Autor: technické oddělení Mycond
Vzduch, který dýcháme, není jen mechanická směs dusíku, kyslíku a dalších plynů. V reálných podmínkách jde o složitý termodynamický systém obsahující vodní páru, jejíž stav přímo ovlivňuje tepelný komfort lidí, energetickou náročnost technických systémů a životnost stavebních konstrukcí. Přesné porozumění a schopnost pracovat s parametry vlhkého vzduchu je základní dovedností každého profesionálního inženýra v oblasti vytápění, větrání a klimatizace (HVAC).
Bez ohledu na to, zda navrhujete větrací systém pro kancelářské centrum v Praze, počítáte odvlhčovač pro bazén v Brně nebo vybíráte klimatizaci pro byt v Ostravě — bez znalosti parametrů vlhkého vzduchu a jejich vzájemného působení není možné vytvořit efektivní, energeticky úsporný a komfortní systém vnitřního mikroklimatu.
Teplota suchého teploměru
Teplota suchého teploměru (T) — je teplota vzduchu, kterou ukazuje běžný teploměr, jehož citlivý prvek nepřichází do kontaktu s vlhkostí. Měří se ve stupních Celsia (°C) a je nejznámějším parametrem vlhkého vzduchu. Termín „suchá“ se používá pro odlišení od „mokré“ teploty, o které bude řeč dále.
Normy komfortu pro teplotu suchého teploměru v obytných místnostech jsou 20–22 °C v zimě a 23–25 °C v létě. Pro kancelářské prostory je optimální rozsah o něco užší — 21–23 °C.
Na psychrometrickém diagramu je teplota suchého teploměru zobrazena na vodorovné ose, což z ní dělá výchozí bod pro určení všech ostatních parametrů.
Relativní vlhkost
Relativní vlhkost (RH nebo φ) se definuje jako procentní poměr skutečného množství vodní páry ve vzduchu k maximálně možnému při dané teplotě. Měří se v procentech (%) a je jedním z nejčastěji používaných parametrů.
Klíčovou vlastností relativní vlhkosti je její silná závislost na teplotě. Například zimní vzduch s teplotou -5 °C a relativní vlhkostí 80 % bude mít po ohřátí na +21 °C (bez přidání vlhkosti) relativní vlhkost jen okolo 20 %, ačkoliv absolutní množství vody ve vzduchu zůstane nezměněné. Tím se vysvětluje pocit „sucha“ v vytápěných místnostech v zimě.
Komfortní rozmezí relativní vlhkosti je 40–60 %. Při hodnotách pod 30 % se objevuje pocit suchých sliznic a kůže, a nad 70 % — pocit dusna a zvýšeného pocení.
Na psychrometrickém diagramu jsou čáry relativní vlhkosti znázorněny jako prohnuté křivky.
Měrná vlhkost
Měrná vlhkost (d, w nebo x) — je skutečné fyzikální množství vodní páry obsažené ve vzduchu. Měří se v gramech na kilogram suchého vzduchu (g/kg suchého vzduchu). Hlavní předností tohoto parametru je, že nezávisí na teplotě a zůstává konstantní při ohřívání nebo ochlazování vzduchu (pokud nedochází ke kondenzaci nebo přidávání vlhkosti).
Typické hodnoty měrné vlhkosti:
- Suchý zimní den: 2–4 g/kg suchého vzduchu
- Komfortní podmínky: 6–9 g/kg suchého vzduchu
- Vlhký letní den: 12–18 g/kg suchého vzduchu
- Tropické klima: přes 20 g/kg suchého vzduchu
Pro výpočet množství odvedené vlhkosti se používá vztah:
W = G × (dpočáteční - dkonečný)
kde W — množství odvedené vlhkosti (kg/h), G — hmotnostní průtok vzduchu (kg/h).
Na psychrometrickém diagramu jsou čáry měrné vlhkosti uspořádány vodorovně se stupnicí vpravo.
Teplota rosného bodu
Teplota rosného bodu (Td) — je teplota, při které vzduch dosáhne stavu nasycení vodní párou (RH = 100 %) a při ochlazování začíná kondenzace. Měří se ve stupních Celsia (°C).
Fyzikální význam tohoto parametru je mimořádně důležitý: pokud teplota jakéhokoli povrchu klesne pod rosný bod vzduchu, který s ním přichází do styku, na povrchu se objeví kondenzát. Klasickým příkladem je „potící se“ sklenice se studeným nápojem v teplé místnosti.
Například pro místnost s teplotou vzduchu 21 °C a relativní vlhkostí 50 % bude rosný bod přibližně 10 °C. To znamená, že jakýkoli povrch s teplotou pod 10 °C (například studené okno v zimě nebo neizolované potrubí studené vody) začne zachytávat kondenzát.
Praktické doporučení: aby se předešlo problémům s kondenzací, je nutné udržovat teplotu povrchů alespoň o 2–3 °C vyšší než je rosný bod vzduchu.
