температуре -18°С может содержать только 0,92 г влаги. Следовательно, если у вас есть 1 кг сухого воздуха при температуре 21°С и относительной влажности 50 %, т.е. содержание влаги 7,9 г, то при охлаждении этого воздуха до -18°С, воздух достигнет насыщения (100 % относительной влажности) при температуре 9,5°С, и начнется выпадение осадков в виде дождя или снега. И наоборот, если вы возьмете 1 кг сухого воздуха при температуре -18°С и относительной влажности 100%, соответственно 0,92 г, и повысите далее температуру до 21°С без добавления влаги, то влажность воздуха составит: 0,92/15,8=0,06 (6 % отн. вл.). Это суше, чем в пустыне Сахара, где относительная влажность воздуха в среднем составляет около 12%. Такой сверх сухой воздух является причиной многих проблем.

Почему сухой воздух является проблемой?

Когда температура наружного воздуха опускается ниже температуры воздуха в помещении, например, зимой, холодный влажный воздух при попадании в теплое здание становится прогретым и 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» (точка при которой материалы прекращают терять или поглощать влагу). Именно такое осушение воздухом приводит к известным проблемам сухости носоглотки, растрескивания древесины и материалов, статического электричества. Аналогичное явление пересушенности воздуха может быть вызвано охлаждением воздуха до температуры ниже точки росы, что приводит к конденсации и удалению влаги (осушению), с последующим нагревом воздуха. Данное явление может происходить при использовании систем кондиционирования воздуха и при искусственном охлаждении. Один из примеров проблемы: если вы принесете с улицы древесину, содержание влаги в которой равно содержанию влаги в наружном воздухе, в обогреваемое помещение с более низким содержанием влаги, то древесина начнет отдавать свою влагу воздуху, находящемуся в помещении. При потере влаги края древесины усыхают и расходятся, образуя трещины и деформации на поверхности древесины. Аналогичные явления происходят с бумагой, текстилем, некоторыми видами пластмассы, воском, фарфором, фруктами, овощами и прочими гигроскопическими материалами, способными поглощать и выделять влагу. Гигроскопические материалы всегда стремятся достигнуть влажностного равновесия с окружающей их средой. В музеях, где хранятся ценные картины, скульптуры и другие гигроскопические материалы, резкие перепады относительной влажности могут иметь катастрофические последствия и привести к уничтожению произведений искусства. В полиграфии после прохождения через печатный станок при быстром высыхании бумага съеживается и скручивается, что приводит к задиранию и разрыву бумаги и даже смещению печатных красок. При производстве микросхем незначительные изменения размеров кремниевой пластины могут привести к негодности употребления целой партии микросхем. Ключевым фактором защиты гигроскопических материалов является стабильность параметров окружающей среды, где нельзя допускать резких колебаний относительной влажности в течение всего года. Такова одна из причин возрастания роли обеспечения стабильности такого параметра, как относительная влажность воздуха в помещении. Это достигается путем осушения слишком влажного воздуха и путем увлажнения слишком сухого воздуха.

Зачем увлажнять?

Необходимость увлажнения воздуха в основном возникает в 3 случаях.

1. Использование гигроскопических материалов в технологическом процессе или их хранение внутри здания.

2. Проблема статического электричества

3. Необходимость создания санитарно- гигиенических и комфортных условий.

Давайте рассмотрим их отдельно с указанием на конкретные примеры.

1. Наличие гигроскопических материалов.

К гигроскопическим материалам относят те, которые поглощают влагу в клетки материала, что приводит к изменению его размеров. Этот процесс принципиально отличается от гидрофильной абсорбции, когда поглощенная влага распределяется между клетками, не вызывая увеличения размеров. Таким образом, именно перепады относительной влажности, а не температуры воздуха приводят к изменениям размеров материалов и непосредственно влияют на свойства материалов и параметры производственных циклов. Вот некоторые характерные примеры:

