Autor: technické oddělení Mycond
Vytáhněte sklenici studené vody z lednice v horký den. Za pár minut se na povrchu objeví kapky vody. Odkud se tam vzaly? To je jednoduchý příklad jevů, které zkoumá psychrometrie – věda o vlastnostech a chování vlhkého vzduchu. Dá se říci, že jde o jakýsi „návod k použití“ pro vzduch s vodní párou.
Pro HVAC inženýry je pochopení psychrometrie jako znalost matematiky pro účetního. Bez této vědy nelze správně vypočítat systémy klimatizace, větrání a vytápění.
Co je psychrometrie a k čemu slouží
Psychrometrie umožňuje řešit konkrétní praktické úlohy: kolik vody zkondenzuje na chladicích zařízeních supermarketu, jaká teplota a vlhkost jsou nejpohodlnější pro kancelář, proč je v zimě v bytě tak sucho, že praskají rty, jak zabránit tvorbě plísní v koupelně, kolik energie je třeba k vysušení vzduchu na farmaceutické výrobě.
Sedm klíčových parametrů vlhkého vzduchu
Abychom plně popsali stav vzduchu, je třeba znát několik charakteristik. Představme si 1 kilogram vzduchu v neviditelné krabici z typické obytné místnosti: teplota 21°C, relativní vlhkost 50%. Prozkoumejme klíčové parametry tohoto vzduchu.
Teplota suchého teploměru (Dry Bulb Temperature)
Je to běžná teplota vzduchu, kterou měříme obyčejným teploměrem. Označení t nebo T, jednotky °C. Když říkáme „v místnosti je +21°C“, máme na mysli právě teplotu suchého teploměru. Na psychrometrickém diagramu je to vodorovná osa dole, teplota roste zleva doprava.
Praktický význam: základní parametr tepelného komfortu. Člověk se cítí nejlépe při 20-24°C v zimě a 23-26°C v létě.
Relativní vlhkost (Relative Humidity)
Je to procento z maximálního možného množství vody, které může vzduch při dané teplotě udržet. Důležitá vlastnost: název „relativní“ znamená, že parametr závisí na teplotě — to je zdrojem mnoha nedorozumění. Označení RH nebo φ, jednotky %.
Představte si houbu: při 21°C houba pojme maximálně 100 jednotek vody (100% vlhkosti), pokud je v ní nyní 50 jednotek — je to 50% RH. Zahřejte houbu na 30°C — nyní pojme 200 jednotek, ale vody je pořád 50, proto RH je nyní 50/200=25%.
Komfortní rozsah relativní vlhkosti je 40-60% RH. Pod 30% je vzduch příliš suchý (suchá pokožka, statická elektřina), nad 70% — příliš vlhký (riziko plísní, pocit dusna).
Měrná vlhkost (Humidity Ratio)
Je to reálné fyzikální množství vodní páry v gramech na kilogram suchého vzduchu. Označení d nebo w nebo x, jednotky g/kg. Důležité: na rozdíl od relativní vlhkosti měrná vlhkost nezávisí na teplotě — je to absolutní veličina.
V našem příkladu: teplota 21°C, RH 50%, měrná vlhkost 7.8 g/kg. To znamená, že v 1 kg suchého vzduchu je 7.8 g vodní páry. Pokud tento vzduch ohřejeme na 30°C — měrná vlhkost zůstane 7.8 g/kg, ale RH klesne na ~27%.
Praktické použití: výpočet množství vody k odstranění odvlhčovačem. Typické hodnoty měrné vlhkosti: suchý zimní den 2-4 g/kg, komfortní den 6-9 g/kg, vlhký letní den 12-18 g/kg, tropy přes 20 g/kg.
Teplota rosného bodu (Dew Point Temperature)
Je to teplota, na kterou je třeba vzduch ochladit, aby byl nasycený (100% RH) a začala kondenzace vlhkosti. Označení Td, jednotky °C.