Na psychrometrickém diagramu odpovídá teplota rosného bodu teplotě na křivce nasycení (RH = 100 %) při stejné měrné vlhkosti, jakou má uvažovaný vzduch.
Parciální tlak vodní páry
Parciální tlak vodní páry (pv) — je tlak, který vytvářejí molekuly vodní páry ve vzduchu. Měří se v pascalech (Pa) nebo kilopascalech (kPa).
Fyzikální význam tohoto parametru spočívá v tom, že každá molekula vody v plynném stavu „tlačí“ na okolí a vytváří tlak. Tento parametr je obzvlášť důležitý pro pochopení difuze vlhkosti přes stavební konstrukce, protože vlhkost se vždy pohybuje z oblasti vyššího parciálního tlaku do oblasti nižšího.
Například v zimě je parciální tlak vodní páry v vytápěné místnosti výrazně vyšší než venku, což vytváří stálý tok vlhkosti skrz stěny ven. Proto je správné navržení parozábrany kriticky důležité, aby se předešlo hromadění vlhkosti v tloušťce obvodových konstrukcí.
Na psychrometrickém diagramu je stupnice parciálního tlaku vodní páry umístěna vpravo, rovnoběžně se stupnicí měrné vlhkosti, protože tyto parametry spolu přímo souvisejí.
Entalpie
Entalpie vlhkého vzduchu (h nebo i) — je celková energie obsažená ve vzduchu, včetně vnímatelného tepla (spojeného s teplotou) a skrytého tepla vypařování (spojeného s obsahem vlhkosti). Měří se v kilojoulech na kilogram suchého vzduchu (kJ/kg suchého vzduchu).
Entalpie se skládá ze dvou složek:
- Vnímatelné teplo: energie spojená s teplotou suchého vzduchu
- Skryté teplo: energie spojená s vlhkostí ve vzduchu
Například pro vzduch s teplotou 21 °C a měrnou vlhkostí 7,8 g/kg je celková entalpie přibližně 41 kJ/kg suchého vzduchu, z čehož 21 kJ/kg je vnímatelné teplo a 20 kJ/kg skryté teplo. Pro informaci: odpaření 1 kg vody vyžaduje přibližně 2500 kJ energie.
Pro výpočet výkonu klimatizačního systému se používá vztah:
Q = G × (hpočáteční - hkonečná)
kde Q — výkon (kW), G — hmotnostní průtok vzduchu (kg/s).
Na psychrometrickém diagramu jsou čáry stejné entalpie umístěny diagonálně pod úhlem asi 60° k vodorovné ose, se stupnicí vlevo nahoře.
Teplota mokrého teploměru
Teplota mokrého teploměru (Tw) — je teplota, kterou ukazuje teploměr obalený vlhkou tkaninou, skrz kterou proudí vzduch. Měří se ve stupních Celsia (°C).
Probíhající fyzikální proces: voda z tkaniny se odpařuje do vzduchu, odebírá teplo a ochlazuje teploměr. Čím sušší vzduch, tím intenzivnější odpařování a tím nižší naměřená teplota. Pokud je vzduch zcela nasycen vlhkostí (RH = 100 %), odpařování neprobíhá a mokrý teploměr ukazuje stejnou teplotu jako suchý.
Například pro vzduch s teplotou 21 °C a relativní vlhkostí 50 % je teplota mokrého teploměru přibližně 15 °C.
Teplota mokrého teploměru má dvě hlavní praktická použití:
- Měření vlhkosti vzduchu pomocí jednoduchého slingového psychrometru
- Odhad potenciálu evaporativního chlazení bez použití mechanického chladu
Například při horku 35 °C a relativní vlhkosti 30 % je teplota mokrého teploměru asi 22 °C. To znamená, že pomocí jednoduchého výparného chlazení (např. v chladicích věžích nebo systémech adiabatického zvlhčování) lze ochladit vzduch přibližně o 10–11 °C bez použití kompresorové techniky.
Na psychrometrickém diagramu jsou čáry stejné teploty mokrého teploměru téměř rovnoběžné s izentalpickými čarami, ale pod menším úhlem k vodorovné ose.
Psychrometrický diagram jako nástroj inženýra
Psychrometrický diagram je grafický nástroj, který spojuje všech sedm výše uvedených parametrů vlhkého vzduchu do jednoho pole. Jeho hlavní výhodou je, že při znalosti libovolných dvou parametrů lze určit všechny ostatní.
Nejčastěji používané kombinace parametrů:
- Teplota suchého teploměru + relativní vlhkost — nejjednodušší parametry pro měření
- Teplota suchého teploměru + rosný bod — pro kontrolu kondenzace
- Teplota suchého teploměru + měrná vlhkost — pro výpočty procesů odvlhčování
Praktický příklad: chlazení venkovního vzduchu s parametry 32 °C a 70 % relativní vlhkosti na 22 °C.
- Určíme počáteční parametry z psychrometrického diagramu: měrná vlhkost d1 = 21,5 g/kg suchého vzduchu, entalpie h1 = 87 kJ/kg suchého vzduchu, rosný bod Td1 = 26 °C.