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 выделять влагу в окружающую среду, если она суше, или поглощать влагу, если окружающий воздух окажется более влажным. По мере поглощения влаги клетки бумаги расширяются или, наоборот, сокращаются при выделении влаги. Рулон бумаги может менять свои размеры на десяток сантиметров в длину и ширину. После установки бумажного рулона на печатный станок и по мере его размотки происходит быстрый процесс выделения влаги. При многоцветной печати из-за изменения размеров бумаги цвета могут оказаться в неправильном месте, т.е. произойдет смещение цветов. Конечно, оператор может произвести настройку матричных каландров для компенсации этого эффекта, но при условии нестабильной влажности в течение рабочего дня потребуется слишком частая настройка каландров, приводящая к повышенному расходу бумаги, лишним затратам времени и снижению производительности. Таким образом, стабильность параметров окружающей среды будет явно предпочтительней. При правильном регулировании влажности, состояние бумаги будут стабилизировано без выделения или поглощения влаги, и тем самым без изменения размеров бумаги. В результате вырастет производительность труда, уменьшатся простои, и сократится расход чернил, так как бумага станет поглощать меньшее количество чернил.

Деревообработка

Итак, древесина усыхает во время сушки, что приводит к образованию трещин, расслаиванию, растрескиванию и деформированию. Вместе с тем, сухая древесина поглощает растворяющие вещества из лакокрасочных покрытий, в результате чего поверхность приобретает шероховатый неглянцевый вид. Аналогичным образом, клеевые швы окажутся недолговечными, так как древесина впитает растворитель до момента отвердевания клея. Как и в предыдущем случае, стабильность окружающей среды будет весьма предпочтительной, чтобы древесина сохраняла свои размеры в течение всего производственного цикла.

Текстиль

При прохождении волокон через ткацкий станок, в случае пересушки они становятся ломкими и рвутся, приводя к простоям и снижению производительности труда. Вторым побочным эффектом является образование пуха при разрыве волокон, что часто приводит к ухудшению параметров воздуха ниже стандартов OSHA. Особенно остро проблема стоит на хлопкопрядильных фабриках и в цехах по производству асбестовых тормозных колодок. При должном уровне влажности снижается количество разрывов волокон, концентрация пыли в воздухе, и повышается производительность оборудования.

Административные помещения

В административных помещениях необходимо заботится о дорогой деревянной мебели, панельной обшивке и коврах. Сухой воздух в зимний период вызывает растрескивание и деформацию столов и панельной обшивки. Высушенные волокна ковров ломаются от хождения по ним людей. Увеличивается содержание пыли в воздухе и происходит преждевременный износ ковра. Благодаря регулированию влажности параметры воздуха в помещении существенно улучшаются. Снижается уровень концентрации пыли из-за меньшей ломкости волокон и более эффективного улавливания фильтром частиц пыли, разбухших в результате поглощения влаги.

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 приводит к относительному смещению маски на 2 мм. А обычное шелушение человеческой кожи в таком помещении может привести к катастрофическим последствиям. Если микросхему сравнить с Нью-Йорком, то одна единственная чешуйка уничтожит вместе взятые Манхеттен, Бронкс, Гарлем и Куинс. Таким образом, влажность теперь играет важную роль в современной технике.

Точное литье

Объектом внимания здесь служит не конечный продукт, а гигроскопические материалы, используемые в технологическом процессе. В точном литье по выплавляемым моделям, сначала выполняется восковая матрица детали, которую затем погружают в фарфор. Во время сушки и отвердевания фарфора и воска, если воздух будет слишком сухим, то фарфор даст большую усадку, чем воск, и на модели появятся волосные трещины. При заливке жидкий металл повторит все эти трещины и в результате получится отливка, уже не поддающая исправлению. В частности, такой технологический процесс используется, при производстве деталей реактивных двигателей.

Музеи:

Очевидно, что из-за высокой стоимости произведений искусства стабильность требуемых параметров окружающей среды играет немаловажную роль при их долгосрочном хранении. Художники часто говорят о том, что изменение размеров картин приводит к образованию трещин. Любое дерево или пергамент моментально испортятся при жаркой погоде, так как станут ломкими и начнут растрескиваться. Поэтому, многие передвижные выставки заранее оговаривают требуемый уровень влажности в качестве условия открытия выставки.

Министерство обороны

на заводах таких компаний, как Boeing, McDonnel Douglas, Hughes Aircraft и Lockheed, регулирование уровня влажности стало первостепенной задачей после внедрения новых технологий «Стеле». Противорадарное покрытие весьма чувствительно к деформациям в процессе сушки, потому что в результате слишком быстрого процесса высыхания верхнего слоя покрытия образуются трещины, через которые незащищенный металл отражает радиолокационные сигналы.