Náš příklad: vzduch 21°C, 50% RH, 7.8 g/kg — rosný bod +10°C. To znamená: pokud je někde povrch s teplotou +10°C nebo nižší (studené potrubí, okno v zimě), bude na něm kondenzovat vlhkost.
Kriticky důležité pro inženýry — prevence kondenzace na oknech a skryté kondenzace ve stěnách. Pokud má sklo v zimě teplotu +8°C a rosný bod vzduchu je +10°C — na oknech bude kondenzát, což může vést k tvorbě plísní.
Zjednodušený vzorec pro výpočet rosného bodu: Td ≈ T - ((100 - RH) / 5).
Tlak vodní páry (Vapor Pressure)
Je to parciální tlak, který vytvářejí molekuly vodní páry. Označení pv, jednotky Pa nebo kPa. Čím více molekul vody ve vzduchu, tím vyšší tlak páry. Náš příklad: měrná vlhkost 7.8 g/kg, tlak páry 1240 Pa = 1.24 kPa.
Tento parametr je důležitý pro pochopení difuze vlhkosti materiály: vlhkost se pohybuje z oblasti s vysokým tlakem páry do oblasti s nízkým. Například v zimě je v místnosti teplo a vlhkost 40% (tlak páry ~1000 Pa), venku -10°C a 80% RH (tlak páry ~200 Pa), rozdíl 800 Pa „tlačí“ vlhkost skrz stěnu ven.
Entalpie (Enthalpy)
Je to celková energie vzduchu, která zahrnuje teplo samotného vzduchu (zjevné teplo) a teplo vynaložené na vypařování vody (latentní teplo). Označení h nebo i, jednotky kJ/kg.
Náš příklad: teplota 21°C, měrná vlhkost 7.8 g/kg, entalpie 41 kJ/kg, z toho zjevné teplo ~21 kJ/kg, latentní teplo ~20 kJ/kg.
Praktické použití — výpočet zatížení klimatizace: Chladicí výkon (kW) = Hmotnostní průtok vzduchu (kg/s) × Rozdíl entalpií (kJ/kg).
Teplota mokrého teploměru (Wet Bulb Temperature)
Je to teplota, kterou ukazuje teploměr omotaný vlhkým hadříkem, přes který proudí vzduch. Označení Tw, jednotky °C. Voda z tkaniny se odpařuje, odebírá teplo, a tím teploměr ochlazuje. Čím sušší vzduch, tím intenzivnější odpařování a tím nižší teplota mokrého teploměru.
Náš příklad: suchá teplota 21°C, RH 50%, teplota mokrého teploměru 15°C.
Praktické použití — odpařovací chlazení: teplota mokrého teploměru je minimální teplota, na kterou lze vzduch ochladit odpařováním vody bez mechanického chladu. Například v horký den 35°C s 30% RH je teplota mokrého teploměru 22°C — skrápěním vzduchu vodou jej lze ochladit na 22-24°C bez použití klimatizace.
Psychrometrický diagram — mapa vlhkého vzduchu
Všech sedm výše popsaných parametrů je navzájem propojeno. Psychrometrický diagram (Mollierův diagram) je grafický nástroj, který tyto souvislosti zobrazuje současně.
Hlavní pravidlo používání: pokud znáte libovolné DVA parametry, můžete najít všechny ostatní. Například při znalosti teploty 21°C a relativní vlhkosti 50% můžete určit bod v diagramu, který vám dá všechny další parametry: měrnou vlhkost 7.8 g/kg, rosný bod 10°C, entalpii 41 kJ/kg, teplotu mokrého teploměru 15°C.
Praktické příklady pro HVAC inženýry
Podívejme se na některá praktická použití psychrometrie:
Chlazení a odvlhčování vzduchu klimatizací
Úkol: venkovní vzduch 32°C s relativní vlhkostí 70% je třeba ochladit na 18°C. Pomocí psychrometrického diagramu určujeme počáteční parametry: měrná vlhkost 21 g/kg, entalpie 85 kJ/kg, rosný bod 26°C.