- Při ochlazení na 22 °C vzduch protne křivku nasycení (protože 22 °C 26 °C), takže část vlhkosti zkondenzuje.
- Konečné parametry: teplota 22 °C, relativní vlhkost kolem 95 %, měrná vlhkost d2 = 16 g/kg suchého vzduchu, entalpie h2 = 64 kJ/kg suchého vzduchu.
- Množství zkondenzované vlhkosti: Δd = d1 - d2 = 21,5 - 16 = 5,5 g/kg suchého vzduchu.
- Chladicí výkon: Q = G × (h1 - h2) = G × (87 - 64) = G × 23 kJ/kg suchého vzduchu.
Při průtoku vzduchu například 1 kg/s by měl mít klimatizační přístroj výkon 23 kW a množství kondenzátu 5,5 g/s, tedy přibližně 20 kg/h.
Typické chyby při práci s parametry vlhkého vzduchu
- Zaměňování relativní vlhkosti s absolutním množstvím vlhkosti ve vzduchu
- Ignorování změny relativní vlhkosti při ohřívání nebo ochlazování vzduchu
- Podcenění rozdílů parciálního tlaku vodní páry při návrhu parozábrany
- Nezohlednění skrytého tepla v energetických výpočtech klimatizací
Tyto chyby vedou k vážným provozním problémům:
- Kondenzace na oknech a potrubích
- Hromadění vlhkosti ve stěnách a tvorba plísní
- Nesprávná volba výkonu zařízení
- Nekomfort obyvatel kvůli nesprávné úrovni vlhkosti
Často kladené otázky o parametrech vlhkého vzduchu
Proč je v zimě v bytě sucho, i když je venku vysoká relativní vlhkost?
Když se studený zimní vzduch s vysokou relativní vlhkostí (například -5 °C a 80 % RH) ohřeje na pokojovou teplotu (+21 °C) bez dodatečného zvlhčení, jeho relativní vlhkost prudce klesne na ~20 %, ačkoli absolutní množství vlhkosti zůstává nezměněné. Toto je základní vlastnost relativní vlhkosti.
Jak rychle určit rosný bod bez speciálních přístrojů?
Existují speciální tabulky a grafy. Orientačně si lze zapamatovat, že při pokojové teplotě 21 °C činí rosný bod: při RH=30 % — asi 3 °C, při RH=40 % — asi 7 °C, při RH=50 % — asi 10 °C, při RH=60 % — asi 13 °C.
Co je skryté teplo a proč je důležité ve výpočtech?
Skryté teplo — je energie spotřebovaná na odpaření vody nebo uvolněná při její kondenzaci bez změny teploty. Tvoří významnou část celkového tepelného zatížení klimatizací (až 30–40 %) a ignorování této složky vede k výraznému poddimenzování výkonu zařízení.
Čím se liší měrná vlhkost od relativní vlhkosti?
Měrná vlhkost (g/kg suchého vzduchu) — je skutečné množství vodní páry ve vzduchu, které se při ohřívání či ochlazování nemění (bez kondenzace). Relativní vlhkost (%) — je poměr skutečného obsahu vlhkosti k maximálně možnému při dané teplotě, který se silně mění se změnou teploty.
Proč se pro výpočty odvlhčování používá měrná vlhkost, a ne relativní vlhkost?
Měrná vlhkost ukazuje skutečné množství vody, které je třeba odstranit, a nemění se při změně teploty. Relativní vlhkost závisí na teplotě, a proto neumožňuje přímo vypočítat množství vlhkosti k odstranění.
Co znamená křivka nasycení na psychrometrickém diagramu?
Křivka nasycení (linie RH=100 %) ukazuje maximálně možný obsah vlhkosti ve vzduchu při různých teplotách. Nad touto křivkou vzduch obsahuje „mlhu“ — rozptýlené kapky vody. Při ochlazování vzduchu až k průsečíku s touto křivkou začíná kondenzace.
Závěry
Porozumění sedmi klíčovým parametrům vlhkého vzduchu a jejich vzájemným vztahům je základní kompetencí inženýra HVAC. Každý parametr má své praktické použití:
- Teplota suchého teploměru — hlavní parametr tepelného komfortu lidí
- Relativní vlhkost — ukazatel komfortu a bezpečnosti materiálů a konstrukcí
- Měrná vlhkost — základní parametr pro výpočty systémů odvlhčování a zvlhčování
- Teplota rosného bodu — kritický parametr pro prevenci kondenzace
- Parciální tlak vodní páry — určující faktor pro návrh parozábran
- Entalpie — klíčový parametr pro energetické výpočty
- Teplota mokrého teploměru — základ pro odhad potenciálu výparného chlazení
Správné používání těchto parametrů umožňuje vytvářet energeticky efektivní, spolehlivé a komfortní systémy vnitřního mikroklimatu, které odpovídají moderním požadavkům na kvalitu vzduchu a úsporu energie.