Первый запущенный челночный аппарат спейс-шаттл потерял несколько теплозащитных плиток по возвращении на землю. Проблема заключалась в том, что была нарушена технология нанесения клея, используемого для крепления этих плиток, по причине плохого контроля уровня влажности в производственном помещении. Теперь эти производственные зоны постоянно увлажняются!

Хранение продуктов питания

Мясо может сохранять свой естественный красный цвет БЕЗ ПРИМЕНЕНИЯ НИТРАТОВ, если его хранить в специальных морозильных камерах с повышенным уровнем влажности. Если овощ или фрукт потеряет достаточно много влаги, то клетки сморщатся и никакое увлажнение уже не поможет, поэтому так важно контролировать уровень влажности в местах хранения продуктов до момента их покупки. Яйца теряют до 50 % веса при хранении в сухом месте, поскольку скорлупа является пористым материалом. В инкубаторах, сухость воздуха приводит к потере до 25% выводка, и даже после вылупления очень быстрый процесс испарения влаги может привести к испарительному переохлаждению и гибели цыплят.

Животные

В зоопарках также понимают важность соблюдения требуемого уровня влажности для приматов и других животных. Зимний сухой воздух нарушает нормальное состояние кожи этих животных, что отрицательно сказывается на их способности к спариванию.

2. Проблема статического электричества

Процесс образования статического электричества резко падает при поддержании уровня влажности выше 35 %. Существует очень много отраслей промышленности, где людям приходится сталкиваться с этой проблемой. Компьютерные залы: Очевидно, что низкий уровень влажности в компьютерном зале приводит к накоплению статических зарядов, разряд которых может вызвать разрушение памяти и элементов микросхем. Достаточно совмещения двух факторов, сухого воздуха и мохерового свитера на одном из сотрудников, чтобы процессор компьютера вышел из строя. Высокоскоростные принтеры могут также стать источником этой проблемы из-за накопления статического заряда на движущихся листах бумаги.

Полиграфия

Помимо проблемы гигроскопичности бумаги, во время процесса печати возникает проблема статического электричества. В чернильных картриджах печатного станка может загореться растворитель в результате воспламенения паров от статического разряда. Газетный печатный станок при прохождении через него бумаги может накапливать на валу статический заряд до 2 000 000 В. Этот побочный электрический заряд проходит не только через бумажное полотно, движущееся через печатный станок, но также может задеть оператора станка при уходе в землю.

Полимерные пленки

Производство полимерных пленок нуждается в регулировании уровня влажности для решения проблем статического электричества, из-за которого происходит налипание пыли на пленку, а также прилипанию самой пленки к валикам и частям оборудования.

Фотопленки

Большинство промышленных фотолабораторий оснащено системами увлажнения для устранения статического разряда, в результате которого происходит засветка пленки. Это особенно важно при проявлении медицинских рентгеновских снимков.

Производство пороха

Проблема настолько очевидна, что комментарии не требуются!

3. Необходимость создания санитарно-гигиенических и комфортных условий

Создание санитарно-гигиенических и комфортных условий не всегда является приоритетной задачей руководителей, но становится все более насущной проблемой с ростом судебных гражданских исков. Помимо устранения дегазации материалов и снижения концентрации пыли при нормальной влажности, люди просто лучше себя чувствуют при прохождении через носовую полость воздуха со стабильными параметрами. Благодаря снижению испарения с поверхности кожи при нормальной влажности, людям становится теплее даже при снижении температуры, позволяя сэкономить на выработке тепловой энергии, необходимой для обогрева помещения. Новым источником проблем в современном офисе стало изобретение контактных линз. Поскольку линзы обладают достаточной гигроскопичностью, они поглощают и выделяют влагу с поверхности глаз. Если воздух очень сухой, то линзы быстро высыхают и деформируются, вызывая неприятные ощущения. Помимо этого, иссушение поверхности приводит к образованию вязкой пленки, которая мешает веку очищать линзу при моргании. Эта же пленка способствует ускоренному скоплению белков и бактерий, что приводит к инфицированию глаз. Исследования глазных инфекций, возникающих при ношении контактных линз, показывают существенный рост числа этих заболеваний в зимний период.