Když vzduch prochází výparníkem s teplotou povrchu +8°C, nejprve se ochlazuje při nezměněné měrné vlhkosti. Po dosažení rosného bodu začíná kondenzace a při 8°C je měrná vlhkost 6.5 g/kg při RH=100%.
Při průtoku 1000 m³/h (≈1200 kg/h) bude množství kondenzátu: 1200 × (21-6.5) / 1000 = 17.4 kg/h vody.
Proč je v zimě v bytech sucho
V zimě může být venku -5°C s relativní vlhkostí 80%. Tento vzduch má měrná vlhkost jen 2.2 g/kg. Když se takový vzduch dostane do bytu a ohřeje se na 21°C, měrná vlhkost zůstane stejná, ale relativní vlhkost klesne na 14% — velmi sucho!
Pro udržení komfortní vlhkosti 45% je třeba vzduch dodatečně zvlhčovat, přidávat přibližně 4.8 g vody na každý kg vzduchu. Při větrání 50 m³/h to znamená potřebu dodat asi 7 litrů vody denně!
Sušení vzduchu desikantem
Pro farmaceutickou výrobu je často potřeba vzduch s velmi nízkou vlhkostí, například s rosným bodem -10°C při teplotě 21°C. Běžné klimatizace takových parametrů nedosáhnou, protože při teplotě pod +4°C kondenzát na výměníku mrzne.
Řešením je použití desikantního odvlhčovače, který pracuje při jakékoli teplotě a dosahuje rosných bodů až do -40°C a níže.
FAQ z psychrometrie
Co je psychrometrie jednoduše řečeno?
Psychrometrie je věda o vlastnostech vlhkého vzduchu, která umožňuje vypočítat a předpovědět chování vzduchu při různých podmínkách a také správně navrhovat systémy klimatizace, větrání a odvlhčování.
Proč relativní vlhkost neukazuje skutečné množství vody ve vzduchu?
Protože relativní vlhkost závisí na teplotě. Stejný vzduch se stejným množstvím vody bude mít při různé teplotě různou relativní vlhkost. Skutečné množství vody ukazuje měrná vlhkost (g/kg).
Jak rychle určit rosný bod bez diagramu?
Lze použít zjednodušený vzorec: Td ≈ T - ((100 - RH) / 5). Například při 21°C a 50% RH: Td ≈ 21 - ((100-50)/5) = 11°C (přesná hodnota +10.2°C, odchylka menší než 1°C).
Jaký je rozdíl mezi zjevným a latentním teplem?
Zjevné teplo je energie, která mění teplotu vzduchu. Latentní teplo je energie vynaložená na vypařování vody, která nemění teplotu, ale je ve vzduchu uložena ve formě vodní páry.
Závěry — proč HVAC inženýr potřebuje psychrometrii
Pochopení psychrometrie je nezbytné z několika klíčových důvodů:
- Návrh systémů: bez psychrometrie nelze správně vypočítat chladicí výkon klimatizací, výkon odvlhčovačů, kapacitu zvlhčovačů;
- Úspora energie: psychrometrický diagram umožňuje určit optimální strategii úpravy vzduchu, najít možnosti volného chlazení/odvlhčování;
- Prevence problémů: pochopení rosného bodu pomáhá předejít kondenzaci, promrzání stěn, rozvoji plísní, korozi zařízení;
- Kontrola kvality vzduchu: správná kombinace teploty a vlhkosti zajišťuje komfort lidí, zachování materiálů a zařízení.
Hlavní pravidlo psychrometrie: abyste plně určili stav vzduchu, musíte znát minimálně DVA parametry, všechny ostatní lze najít podle psychrometrického diagramu. Nejužitečnější kombinace: teplota + relativní vlhkost (nejjednodušší změřit), teplota + rosný bod (nejlepší pro kontrolu kondenzace), teplota + měrná vlhkost (nejlepší pro výpočet odvlhčování).
Psychrometrie není abstraktní teorie, ale každodenní nástroj inženýra, který pomáhá dělat správná rozhodnutí, šetřit energii a vytvářet komfortní podmínky v interiérech.
